Im Zusammenhang mit Trends wie Industrie 4.0 und dem Internet of Things gewinnt die exakte Zustandserfassung von Maschinen und Bauteilen zunehmend an Bedeutung. Um ausreichend Daten zu sammeln, hat das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Lasertechnik ILT eine Sensorinfrastruktur f\u00fcr intelligente Industrieanwendungen entwickelt und mithilfe von additiven Fertigungsverfahren realisiert.<\/p>\n
Derzeit werden Sensoren in den meisten Anwendungen manuell auf die Oberfl\u00e4chen von Bauteilen angebracht. Neben Sensoren auf der Bauteiloberfl\u00e4che lassen sich durch das neu entwickelte Verfahren auch Sensoren direkt in die Bauteile integrieren. Dadurch k\u00f6nnen wichtige Kenndaten \u00fcber die Belastung innerhalb des Bauteils gesammelt werden.<\/p>\n
Die manuelle Applikation von Sensoren ist oft nicht pr\u00e4zise genug, schlie\u00dflich arbeiten die Sensoren im \u00b5m-Bereich, um Vibrationen, Beschleunigungen oder kleinste Verformungen zu registrieren. Samuel Moritz Fink, Gruppenleiter D\u00fcnnschichtverfahren am Fraunhofer ILT: \u00bbDas manuelle Aufbringen von Sensoren ist in vielen F\u00e4llen zu ungenau und nicht reproduzierbar. Zudem fordern die Anwender zunehmend automatisierbare Prozesse.\u00ab<\/p>\n
Das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Lasertechnik ILT zeigt auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand (Halle 11, Stand D31) der formnext vom 7. bis zum 10. November 2023 in Frankfurt am Main einen PKW Querlenker mit additiv gefertigtem Sensor. \u00bbDer Kraftsensor, den wir auf den Querlenker gedruckt haben, ist inklusive Isolations- und Schutzschicht sowie Anschl\u00fcsse nicht einmal 200 \u00b5m dick\u00ab, erkl\u00e4rt Fink. \u00bbDamit lassen sich die wirkenden Kr\u00e4fte im Einsatz zu jedem beliebigen Zeitpunkt bestimmen.\u00ab Diesen Prototyp haben die Fraunhofer-Forschenden f\u00fcr den Rennsport entwickelt. Der Sensor misst kontinuierlich die Kraft\u00e4nderung etwa bei Kurvenfahrt und warnt vor Defekten, bevor sie entstehen.<\/p>\n
\u00bbDer Kraftsensor registriert kleinste Risse, die auftreten, bevor sie zum Versagen des Bauteils f\u00fchren\u00ab, so der Gruppenleiter. Neben einem Kraftsensor lassen sich auch andere Sensoren aufbringen etwa zum Erfassen von Temperatur, Vibrationen oder Schall, Druck oder Beschleunigung, Licht, Spannung, aber auch f\u00fcr die Bestimmung unterschiedlicher Gase und Fl\u00fcssigkeiten. Spezielle Kunststoffe f\u00fcr die Isolations- und Schutzschichten ertragen Temperaturen von bis zu 300 \u00b0C.<\/p>\n
Das Anwendungsspektrum dieses Verfahrens ist immens, vor allem, weil es geeignete Echtzeitdaten f\u00fcr Predictive Maintenance liefert: \u00bbDamit lassen sich beispielsweise Batteriezellen einzeln \u00fcberwachen, Wartungsintervalle bei Offshore Windkraftanlagen optimieren oder Prozesse im Maschinen- und Anlagenbau verbessern\u00ab, so Fink weiter.<\/p>\n
Eine weitere bemerkenswerte Innovation, die das Fraunhofer ILT auf der formnext pr\u00e4sentiert, ist die nahtlose Einbindung von Sensoren w\u00e4hrend des additiven Herstellungsprozesses. Mithilfe von 3D-Strukturdruckverfahren wie dem Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Verfahren k\u00f6nnen gedruckte Sensoren direkt in die Bauteile integriert werden, w\u00e4hrend sie entstehen.<\/p>\n
Diese Technologie demonstrieren die Fraunhofer-Forschenden am Beispiel eines additiv gefertigten Fr\u00e4skopfs. Der Strukturdruckprozess mittels LPBF wird unterbrochen, um Dehnungsmessstreifen mithilfe eines digitalen Funktionsdruckverfahrens und laserbasierter thermischer Nachbehandlung zu integrieren. Anschlie\u00dfend wird der Strukturdruckprozess fortgesetzt, um das intelligente Bauteil fertigzustellen.<\/p>\n
Durch die Kombination von Struktur- und Funktionsdruck sowie laserbasierter Nachbehandlung lassen sich Bauteile mit integrierter Sensorik vollst\u00e4ndig additiv herstellen. Dies erm\u00f6glicht nicht nur die pr\u00e4zise Platzierung von Sensoren f\u00fcr anspruchsvolle Zustandsanalysen, sondern auch den Schutz dieser Sensoren vor mechanischen Umwelteinfl\u00fcssen.<\/p>\n
\u00bbDie Geometrie der Sensoren kann je nach Bauteil individuell angepasst werden, und zuk\u00fcnftig sind sogar weitere Funktionselemente wie integrierte Heizer denkbar\u00ab, sagt Samuel Fink. \u00bbDiese Technologie er\u00f6ffnet vielf\u00e4ltige Anwendungsm\u00f6glichkeiten, von der Fertigung in den Bereichen Werkzeug- und Maschinenbau bis hin zur Automobilindustrie und dar\u00fcber hinaus in den Sektoren Energie, Luft- und Raumfahrttechnik.\u00ab<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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