Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen lädt zum 32. Internationalen Kolloquium Kunststofftechnik ein. Die Traditionsveranstaltung am 28. und 29. Februar 2024 in Aachen bietet wieder ein Forum für die Diskussion neuester Entwicklungen und Technologien.
Den ersten Tagungstag eröffnen Prof. Dr.-Ing. Lutz Eckstein, Präsident des VDI und Leiter des Instituts für Kraftfahrzeuge (ika) an der RWTH Aachen, mit seinem Plenarvortrag „Zukunft Deutschland 2050“ und Prof. Dr.-Ing. Christian Hopmann, Leiter des IKV, mit seiner Betrachtung „Nachhaltig und digital der Deindustrialisierung entgegen“.
Der zweite Veranstaltungstag wird eingerahmt von den Plenarvorträgen „Kunststoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe – ein universeller Problemlöser?“ von Dr.-Ing. Martin Bussmann (Neste) und „Wie steht es um den Industriestandort Deutschland? Konjunkturausblick und Herausforderungen“ von Dr. oec. Carolin Vogt (IKB Deutsche Industriebank).
Vorträge in 15 Sessions
Herzstück des Kolloquiums sind erneut 15 Vortragssessions, in denen das IKV aktuelle Forschungsthemen präsentiert. Sie widmen sich folgenden Themen:
- KI-getriebene Methoden zur Steigerung der PCR Nutzung,
- Prozesstechnik für das Spritzgießen von Leichtbauteilen,
- Fortschritte beim Ultraschall- und Laserstrahlschweißen,
- Neue Prozessregelungsstrategien für das Spritzgießen,
- Mehrskalensimulation von mehrphasigen Werkstoffen,
- Materialcharakterisierung und Prozessüberwachung für Polyurethane,
- Structural Health Monitoring von Wasserstoff-Druckspeichern,
- Produktspezifische Prozesstechnik für das Spritzgießen,
- Plasmabasierte Barrierebeschichtung für nachhaltige Verpackungen,
- Assistenzsysteme im Spritzgießen,
- Ressourceneffizienz für Elastomeranwendungen,
- Verbesserung der Vorhersage der Ermüdungslebensdauer von faserverstärkten Bauteilen,
- Herausforderungen bei der Verarbeitung von PCR,
- Kosteneffiziente Auslegung von Tape-verstärkten Großserien-Bauteilen und
- Intelligente Werkzeuge zur Design- und Prozessverbesserung in der additiven Fertigung.
Jede Session beginnt mit einem Impulsvortrag von Industrievertretern, die den Weg für die nachfolgenden wissenschaftlichen Beiträge ebnen und den Zusammenhang zur industriellen Praxis herstellen. Zu den hochkarätigen Moderatoren, die diese Sessions begleiten, gehören Dr.-Ing. Hubert Ehbing (Covestro Deutschland), Frank Ehrhart (Altair Engineering), Dr. phil. Jürgen Geng (Plasma Electronic), Dr.-Ing. Jochen Hauck (Simona), Thomas Herrmann (Herrmann Ultraschall), Michael Johann (Porsche Engineering), Dr.-Ing. Jan-Martin Kaiser (Robert Bosch), Dr.-Ing. Johannes Kilian (Engel Austria), Dr.-Ing. Sebastian Kleineheismann (Forvia Hella), Dr.-Ing. Christopher Neumann (Freudenberg Sealing Technologies), Dr.-Ing. Melanie Rohde-Tibitanzl (Sumitomo-Demag), Dr.-Ing. Stefan Seibel (Brückner Maschinenbau), Dr.-Ing. Peter Ryzko (Südpack Verpackungen) und Dr.-Ing. Thomas Walter (Arburg).
Der erste Veranstaltungstag eröffnet mit „IKV 360°“ die Möglichkeit zur Besichtigung der Technika und Labore mit mehr als 80 Versuchsstationen (Foto: IKV).
IKV 360° Forschung live veranschaulicht die Themen praxisnah
Der erste Veranstaltungstag eröffnet dabei mit „IKV 360°“ die Möglichkeit zur Besichtigung der Technika und Labore – hier wird aktiv der Bezug zwischen den Vortragsthemen und der Anwendung hergestellt. Mehr als 80 Versuchsstationen demonstrieren live die inhaltliche und strukturelle Vielfalt der Forschungsarbeit am IKV. Erstmals werden alle Versuchsstände auf dem Campus Melaten vereint präsentiert, und das Plastics Innovation Center der Fachöffentlichkeit vorgestellt.
Im Vordergrund die 2023 in Betrieb genommene neue Technikumshalle des PIC 4.0 am Campus Melaten (Foto: IKV/Fröls).
Schwerpunkt Digitalisierung
Ein inhaltlicher Schwerpunkt des Kolloquiums wird die Nutzung digitaler Methoden in der Kunststoffverarbeitung sein. Beim Kolloquium gibt das IKV einen umfassenden Einblick in seine Leistungsfähigkeit auf diesem Gebiet, denn das IKV hat sich in den vergangenen Jahren im Bereich Digitalisierung breit aufgestellt. Es erforscht und entwickelt Schlüsselthemen für die die Digitalisierung in der Kunststoffverarbeitung, die jetzt und zukünftig die Grundlage für den technischen, monetären und gesellschaftlichen Mehrwert bilden. Mit dem Thema Digitalisierung befassen sich beim Kolloquium die Session 2 (KI-getriebene Methoden zur Steigerung der PCR Nutzung), die Session 5 (Mehrskalensimulation von mehrphasigen Werkstoffen) und Session 10 (Assistenzsysteme im Spritzgießen) mit jeweils einer Keynote sowie zwei wissenschaftlichen Präsentationen aus dem IKV. Drei Großprojekte, an denen das IKV maßgeblich beteiligt ist, geben einen Einblick in die Aktivitäten.
In der Maschinenhalle des PIC 4.0 steht eine Anlagentechnik zur Verfügung, die über eine große Bandbreite etablierter sowie moderner Komponenten bietet (Foto: IKV/Fröls).
Plastics Innovation Center 4.0 – Vollständig digitalisiere Forschungsinfrastruktur
Mit dem 2023 in Betrieb genommenen Plastics Innovation Center 4.0 (PIC 4.0) hat das IKV ein neues Technikum mit einer modernen Forschungs- und Entwicklungsinfrastruktur für neue Ansätze der Digitalisierung geschaffen. Die Förderung des dreijährigen Projektes durch das Land NRW mit Mitteln der Europäischen Union im Rahmen der EFRE-NRW Förderung erlaubte es, das PIC 4.0 so auszubauen, dass neben der modernen baulichen Infrastruktur eine Anlagentechnik zur Verfügung steht, die über eine große Bandbreite etablierter sowie moderner Komponenten verfügt und somit anwendungsnahe Entwicklungen in einem heterogenen Arbeitsumfeld ermöglicht. Darüber hinaus wurde eine völlig neue digitale Infrastruktur aufgebaut. Damit können sehr diverse Datenquellen miteinander verknüpft und Daten, Objekte oder logische Verbindungen über lange Zeit, insbesondere über einen Programmabbruch hinaus, bereitgehalten werden (Datenpersistierung), um sie später für Anwendungen zu nutzen, die heute noch gar nicht bekannt sind. Bei der Datenverarbeitung kann das PIC 4.0 auf modernste, u. a. KI-basierte, Methoden zugreifen.
Ergänzt wird diese Infrastruktur durch inhaltliche Forschung zur semantischen Datenstrukturierung sowie zur Implementierung von Kernkomponenten für die Entwicklung und Programmierung neuer digitaler Tools. Durch die Verfügbarkeit dieses strukturierten Systems können für zukünftige Arbeiten aufwendige Grundlagenarbeiten eingespart werden und neue Funktionalitäten effizient entwickelt werden. Von der flexiblen Infrastruktur profitieren daher nicht nur laufende und zukünftige Forschungsprojekte, sondern auch die anwendungsnahe Entwicklung.
Das Exzellenzcluster “Internet of Production” umfasst sechs Forschungsbereiche (Cluster Research Domains, CRD). Das IKV forscht in den Domains A, B1, B2 und B3 (Abbildung: IKV).
Start-up aus dem Exzellenzcluster „Internet of Production“
Inhaltlich eng verknüpft mit dem Plastics Innovation Center 4.0 sind die Aktivitäten des IKV im DFG-geförderten Exzellenzcluster „Internet of Production“, in dem ein Konsortium von mehr als 35 teilnehmenden Instituten der RWTH die Digitalisierung von Produktionsprozessen disziplinübergreifend erforscht. Das IKV ist seit 2019 aktiver Partner und vertritt in diesem Exzellenzcluster die Forschung für die Kunststoffverarbeitung in den Teilbereichen Infrastruktur, Material, Prozesstechnik und Produktionsplanung.
Insbesondere im Bereich der Prozesstechnik wurden hier die Grundlagen für einen neuen Ansatz der systematischen Prozesseinrichtung im Spritzgießen gelegt und bis in die Anwendungsnähe entwickelt. Derzeit befindet sich am IKV ein Start-up-Vorhaben in der Gründungsphase, das auf einem vielversprechenden KI-basierter Modellbildungsansatz aufbaut. Das Start-up industrif.ai entwickelt ein Assistenzsystem, das den Prozessingenieur und Anlagenbediener bei der Einrichtung neuer Spritzgießprodukte niedrigschwellig unterstützen soll. Es soll außerdem anschließend die Produktion überwachen und Handlungsempfehlungen für eine Prozessoptimierung geben können. Dadurch wird die Zeit, die für die Einrichtung des Prozesses benötigt wird, operativ verkürzt und der Prozess optimiert. Gleichzeitig wird die Einrichtung weniger abhängig von subjektiven Entscheidungen und überliefertem Erfahrungswissen, sodass auch nachhaltig eine qualitativ hochwertige Prozesseinrichtung ermöglicht wird.
KIOptiPack bezieht die gesamte Wertschöpfungskette mit ein – angefangen bei Vorhersagen zu Materialeigenschaften über die gesamten Entwicklungs- und Produktionsprozesse bis hin zur Abfallsammlung und Aufbereitung des Rezyklats (Abbildung: IKV).
KI-Anwendungshub Kunststoffverpackungen – KIOptiPack
Wie kann Künstliche Intelligenz (KI) dabei helfen, Abfallberge zu verringern? Wie kann sie dazu beitragen, wichtige Ressourcen im Kreislauf zu führen? Diesen Fragen widmet sich die Fördermaßnahme “KI-Anwendungshub Kunststoffverpackungen – nachhaltige Kreislaufwirtschaft durch Künstliche Intelligenz” des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Der KI-Hub Kunststoffverpackungen setzt sich aus den beiden Innovationslaboren KIOptiPack und K3I-Cycling zusammen. Diese arbeiten auf das gemeinsame Ziel hin, die Wertschöpfungskette von Kunststoffverpackungen nachhaltiger zu gestalten. Von Design und Produktion bis hin zur Kreislaufschließung werden Methoden der KI in konkreten Anwendungsfällen getestet und in die Anwendung gebracht.
Der Anteil von Rezyklaten soll bei Verpackungen zukünftig bei mindestens 30 % liegen. Damit ein industriell sicherer Einsatz von Rezyklaten erfolgreich gelingt, ist es zunächst entscheidend die Materialqualitäten zu standardisieren. Hier setzt das Innovationslabor KIOptiPack – Design und Produktion an, dessen Konsortialführer das IKV ist. Die rund 40 Projektpartner verfolgen das Ziel, praxisreife KI-gestützte Werkzeuge für das erfolgreiche Produktdesign sowie die qualitätsgerechte Produktion von Kunststoffverpackungen mit hohem Rezyklatanteil in einem KI-Anwendungs- und Datenraum bereitzustellen, zu validieren und in die Anwendung zu transferieren. Dies wird mit der Bildung einer zentralen Netzwerkplattform für das Wertschöpfungsengineering verknüpft. Das Projekt und die darin entwickelten Werkzeuge beziehen die gesamte Wertschöpfungskette vom Sekundärrohstoff, über die Material- und Verpackungsentwicklung, die Prozessauslegung, die Verpackungsproduktion bis hin zur Abfallsammlung und Aufbereitung sowie die Konsumierenden mit ein.
