In che modo i metodi di produzione di massa possono essere applicati a prodotti personalizzati? Una risposta è utilizzare una combinazione di tecnologie di produzione digitale, ad esempio integrando la stampa digitale e la lavorazione laser nei processi di produzione tradizionali. Questo apre la strada alla personalizzazione del prodotto in linea. Sei istituti Fraunhofer hanno unito le loro competenze per portare il nuovo processo al livello successivo.

Il termine produzione di massa generalmente suggerisce un gran numero di prodotti identici che escono da una catena di montaggio. Però, le ultime tendenze richiedono prodotti personalizzati. L'industria automobilistica è un esempio di questa tendenza:Volkswagen, Per esempio, produce solo uno o due modelli Golf identici all'anno. Tuttavia, questa spinta verso l'individualizzazione sta spingendo anche le tecniche di produzione di massa ai loro limiti. Il progetto Fraunhofer Lighthouse Go Beyond 4.0 mira a raccogliere questa sfida consentendo la produzione di massa di prodotti personalizzati. È una collaborazione tra quattro diversi gruppi Fraunhofer e sei istituti Fraunhofer:il Fraunhofer Institute for Electronic Nano Systems ENAS, il Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM, l'Istituto Fraunhofer per la tecnologia laser ILT, l'Istituto Fraunhofer per l'ottica applicata e l'ingegneria di precisione IOF, l'Istituto Fraunhofer per la ricerca sui silicati ISC e l'Istituto Fraunhofer per le macchine utensili e la tecnologia di formatura IWU. Il progetto è gestito da Fraunhofer ENAS a Chemnitz.

"Proprio adesso, personalizzazione nell'industria automobilistica significa fondamentalmente preparare ogni veicolo per ogni versione possibile e quindi aggiungere le caratteristiche specifiche che ogni cliente ha ordinato a fine linea. Questo significa, Per esempio, che ogni auto deve essere dotata dell'intero cablaggio, " afferma il responsabile del progetto, il professor Thomas Otto. Il professor Reinhard Baumann, che lavora al Fraunhofer ENAS ed è responsabile del coordinamento del Progetto Faro, spiega il nuovo concetto:"Combinando metodi di produzione tradizionali con tecnologie digitali e processi di produzione emergenti, abbiamo trovato un modo per integrare l'individualizzazione del prodotto all'interno degli ambienti di produzione di massa. La nostra enfasi fin dall'inizio è stata sull'affidabilità del prodotto e della produzione, ma abbiamo ancora molta strada da fare".

Stampa su superfici di componenti bi e tridimensionali di qualsiasi forma

Il concetto di base è semplice:proprio come una stampante a getto d'inchiostro in ufficio, i ricercatori utilizzano tecnologie a getto d'inchiostro e di erogazione per stampare motivi geometrici. Ma invece di usare inchiostri colorati, in altre parole, inchiostri che hanno la funzionalità di "colore":usano inchiostri con funzionalità come conduttività elettrica, semiconduttività e isolamento. Questa tecnologia può essere utilizzata per creare sistemi sia a strato singolo che multistrato. Anche sensori e transistor sono fattibili. "E posso fare tutto questo non solo sul liscio, superfici piane come un foglio di carta ma anche, utilizzando robot, su pezzi curvi tridimensionali come portiere di automobili imbutite, " afferma Baumann. La seconda tecnologia di produzione digitale che entra in gioco è il laser. I ricercatori dei sei istituti Fraunhofer hanno combinato i due metodi. Di conseguenza, il raggio laser segue esattamente la linea presa dalla stampante, permettendolo, Per esempio, per polimerizzare fotopolimeri precedentemente stampati o inchiostri a nanoparticelle sinterizzate. Numerosi robot sono già utilizzati per l'assemblaggio in officina, eppure il nuovo metodo è molto diverso. "Abbiamo ottenuto miglioramenti di ordine di grandezza nella risoluzione spaziale della stampa con larghezze di linea fino a circa 50 micrometri, "dice Baumann.

Dall'automotive e dall'aviazione all'ottica

Per dimostrare l'applicabilità universale del loro approccio, gli scienziati Fraunhofer hanno già completato tre dimostratori per i mercati chiave del futuro dell'ingegneria automobilistica, aeronautica e ottica. L'uso delle tecnologie di produzione digitale apre le porte alla produzione di piccoli lotti di prodotti di massa personalizzati. Macchine, Per esempio, in genere contengono fino a otto chilometri di cablaggio in rame, pesa l'equivalente di circa 160 chilogrammi. Gli esperti possono utilizzare la stampa digitale per stampare percorsi conduttori di segnale su parti del corpo come porte, sostituendo così alcuni dei pesanti fili di rame con piste conduttrici stampate. Questo rende i veicoli più leggeri e riduce il consumo di carburante.

Negli aerei, il team di ricercatori si sta concentrando sui sensori che sono attualmente incollati o avvitati. "Stiamo prendendo il tipo di comprovate tecnologie di materiale composito in fibra utilizzate nella costruzione leggera e quindi incorporiamo processi di produzione digitale, " dice Baumann. Usando questo metodo, i ricercatori stampano digitalmente sia i percorsi dei singoli conduttori che interi sistemi di sensori su fibra di vetro o tappetini in carbonio. Vengono poi impregnati con una resina sintetica che li integra direttamente nel componente leggero. In un primo passo, gli scienziati sono riusciti a utilizzare questo metodo per incorporare la temperatura, sensori capacitivi e di impatto negli elementi alari di un aereo commerciale, nonché antenne UHF e LED.

I componenti ottici come le lenti dei fari delle automobili sono generalmente realizzati in vetro lucido o plastica. Le nuove tecnologie sviluppate nel progetto Go Beyond 4.0 Lighthouse aprono l'ulteriore possibilità di produrre ottiche a forma libera che combinano le proprietà di tre lenti all'interno di un singolo elemento invece delle proprietà di una singola lente. Queste ottiche a forma libera possono anche incorporare diodi emettitori di luce, e quindi funzioni di segnale. "Questo ci consente di produrre elementi ottici complessi che prima sarebbero stati impensabili, ", afferma Baumann. L'obiettivo principale sono le potenziali nuove applicazioni. L'ottica a forma libera potrebbe proiettare le informazioni generate dal veicolo sulla strada senza richiedere alcun tipo di schermo, ad esempio proiettando un segnale di stop prima ancora che il segnale di stop reale sia visibile. veicolo potrebbe estrarre le informazioni richieste da Internet o dall'ambiente di rete.

Uno dei maggiori vantaggi della tecnologia è che può essere utilizzata per elaborare i pezzi "in linea" nell'ambiente di produzione. Invece del sistema attualmente utilizzato per rimuovere i prodotti dalla linea di produzione per l'individualizzazione e quindi reinserirli in seguito, possono semplicemente rimanere nella linea di produzione dall'inizio alla fine. Questo è già fattibile su scala di laboratorio, e i team di ricercatori stanno ora cercando di raggiungere i tempi di ciclo delle linee di produzione del mondo reale. Allo stesso tempo, stanno continuando a ottimizzare le tecnologie stesse e a migliorare il modo in cui funzionano in combinazione. "Questo progetto Lighthouse ha riunito un team di persone straordinariamente performanti che sanno davvero come cooperare in modo efficiente, " afferma Baumann. "I risultati che abbiamo ottenuto finora ci consentono di affrontare altri mercati e di lavorarci insieme, "dice Otto.