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Im Maschinen- und Anlagenbau stellt die kundschaftszentrierte Verbesserung von Erbringungsgeschwindigkeit und -qualität wesentliche Zielgrößen dar, während die  Ressourceneffizienz bislang weniger im Mittelpunkt der Betrachtung stand. Das Projekt "RePARE" setzt sich zum Ziel, Maßnahmen wie die vorbeugende Instandhaltung sowie den hohen Sicherheitsbestand an Ersatzteilen durch Additive-Repair-Verfahren zu komplementieren und so die systematische Regeneration von Ersatzteilen zu ermöglichen.

Additive Repair im Maschinen- und Anlagenbau

Der Wettbewerbsdruck im Maschinen- und Anlagenbau  führt zu neuen Handlungsstrategien, mit denen die Differenzierung gegenüber dem globalen Wettbewerb sichergestellt werden soll. Eine Strategie zur Steigerung von ökonomischer und ökologischer Nachhaltigkeit ist hierbei, den Lebenszyklus von Maschinen und Anlagen durch den Umbau, Austausch oder das Upgrade von Komponenten zu verlängern. Um dafür einen Beitrag zu leisten, wird im Projekt "RePARE" das Wiederaufbereiten von teilverschlissenen Ersatzteilen mittels Verfahren der Additiven Fertigung wie dem selektiven Laserstrahlschmelzen oder Laseraustragsschweißen im Sinne eines "Additive Repair" untersucht.

Versuchsaufbau zur Ermittlung der Bondingeigenschaften biegebelasteter Bauteile.png

Mit Hilfe eines wirtschaftlich-technischen Rahmenwerks wird evaluiert, welche anlagenbaulichen Komponenten für eine Auf- und Umarbeitung geeignet sind. Aus betriebswirtschaftlicher Sicht werden ganzheitliche Servicekonzepte für den Einsatz von Additive Repair definiert und mittels Kenngrößen die Instandsetzungsfähigkeit im Sinne einer Rebuild-or-Replace-Entscheidung bewertet. Die Betrachtung der Öko-Bilanz erweitert hierbei den Blick auf die Nachhaltigkeit.

 

Die Potenziale

Mit dem Einsatz von additiven Fertigungsverfahren zur Wiederaufbereitung von Ersatzteilen sind verschiedene Potenziale und Herausforderungen verbunden, die im Projekt auch durch Versuche anhand von Demonstratorbauteilen erforscht und diskutiert werden. Auf der einen Seite lassen sich dadurch die Aufwendungen seitens der Herstellenden, wie z. B. Ersatzteillagerung und Logistik, und der Kundschaft, wie z. B. Ausfallkosten, minimieren und der Lebenszyklus von Komponenten verlängern. Demgegenüber steht die Herausforderung, nachgelagerte Aktivitäten wie Ein- und Ausbau sowie die Qualitätssicherung des Ersatzteils mit Blick auf Gewährleistungs- und Haftungsfragen durchzuführen. Da der Markt für Additive Fertigung hochdynamisch ist, schaut das Projektteam im Rahmen einer Szenarioanalyse auch über die Forschungszeit hinaus, um z. B. Entwicklungen bei den Fertigungsstückkosten zu antizipieren.

Aufbau neuer Geometrie auf ein konventionell gefertigtes Zahnrad durch selektives Laserstrahlschmelzen.png

Konsortium und Ergebnisse

Im Projekt "RePARE" arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) gemeinsam mit den Ingenieuren des Instituts für Produktentwicklung und Gerätebau (iPeG) der Leibniz Universität Hannover zusammen. Das Team des DFKI wird dabei die Potenziale, die sich seitens Geschäftsmodell und Kreislaufführung ergeben, erforschen und durch die Entwicklung eines Gesamtsystems für die systematische Integration von Additive-Repair-Szenarien bis in die Serviceprozesse einen zusammenfassenden Rahmen liefern. Das IPeG erforscht unterschiedliche Reparaturstrategien für anlagenbauliche Komponenten, führt diese im praktischen Versuch aus und validiert die regenerierten Komponenten anschließend. Die Ergebnisse fließen in ein Assistenzsystem ein, das die Konstruierenden bei der Auslegung und Planung von Reparaturaufgaben unterstützt.

Aus der Industrie erhalten die Forschenden Unterstützung durch die DMG Mori Spare Parts GmbH und die Windmöller & Hölscher KG. Die Industriepartner begleiten das Projekt bei der Erhebung und Klassifikation von Verschleißmechanismen und dem Vergleich von Fertigungstechnologien für das Wieder-Inverkehrbringen von Bauteilen. Weiterhin sind aus praktischer Sicht die Fragen nach dem Schadenstyp bzw. -mechanismus, nach geeigneten Materialien und der Integration in die Wertschöpfungskette von Interesse, um darauf aufbauend eine Quantifizierung der Verfahren mit Blick auf die Prozesse, Ökobilanzierung und Verhältnismäßigkeit durchführen zu können.

 


Publikationen

Projektblatt (September 2019)
Das Projektblatt bietet einen anschaulichen Überblick über das Forschungsprojekt.

 

Beiträge zu der ReziProK Kick-off Veranstaltung im Dezember 2019

Poster (Dezember 2019)

Präsentation (Dezember 2019)

Bildnachweis: IPeG, Leibniz Universität Hannover