Die Kompetenzen der einzelnen Themengruppen

Die Forscherinnen und Forscher des iwb entwickeln Lösungsstrategien für die effiziente Produktion von Morgen. Die Teams der Themengruppen untersuchen dafür gemeinsam mit Ihnen als Projektpartner aktuelle Fragestellungen - wissenschaftlich und problemorientiert. Die Arbeiten werden dabei nicht nur in den Forschungsfeldern des Instituts sondern auch bei den Unternehmen vor Ort durchgeführt.

Themengruppe Additive Fertigung

Additive (generative) Fertigungsverfahren sind in der Öffentlichkeit unter dem Namen „3D-Druck“ oder „Rapid Prototyping“ bekannt geworden und haben in den letzten Jahren massiv an Bedeutung gewonnen. Nach heutigem Stand werden unter dem Begriff der „Additiven Fertigung“ alle Fertigungsverfahren zusammengefasst, bei denen schichtweise ein Bauteil entsteht. Sie bieten damit zahlreiche gestalterische Freiheiten.

Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des iwb befassen sich forschungsseitig mit der Verarbeitung von metallischen Werkstoffen. Zum Verfahrens-Portfolio zählen das selektive Laser-Strahlschmelzen (Laser Beam Melting, LBM), die lichtbogen- und drahtbasierte additive Fertigung (Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) das Pulver-Binderverfahren (Binderjetting) sowie das Tintenstrahldrucken (Inkjetprinting). Komplettiert wird die Ausstattung am iwb durch diverse Anlagen zur Verarbeitung von Kunststoffen, die hauptsächlich in der Lehre oder bei der Fertigung von Prototypen zum Einsatz kommen. Die methodischen Kernkompetenzen der Themengruppe Additive Fertigung umfassen die Prozessentwicklung, die Prozesssimulation auf unterschiedlichen Betrachtungsskalen und die Prozessüberwachung. Ergänzend hierzu bestehen Kompetenzen im Bereich der spanenden Nachbearbeitung von additiv gefertigten Bauteilen, welche zusammen mit der Themengruppe Werkzeugmaschinen aufgebaut wurden.

Leitung der Themengruppe: Andreas Bachmann

 

Die Forschungsschwerpunkte der Themengruppe Additive Fertigung:

  •  Additive Fertigungsprozesse
    Im Forschungsfeld Additive Fertigungsprozesse beschäftigen sich die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter detailliert mit den Prozessen einzelner additiver Verfahren und den zugrundeliegenden physikalischen Effekten. Dabei stehen sowohl die Entwicklung von neuen Verfahren als auch die Erweiterung des Prozessverständnisses bei bereits existierenden Verfahren im Vordergrund. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf der Erfassung und Beschreibung der grundlegenden Wirkzusammenhänge bei den additiven Fertigungsprozessen. Ein fundiertes Prozessverständnis dient dazu, nicht nur die Robustheit und Prozesssicherheit von additiven Fertigungsverfahren zu verbessern, sondern bildet auch den Ausgangspunkt für die Entwicklung von neuen Verfahren und Derivaten sowie für die Befähigung neuer Materialien für die Additive Fertigung.
    Forschungsfeldleitung: Andreas Wimmer
  • Prozessketten- und Bauteilgestaltung
    Im Forschungsfeld Prozessketten- und Bauteilgestaltung liegt der Fokus, im Gegensatz zum Forschungsfeld Additive Fertigungsprozesse, auf übergeordneten Fragestellungen, die sich durch den Einsatz der Additiven Fertigung in Produktionssystemen ergeben. Dabei stehen weniger die Wirkzusammenhänge bei einem einzelnen additiven Verfahren im Vordergrund, vielmehr werden die Wechselwirkungen und Interaktionen des Additiven Fertigungsprozesses mit vor- und nachgelagerten Prozessen in der Prozesskette betrachtet. Dazu zählen beispielsweise Methoden zur Beherrschung bzw. zur Kompensation von Bauteilverzug entlang der gesamten additiven Prozesskette oder die geeignete Abstimmung von Additiver Fertigung und passender spanender Nachbearbeitung, um Bauteile mit hoher Oberflächengüte herstellen zu können.
    Forschungsfeldleitung: Cara Kolb

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    Themengruppe Batterieproduktion

    Leistungsfähige elektrochemische Energiespeicher sind für Anwendungen in der Elektromobilität und der stationären Energiespeicherung von großer Bedeutung. Hierfür sind die Verbesserung der gravimetrischen und volumetrischen Energiedichte sowie die Reduktion der Produktionskosten ausschlaggebend. Erst ein vertieftes Prozessverständnis über die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) ermöglicht die Produktion verbesserter und kostengünstiger Batteriezellen.

    Die Themengruppe Batterieproduktion beschäftigt sich forschungsseitig deshalb mit der Fertigung von innovativen Batteriezellen. Der Kern der Arbeit ist die Prozessentwicklung und die Optimierung aller Prozesse innerhalb der Batterieproduktion. Vom Mischen der Elektrodenmaterialien bis hin zur Formierung der fertigen Zellen und der Batteriemodulmontage werden alle Schritte in-house an der Forschungsproduktionslinie des iwb durchgeführt. Die Arbeitssicherheit steht hierbei stets im Vordergrund. Auch aufgrund der industrienahen Forschung des iwb werden entlang der gesamten Prozesskette höchste Sicherheitsstandards eingehalten. Das Zellportfolio umfasst verschiedene Zelltypen (Knopf-, Pouch- und Hardcase-Zellen) mit Kapazitäten von wenigen mAh bis über 20 Ah. Hierfür steht am iwb industrienahe Anlagentechnik zur Verfügung, welche flexibel an verschiedenste Anforderungen angepasst werden kann.

    Neben unterschiedlichsten Materialien konventioneller LIB beschäftigt sich die Themengruppe auch mit Festkörperbatterien und der Verwendung von metallischem Lithium, sowie Silizium-Komposit-Anoden zur Herstellung von LIB der nächsten Generation.

    Leitung der Themengruppe: Florian Günter

     

    Die Forschungsschwerpunkte der Themengruppe Batterieproduktion sind:

    • Elektrodendesign und -herstellung
      Die Performance von Batteriezellen hängt nicht nur von den verwendeten Materialien, sondern auch maßgeblich von der Beschaffenheit der Elektroden ab. Jedes Elektrodenmaterial bedarf einer Neuauslegung der Herstellungsprozesse, weshalb ein vertieftes Verständnis über diese notwendig ist.

      Im Forschungsfeld Elektrodendesign und -herstellung beschäftigen sich die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter intensiv mit neuen Elektrodendesigns (von Slurry-Rezepturen bis zu Elektrodenstrukturen) und der Verarbeitung neuartiger Elektrodenmaterialien. Kathodenseitig stehen vor allem kobaltarme Materialien auf NMC-, NCA-Basis sowie prälithiierte manganreiche Hochvoltspinelle im Fokus der Forschung. Für Anodenmaterialien liegt der Forschungsschwerpunkt auf Silizium-Kompositen und der Prälithiierung von Anoden.

      Neben der Materialforschung und Forschung an Elektroden-Slurrys beschäftigt sich das iwb zudem mit der Auslegung von Elektroden- und Zelldesigns. Im Fokus stehen hier sowohl künstlich erzeugte Elektrodenstrukturen durch mechanische Strukturierungsverfahren und Laserstrukturierung, als auch natürlich erzeugte Strukturen durch den Einsatz unterschiedlicher Porositäten innerhalb der Elektrodenschichten.

      Die innerhalb der Themengruppe Batterieproduktion betrachteten Prozesse reichen vom pulverförmigen Aktivmaterial bis zur fertigen Elektrode und umfassen das Mischen und Dispergieren, das Beschichten und Trocknen sowie das Kalandrieren und Laserstrukturieren der Elektroden.

      Forschungsfeldleitung: David Schreiner

    • Zellproduktion und -qualität
      In der Zellmontage werden aus einzelnen Elektroden funktionierende Zellen mit hoher Kapazität und Energiedichte produziert. Umso später Fehler entlang der Prozesskette auftreten, desto stärker wirkt sich der Ausschuss auf die Kosten aus, weswegen die Qualitätssicherung und Prozessstabilität höchste Wichtigkeit für eine effiziente Produktion unter hohen Materialkosten darstellt.

      Das Forschungsfeld Zellproduktion und –qualität beschäftigt sich intensiv mit der Zellassemblierung und der Charakterisierung großformatiger Batteriezellen. Am iwb wird an den Prozessschritten Elektrodenschneiden (Laserschneiden und Stanzen), automatisierter Stapelbildung, Kontaktierung, Elektrolytbefüllung und Formierung geforscht. Die verschiedenen Einflüsse der einzelnen Prozessparameter auf die fertige Batteriezelle werden genauestens untersucht und die Parameter speziell auf die verwendeten Materialien und die Anforderungen an die Zelle angepasst. Um entlang der Prozesskette eine hohe Produktivität, eine gute Qualität und geringe Kosten gewährleisten zu können, setzt das iwb auf innovative Qualitätssicherungsmethoden und eine datenbasierte Prozessüberwachung. Innerhalb der einzelnen Prozesse sorgen verschiedene inline Qualitätssicherungsmaßnahmen für das Einhalten der geforderten Spezifikationen. Nach jedem Prozessschritt durchläuft das Zwischenprodukt zudem verschiedene Qualitätskontrollen, bevor es an den nächsten Verarbeitungsprozess übergeben wird. Hierdurch wird eine gleichbleibende, sehr hohe Qualität der produzierten Zellen gewährleistet.

      Forschungsfeldleitung: Fabian Konwitschny

     

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    Themengruppe Füge- und Trenntechnik

    Füge- und Trennverfahren ermöglichen die kostengünstige Herstellung komplexer Produkte und realisieren Innovationen für den Leichtbau, die Erzeugung von Mischverbindungen und die Funktionsintegration. Die Aufgabengebiete der Themengruppe Füge- und Trenntechnik umfassen die Untersuchung und die weitere Erforschung einer repräsentativen Bandbreite an Füge- und Trennverfahren. Die theoretische und experimentelle Auslegung der Prozesse, die Integration von Systemtechnik sowie die Umsetzung und Realisierung von Anlagenkonzepten bilden das Zentrum dieser Untersuchungen. Begleitet werden die Arbeiten von der numerischen Abbildung der Prozesse durch Simulation. Darüber hinaus werden moderne Konzepte zur Prozessüberwachung und Datenauswertung entwickelt und eingesetzt, um eine Optimierung der Prozesse zu unterstützen.

    Leitung der Themengruppe: Jan Bernd Habedank

     

    Die Forschungskompetenzen der Themengruppe Füge- und Trenntechnik:

    • Laserfertigungstechnik
      Die Laserfertigungstechnik am iwb beschäftigt sich mit Grundlagenuntersuchungen zum Laserstrahlschweißen und setzt dabei moderne Systemtechnik zur Prozessüberwachung ein. Mit Hilfe neuartiger Ansätze zur Datenverarbeitung werden die Sensorsignale der Prozessüberwachung genutzt, um systematisch Prozessverbesserungen zu erzielen.
      Forschungsfeldleitung: Maximilian Schmöller
       
    • Reibschweißen
      Die Schwerpunkte in diesem Forschungsfeld liegen in der Qualifizierung neuer Methoden zur Prozessüberwachung und -optimierung beim Rührreibschweißen durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz sowie einer Temperaturmessung bzw. -regelung. Darüber hinaus werden Ansätze zur Erschließung neuer Anwendungen des FSW im Rahmen der Elektromobilität sowie zur wirtschaftlichen Herstellung und Nutzung von Mischverbindungen untersucht.
      Forschungsfeldleitung: Roman Hartl
    • Intelligente Fügesystemtechnik
      Die intelligente Fügesystemtechnik stellt eine Schnittstelle zwischen den einzelnen Forschungsschwerpunkten in der Themengruppe Füge- und Trenntechnik dar. Hier werden Methoden zur Datenerfassung und -auswertung für den produktionstechnischen Einsatz adaptiert und weiterentwickelt. Dabei werden moderne Methoden der Datenverarbeitung von Statistik bis hin zu maschinellem Lernen eingesetzt, um praxisnahe Handlungsempfehlungen für die industrielle Umsetzung zu geben.
      Forschungsfeldleitung: Christian Stadter
       

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    Themengruppe Montagetechnik und Robotik

    Die Themengruppe Montagetechnik und Robotik adressiert innerhalb der Produktion die letzte Stufe der Wertschöpfung – die Montage. Dort werden Kosten und Qualität von Produkten maßgeblich beeinflusst. Effiziente Montageprozesse, innovative Anlagentechnik und Montagesysteme sowie der gezielte Einsatz von Industrierobotern sind der Schlüssel zu einer wirtschaftlichen Produktion. Die Forscher und Forscherinnen der Themengruppe Montagetechnik und Robotik arbeiten deshalb an neuen Lösungen für konkrete Problemstellungen in diesen Bereichen. Maßgeblich sind dabei auch die aktuellen Trends der Produktion.

    Leitung der Themengruppe: Daria Leiber

    Die Forschungskompetenzen der Themengruppe Montagetechnik und Robotik:

    • Cyberphysische Montagesystem
      Im Fokus stehen die digitale Modellierung von Produkten, Prozessen und Betriebsmitteln in Montageanlagen. Das Ziel ist eine automatisierte Auslegung, Auswahl und Konfiguration von Montageanlagen, basierend auf den gestellten Anforderungen des Produktes oder des Anwenders.
      Forschungsfeldleitung: Lisa Heuß
    • Industrielle Robotik
      Im Fokus steht die Befähigung von Robotern für neue Anwendungsgebiete durch die Vereinfachung der Programmierung, Steigerung der Genauigkeit und Integration bildgebender Sensorik.
      Forschungsfeldleitung: Alejandro Magana
       
    • Nachhaltige Produktion
      Das Forschungsfeld dient zur themenübergreifenden und interdisziplinären Bündelung von Kompetenzen im Bereich Nachhaltigkeit in der Produktion. Betrachtet werden unterschiedliche Aspekte der Nachhaltigkeit vor dem Hintergrund verschiedener produktionstechnischer Fragestellungen.
      Forschungsfeldleitung: Julia Horsthofer

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    Themengruppe Produktionsmanagement und Logistik

    Die Themengruppe Produktionsmanagement und Logistik verfolgt das Ziel die Effektivität und Effizienz in der Produktion zu erhöhen. Ein Forschungsschwerpunkt ist dabei die Entwicklung von Methoden des Änderungs- und Technologiemanagements sowie der Fabrikplanung und -analyse. Darüber hinaus forscht die Themengruppe an kompetenzgerechten Arbeits- und Produktionssystemen vor dem Hintergrund des demografischen Wandels sowie der zunehmenden Digitalisierung der Produktionsumgebung. Ein weiteres Forschungsgebiet ist die Optimierung in der industriellen Praxis, wo produktionstechnische Fragestellungen (z. B. Layout- und Routenplanung) durch den Einsatz mathematischer Optimierungsmethoden gelöst werden.

    Leitung der Themengruppe: Harald Bauer

     

    Die Forschungskompetenzen der Themengruppe Produktionsmanagement und Logistik:

    • Innovationsmanagement in der Produktion
      Ziel des Forschungsfelds Innovationsmanagement in der Produktion ist es, die Grundlagen innovativer Produktion zu erforschen und weiterzuentwickeln. Dies umfasst insbesondere Konzepte, Modelle, Methoden und Prozesse des Technologie- und Änderungsmanagements sowie der Fabrikplanung und -analyse.
      Forschungsfeldleitung: Andreas Hofer
       
    • Mensch in der Fabrik
      Ziel des Forschungsfeldes Mensch in der Fabrik ist die Erforschung der Interaktionen zwischen Produktionsmitarbeitern und dem Produktionssystem und die Bereitstellung von Lösungen des Produktionsmanagements zum effizienten und kompetenzgerechten Mitarbeitereinsatz in der zunehmend digitalisierten Produktionsumgebung.
      Forschungsfeldleitung: Barbara Tropschuh
       
    • Data Analytics im Produktionsmanagement
      Ziel des Forschungsfeldes Data Analytics im Produktionsmanagement ist die Verbesserung der Lösungsqualität industrieller Problemstellungen im Kontext des Produktionsmanagements durch den Einsatz von Data Analytics und Methoden der Künstlichen Intelligenz.
      Forschungsfeldleitung: Simon Zhai
    • Nachhaltige Produktion
      Das Forschungsfeld dient zur themenübergreifenden und interdisziplinären Bündelung von Kompetenzen im Bereich Nachhaltigkeit in der Produktion. Betrachtet werden unterschiedliche Aspekte der Nachhaltigkeit vor dem Hintergrund verschiedener produktionstechnischer Fragestellungen.
      Forschungsfeldleitung: Julia Horsthofer
       

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    Themengruppe Werkzeugmaschinen

    Die Hauptaufgabe der Themengruppe ist die interdisziplinäre Entwicklung, Konstruktion und Optimierung von Werkzeugmaschinen sowie die Umsetzung einer dafür geeigneten methodischen Vorgehensweise. Ein Schwerpunkt liegt dabei in der Untersuchung und der Optimierung des dynamischen Verhaltens von Maschinenstrukturen. Hierzu werden Verfahren zur Simulation und zur experimentellen Analyse des Strukturverhaltens, der Regelung und der Zerspanprozesse von Werkzeugmaschinen eingesetzt. Des Weiteren werden Werkzeuge und Vorgehensweisen zur Entwicklung von Steuerungssoftware erarbeitet. Der Regelungsentwurf komplexer Systeme bildet eine wichtige Grundlage für die Entwicklung und Umsetzung von integrierten adaptiven Strukturen und Regelungsverfahren zur Verbesserung der dynamischen Maschineneigenschaften.

    Leitung der Themengruppe: Thomas Semm

     

    Die Forschungskompetenzen der Themengruppe Werkzeugmaschinen:

    • Strukturverhalten
      Ziel des Forschungsfelds ist es, Methoden zur Analyse und Optimierung des statischen, dynamischen und thermischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen unter Berücksichtigung der Bearbeitungsprozesse zu entwickeln.
      Forschungsfeldleitung: Maximilian Busch
       
    • Intelligente Werkzeugmaschinen
      Der Schwerpunkt liegt in der automatischen Signalverarbeitung und Zustandsdiagnose von Werkzeugmaschinen, sodass eine optimale Performanz der Systeme erreicht und unerwartete Ausfälle vermieden werden.
      Forschungsfeldleitung: Valerie Scharmer
       
    • Prozessverhalten
      Die Integration verschiedenartiger Prozesse in eine gemeinsame Anlage oder aber die Kooperation verschiedener Anlagen ermöglichen eine Steigerung der Produktivität und der Produktqualität.
      Forschungsfeldleitung: Christina Häußinger
       
    • Nachhaltige Produktion
      Das Forschungsfeld dient zur themenübergreifenden und interdisziplinären Bündelung von Kompetenzen im Bereich Nachhaltigkeit in der Produktion. Betrachtet werden unterschiedliche Aspekte der Nachhaltigkeit vor dem Hintergrund verschiedener produktionstechnischer Fragestellungen.
      Forschungsfeldleitung: Julia Horsthofer
       

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