21. September 2016

Industrie 4.0 – Heimspiel für Laser und Sensoren


				
					SCANLAB AG

Industrie 4.0 fertigt digital vernetzt und automatisiert. Flexible Fertigungstechnik und zuverlässige Inline-Qualitätsüberwachung sind gefragt. Die Photonik hat passende Antworten.

In Zeiten von Internet und Smartphone wendet sich die Druckindustrie neuen Themen zu. Verpackungsdruck, Druck auf Glas, Metall oder Keramik sowie individualisierte Druckerzeugnisse. In allen Fällen ist Photonik im Spiel. Tinten werden mit Ultraviolett- oder Infrarotstrahlern auf Oberflächen fixiert, wobei die effiziente LED-Technik auf dem Vormarsch ist. Laser- und Kamerasysteme kontrollieren die Qualität. Und da kleinere Druckauflagen und personalisierte Drucke mit häufigeren Auftragswechseln einhergehen, sind automatisierte Prozessketten das Gebot der Stunde. Auch hier schlägt die Stunde der Photonik.

Der VDMA Fachverband Druck- und Papiertechnik und Forscher der Hochschule Augsburg haben jüngst eine digitale Prozesskette gezeigt, die Druckprodukte individualisiert. Auftragsdaten werden per QR-Code auf die jeweilige Pappe aufgebracht. Scanner in den Maschinen lesen sie ein. Ohne weiteres Zutun folgen Druck und Zuschnitt per Laser-Schneidemaschine. Heraus kommen in jeweils unterschiedlichen Sprachen bedruckte Faltvorlagen für Pappwürfel, in deren vier Seitenwände der Laser Buchstabe für Buchstabe das Wort „Print 4.0“ geschnitten hat.

Viel Arbeit für Laser und optische Sensorik

Die Druck-Prozesskette ist ein typischer Fall von Industrie 4.0. Digital konstruierte und simulierte Produkte durchlaufen mitsamt Fertigungsdaten voll automatisierte Fertigungsprozesse. Schon für die Simulation der Fabriken, Fertigungslinien und Produkte sind Laser-Scanner im Einsatz, die Räume und Objekte präzise in 3D erfassen. In der Fertigung transportieren per Laser auf Metalle und andere Werkstoffe aufgebrachte Codes Steuerungsinformationen zu den jeweiligen Bearbeitungszentren und Robotern. Die Codes erlauben nicht nur das eindeutige Zuordnen von Fertigungsparametern zum individuellen Produkt. Vielmehr sorgen sie für gläserne Produkte. Der Fertigungsstatus lässt sich verfolgen und dokumentieren. Auch Versandinformationen sind im Code enthalten.

Die Voraussetzung dafür, dass sich Automation auch für Kleinstserien und individuelle Produkte lohnt, sind flexible Fertigungstechnik und zuverlässige Systeme zur Inline-Qualitätskontrolle. Beides schreit förmlich nach dem Werkzeug Licht. Laser bohren, schneiden, schweißen, beschriften und strukturieren vielfältigste Materialien – ohne Werkzeugwechsel und -verschleiß. Kurze Rüstzeiten und schnelle Auftragswechsel sind der Schlüssel zu Produktivität. Zudem bieten Laser die nötige Präzision zur Fertigung von Mikrosystemen. Und sie sind wie gemacht für empfindliche Materialien, da der Wärmeeintrag präzise regulierbar ist. Im Zusammenspiel mit Scannern und Sensoren sind Regelkreise umsetzbar, die sich in Echtzeit nachjustieren. Technologien wie das Remote-Laserschweißen, bei dem Echtzeit-Sensorik die exakte Position und Qualität der Schweißnähte „on the fly“ überwacht, sind Vorboten der hochflexiblen, qualitätsgesicherten Automation á la Industrie 4.0.

Nudelteig, geschmolzenes Plastik und 3D-Druck

Mit dem 3D-Druck kommt die Option voll automatisierter, digital gesteuerter Serienfertigung ab Stückzahl 1 hinzu. Laser bauen dabei hoch komplexe Bauteile Schicht für Schicht aus Metall- oder Kunststoffpulver auf. Erste Hersteller realisieren auf dieser Basis voll vernetzte Prozessketten, in denen aus 3D-Daten im digitalen Fertigungsprozess greifbare Produkte werden. Die neue Produktionswelt wäre ohne Laser schlicht undenkbar.

Die 4. Industrielle Revolution treibt aber auch Anlagenbauer um. Imaging und optischen Sensoren kommt eine Schlüsselrolle in Konzepten für einen voll automatisierten, IT-gesteuerten Anlagenbetrieb zu. Denn wer über autonome Chemie-, Stahl-, Papier- oder Lebensmittelanlagen nachdenkt, kommt nicht an einer lückenlosen Echtzeitüberwachung im Prozess vorbei. Optische Messsonden überwachen Prozesse direkt in Extrudern und Reaktoren, sei es um gleichbleibende Qualität von geschmolzen Kunststoffen oder Nudelteig zu überwachen. Oder sei es, um homogene Verteilung in Wirkstoffen in Arzneien, von Pigmenten in Lacken oder Fasern in Zellstoff zu kontrollieren. Für die Photonik wird Industrie 4.0 zum Heimspiel. Denn optische Systeme sind in der Fertigung wie in der Qualitätssicherung gesetzt, weil sie ihren Job ausdauernder und präziser machen als konventionelle Fertigungstechnik – und in vielen Fällen auch besser als der Mensch.

 
 
 
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