Prozessdigitalisierung in der Metallbranche

Für die Digitalisierung von Produktionsprozessen ist die individuelle Erfassung der hergestellten Bauteile Voraussetzung, da nur so Produktions­parameter und Bauteilzustand zusammengeführt werden können. Besondere Herausforderungen ergeben sich dabei in der Metall­verarbeitung und Herstellung von Keramik. Während kalt hergestellte Metall­komponenten bereits seit langem gekenn­zeichnet werden, verhindern hohe Prozesstem­peraturen von bis zu 1300 °C bei anderen Bauteilen die durchgängige Kennzeichnung. Das Aufschmelzen von Oberflächen, Anlauf­farben, Verzunderung und potenziell auftre­tende Korrosion machen konventionelle Kenn­zeichnungen in vielen Fällen unmöglich.

Die Ceracode^®-Technologie

Das Fraunhofer IKTS hat für diese schwierigen Einsatzfälle die hochtemperaturfeste Ceracode^®-Tinte entwickelt. Mit dieser Tinte werden Kennzeichnungen (etwa Data-Matrix-Codes) mit Hilfe von gängigen Industriedruckern auf Metall- oder Keramikkomponenten gedruckt, ehe diese in Hochtemperaturschritten weiterverarbeitet werden. Durch die hohe Temperatur kommt es zur stoffschlüssigen Verbindung von Tinten­bestandteilen und Bauteiloberfläche, so dass eine dauerhafte Markierung entsteht. Die Bau­teilkennzeichnung kommt bereits beim Press­härten in Produktionslinien bei Automobilherstellern zum Einsatz. Mit dieser Umformtechnologie werden hochfeste crash-relevante Karosserieelemente, wie A-, B-, C-Säulen oder Batteriekästen, gefertigt. Das Kennzeichnungs­verfahren hat das Stadium der Technologie­entwicklung überschritten und ist als Produkt verfügbar. Neben der ggf. kundenspezifischen Anpassung von Tinte und Druckparametern geht das Fraunhofer IKTS auch neue Anwendungen an, die über die reine Bauteilidentifikation (Track-and-Trace) hinausgehen.

Erschließung neuer Anwendungen in der Prozessdigitalisierung

Neben der Erfassung des Codeinhalts (z. B. laufende Produktionsnummer) erlaubt die Kennzeichnung zum einen die Zuordnung von Prozessparametern (wie Ofenverweildauern, Presskräfte, verwendete Werkzeuge) zu individuellen Bauteilen. Somit wird die Granularität des digitalen Prozessmonitorings erhöht und kann über einen digitalen Zwilling des Her­stellungsprozesses für Optimierungen genutzt werden. Zum anderen kann aber auch der Kennzeichnungsvorgang selbst überwacht und somit hochzuverlässig gestaltet werden, indem unmittelbar nach dem Druck das Druckbild automatisiert analysiert wird.

Letzteres verfolgte das Fraunhofer IKTS im BMWK-Verbundvorhaben »Ceracode Digital« (FKZ: 16GP105802). Durch eine automatisierte Bildsegmentierung (Unterscheidung zwischen Druckmuster und Hintergrund) können kleinste Abweichungen, z. B. von Druckpunkten zu ihrer Sollposition, erfasst werden. Die so ermittelten Eigen­schaften des Drucks erlauben eine frühzeitige Erkennung und Verhinderung von Druckaus­fällen. Zusätzlich sind damit aber auch Echt­heitsnachweise von Bauteilen möglich, was zukünftig z. B. für die Erfassung bauteilspezi­fischer CO₂-Fußabdrücke von großer Relevanz sein wird.