Smart Production

Programme 2014 - 2020 INTERREG V-A Germany - The Netherlands

Date of latest update: 2024-02-10

Description

Description (DE):

Im Rahmen des Projektes werden Prozesse, Maschinen und Materialien für die Herstellung von Produkten in Kleinserien (Stückzahlen: 1-1.000) entwickelt und untersucht. Diese stellen im Produktionsalltag besonders unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten eine besondere Herausforderung dar, angesichts der Tatsache, dass Fixkosten (z.B. Entwicklung und Erstellung von Tiefziehformen (engl. moulds), Rüstkosten) einen erheblichen Anteil an den Herstellkosten haben und somit die Produkte verhältnismäßig teuer bis hin zu unwirtschaftlich sind. Angesichts der stetig steigenden Nachfrage nach individuellen Lösungen und Produkten sowie dem steigenden Bedarf an Prototypen durch immer kürzere Innovationszyklen, gibt es seit einigen Jahren einen starken Trend in Richtung flexible Produktionsverfahren. Das Projekt „Smart Production“ adressiert mit der Entwicklung a) von intelligenten 3D-Drucktechniken für bisher nicht druckbare Materialien, b) eines flexibel programmierbaren Tiefziehwerkzeugs und c) neuer zerstörungsfreier Messsysteme für die Qualitätskontrolle diese Herausforderung. Die Produktion von Kleinserien wird dadurch günstiger und variabler. Neben dem Einsatz von industriell nutzbaren weichen Materialien in additiven Verfahren ist es Ziel des Projektes einen bislang noch nicht bestehenden Scale-up auf bis zu ca. 2 m² sowohl beim 3D-Drucken als auch für die flexible Tiefziehform zu vollziehen. Es werden durch neue Messverfahren Materialeinsparungen erzielt, Ausschüsse vermieden und bessere Produktqualitäten erzeugt sowie neue Einsatzzwecke geschaffen.

Description (EN):

The project develops and investigates processes, machines and materials for the production of goods in small batches (number of pieces: 1-1,000). These are particularly challenging in the production process, and especially with regard to economic considerations, since fixed costs (e.g., development and production of moulds, set-up costs) represent a considerable proportion of the production costs, thereby rendering the products either comparatively expensive or uneconomical. In the face of the ever-increasing demand for individual solutions and products, as well as the increasing demand for prototypes due to ever shorter innovation cycles, there has been a strong trend for several years towards flexible production processes. The project “Smart Production” addresses this challenge with the development of a) intelligent 3D printing techniques for materials that were previously unprintable, b) a flexibly programmable deep-drawing tool, and c) new non-destructive measuring systems for quality control This will make the production of small batches cheaper and more flexible. In addition to employing industrially usable soft materials in additive processes, the project aims to carry out a scale-up that has not yet existed of up to approximately 2 m² for both 3D printing and for the flexible deep-drawing mould. New measuring methods will lead to savings on materials, avoid waste, and create a better quality of products, as well as producing new operational purposes.

Description (NL):

In het project worden processen, machines en materialen voor het maken van producten in kleine series (1 tot 1.000 stuks) ontwikkeld en onderzocht. Dit soort productie vormt een bijzondere uitdaging in het normale productieproces, vooral economisch gezien. Dit tegen de achtergrond dat de vaste kosten (bv. de ontwikkeling en productie van dieptrekvormen (Engels: “moulds”), inrichtingskosten) een groot deel van de productiekosten voor hun rekening nemen en daarmee de producten duur tot onrendabel maken. Gezien de steeds maar stijgende vraag naar individuele oplossingen en producten en de groter wordende behoefte aan prototypes door steeds kortere innovatiecycli, bestaat er in de laatste jaren een sterke trend naar flexibele productiemethoden te zien. Het project „Smart Production“ pakt deze uitdaging op met de ontwikkeling a) van intelligente 3D-printtechnieken voor tot dusver niet te printen materialen, b) een flexibel te programmeren dieptrektool en c) nieuwe destructievrije meetsystemen voor kwaliteitscontrole. De productie van kleine series wordt daardoor goedkoper en variabeler. Naast de inzet van industrieel te gebruiken zachte materialen in additieve methoden is het doel van het project een tot dusver niet bestaande opschaling naar ca. 2 m² zowel bij 3D print alsook bij de flexibele dieptrekvorm te realiseren. Verder wordt door nieuwe meetprocedures materiaalbesparing bewerkstelligd en uitschot vermeden. Tenslotte worden betere productkwaliteiten gerealiseerd en nieuwe toepassingsgebieden geschapen.

Achievements (DE):

Effiziente Kleinserien-Fertigung im industriellen Maßstab: In dem Projekt „Smart Production“ wurden neue Technologien im Bereich 3D-Druck und Tiefziehen auf ein neues technologisches Niveau im industriellen Maßstab gebracht. „Es ist uns gelungen 3D-Drucker mit einem Druckvolumen größer als 1 m³ und die individuelle Fertigung in Tiefziehprozessen mit einer variablen Mould zu realisieren sowie die vollautomatische zerstörungsfreie Qualitätssicherung zu ermöglichen“, sagt der Projektleiter Martin Gründkemeyer zum erfolgreichen Abschluss des Projektes. Die Produktion und Qualitätssicherung von Kleinserien (Stückzahl 1 bis 1000) gewinnt in verschiedenen Bereichen zunehmend an Bedeutung – so zum Beispiel in der Medizintechnik, im Fahrzeug- und Maschinenbau sowie in Luft- und Raumfahrt. Zurzeit ist dies aber meist teuer und umständlich, da sich erst die Produktion größerer Chargen lohnt. Die folglich notwendige Vereinfachung der Produktion von Kleinserien setzte sich das EU-INTERREG-Projekt „Smart Production“ zum Ziel, welches im Juni 2021 endet. Initiiert wurde das Projekt 2016 vom Netzwerk Oberfläche NRW e.V. (www.oberflaeche-nrw.de) mit Sitz in Münster und vereint insgesamt 15 deutsche und niederländische Projektpartner aus Industrie und Forschung. Die Fertigung von Teilen in Kleinserien stellt in etablierten Produktionsverfahren, vor allem aus wirtschaftlicher Sicht, eine besondere Herausforderung dar. Zum größten Teil ist das auf die anfallenden Fixkosten zurückzuführen, die zum Beispiel für die Entwicklung und Erstellung von Tiefziehformen anfallen. Angesichts der stetig steigenden Nachfrage nach individuellen Lösungen und Produkten sowie dem steigenden Bedarf an Prototypen durch immer kürzere Innovationszyklen, gibt es zudem seit einigen Jahren einen starken Trend hin zu flexiblen Produktionssystemen. Vor diesem Hintergrund konzentrierte sich das multilaterale Projekt „Smart Production“ auf die Optimierung von 3D-Drucktechniken mit der Verwendung von flexiblen Kunststoffen („thermoplastische Elastomere“, TPE), die Entwicklung eines Großraum-3D-Drucker-Prototypen und auf die Entwicklung eines flexibel programmierbaren Tiefziehwerkzeugs, die zur Fertigung von individualisierten Kleinserien eingesetzt werden können. Die dritte Säule des Projekts stellte die Herstellung und Optimierung eines zerstörungsfreien Messsystems auf nicht-metallischen Oberflächen mittels der THz-Technologie für die Qualitätssicherung dar. „Additive Fertigung“ – 3D-Druck in neuen Dimensionen: Im ersten Teilprojekt „additive Fertigung“ wurde ein kompakter 3D-Drucker entwickelt, welcher auf einem Förderband theoretisch endlos lange Teile in einem Stück fertigen kann. So konnten z. B. lange Dichtungen aus flexiblem TPE in Shore 90 hergestellt werden. Zudem konnte durch die Entwicklung eines Extruders mit variabler Anpressdruckkontrolle die Prozesssicherheit des FFF/FDM Verfahrens signifikant gesteigert werden. Eine weitere Maßnahme des Teilprojekts bestand in der Entwicklung von Techniken zur effizienten Realisierung von Großraum-3D-Druckern mit Druckvolumina von einem bis mehrere Kubikmeter. Hierzu wurde eine größenskalierbare Automatisierungsplattform entwickelt, welche für die erforderlichen großen Abstände eine hinreichend hohe Stabilität und Reproduzierbarkeit der Position des 3D Druckkopfs ermöglicht. Für eine detaillierte Charakterisierung und Überprüfung der Positionierung während der Inbetriebnahme großvolumiger Drucker wurde ein kamerabasiertes Verfahren erfolgreich getestet. Die Erkenntnisse aus dem Teilprojekt haben die Realisierung eines 3D-Druckers mit einem Druckfläche von circa 2 m2 für Forschungsanwendungen ermöglicht. Solche Großraumdrucker werden die Fertigung von größeren Bauteilen in Kleinserie zukünftig erheblich vereinfachen. „Fleximould“ – Variables Werkzeug für thermoplastische Tiefziehprozesse. Für das Teilprojekt „Fleximould“ wurde ein neues thermoplastisches Umformverfahren erforscht, das die zeit-, kosten- und ressourceneffiziente Herstellung von Einzelstücken und Kleinserien ermöglicht (https://www.youtube.com/watch?v=XAl2sAq4Wn0). Mit der Fleximould ist es möglich, geeignete Materialien auf einer Fläche von 1600 mm x 600 mm und 300 mm Höhe tiefzuziehen. Ausgehend vom 3D-CAD-Modell des Bauteils wird die gewünschte Form direkt mithilfe eines automatisierten Stellmechanismus erzeugt, der sich am Prinzip Pinart bzw. Nagelspiel orientiert. Durch das Thermo-Umformen sind großflächige Teile mit relativ dünner und einheitlicher Wanddicke in Zukunft schnell und kostengünstig herstellbar. Zur Darstellung scharfkantiger Strukturen werden 3D-gedruckte Inlets in der Form eingesetzt. Im Rahmen des Projektes wurde zudem die Fertigung von individuell dem Körper angepassten Sitzschalen, z.B. für Rollstühle von Menschen mit multiplen körperlichen Einschränkungen ermöglicht. Ohne solche Hilfsmittel ergeben sich Druckstellen, die zu weiteren Erkrankungen, Muskelverspannungen oder anderen Problemen führen. Im Rahmen der Kooperation wurde mit dieser Technologie nachgewiesen, dass innerhalb von zwei Tagen eine entsprechende Schale zur Probe gefertigt werden kann. Damit wurde die Fertigungszeit zur Definitivversorgung erheblich verkürzt, so dass betroffene Personen nicht mehrere Wochen auf das angepasste Hilfsmittel warten müssen. Für die Zukunft ist geplant, die Anwendbarkeit dieser Technologie weiter zu untersuchen und in den Markt einzuführen. Berührungslose Qualitätskontrolle auf nicht-metallischen Oberflächen: Im dritten Teilbereich „Monitoring“ wurden Analysemethoden zur zerstörungsfreien Schichtdickenmessung von Schutzlackierungen auf Kunststoffen und Faserverbundstoffen entwickelt. Die Projektpartner analysierten und konkretisierten Messmethoden auf Basis von Terahertzstrahlung, die auch auf nicht-metallischen Untergründen anwendbar sind und im Vergleich zu klassischen Methoden ein größeres Spektrum an Informationen bei der Untersuchung mehrlagiger Beschichtungen bieten. Anwendungen lassen sich beispielsweise für die zerstörungsfreie Mehrlagen-Schichtdickenmessung zur Qualitätskontrolle von Beschichtungssystemen finden. In diesem Zusammenhang wurden Algorithmen für die Analyse der Schichtanzahl sowie der dielektrischen Materialeigenschaften von Beschichtungsstoffen erforscht. Spezielle Auswertalgorithmen für dynamische Anwendungen erlauben es örtliche Defekte in dielektrischen Materialien zu lokalisieren und als Bild darzustellen. Hierfür wurde die THz-Technologie mit einem robotergestützten Positionierungssystem auf Basis eines Cobots kombiniert, sodass es zukünftig möglich sein wird Messungen sowohl interaktiv durch Mensch-Roboter Kollaboration durchzuführen als auch größere Flächen automatisiert zu vermessen. Im Rahmen dieses Teilprojekts wurde hierfür ein „Proof of Concept“-Demonstratorsystem erarbeitet. „Nachdem die Entwicklung der Anlagen abgeschlossen war, gab es bereits während der Projektlaufzeit zahlreiche Kooperationen, um die neuen Technologien in die bestehenden Produktionsverfahren zu etablieren“, berichtet Gründkemeyer und bietet an, auch anderen interessierten Unternehmen die Anlagen zum Testen zur Verfügung zu stellen. Außerdem stellt das Projekt einen weiteren wichtigen Schritt für die grenzübergreifende Zusammenarbeit zwischen Akteuren aus Deutschland und den Niederlanden dar und konnte nicht zuletzt wegen der breit gefächerten, fachspezifischen Expertise der beteiligten Wissenschaftler und Unternehmer erfolgreich abgeschlossen werden. Das Projekt Smart Production wird im Rahmen des INTERREG-Programms Deutschland-Nederland mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE), des Ministeriums für Wirtschaft, Energie, Industrie, Mittelstand und Handwerk des Landes NRW (MWEIMH NRW), des Ministerie van Economische Zaken en Klimaat, sowie der Provinzen Fryslân, Gelderland und Overijssel kofinanziert.

Achievements (EN):

Efficient small-scale production on an industrial scale: In the “Smart Production” project, new technologies in the field of 3D printing and deep drawing were brought to a new technological level on an industrial scale. “We have succeeded in realising 3D printers with a print volume greater than 1 m³ and individual production in deep-drawing processes with a variable mould as well as to enable fully automatic non-destructive quality assurance,” says the project manager Martin Gründkemeyer on the successful completion of the project. The production and quality assurance of small series (numbers 1 to 1000) is becoming increasingly important in various areas — for example in medical technology, automotive and mechanical engineering, as well as in aerospace. At the moment, however, this is usually expensive and cumbersome, as the production of larger batches is only worthwhile. The aim of the EU-INTERREG project “Smart Production”, which ends in June 2021, is therefore the necessary simplification of the production of small series. The project was initiated in 2016 by the network surface NRW e.V. (www.oberflaeche-nrw.de), based in Münster and unites a total of 15 German and Dutch project partners from industry and research. The production of parts in small batches presents a particular challenge in established production processes, especially from an economic point of view. For the most part, this is due to the fixed costs incurred, for example, for the development and creation of thermoforms. In view of the ever-increasing demand for individual solutions and products as well as the increasing demand for prototypes due to ever shorter innovation cycles, there has been a strong trend towards flexible production systems for several years. Against this background, the multilateral Smart Production project focused on the optimisation of 3D printing techniques with the use of flexible plastics (“thermoplastic elastomers”, TPE), the development of a large 3D printer prototype and the development of a flexibly programmable thermoforming tool that can be used for the production of individualised small series. The third pillar of the project was the production and optimisation of a non-destructive measurement system on non-metallic surfaces using THz technology for quality assurance. “Additive Manufacturing” — 3D printing in new dimensions: In the first subproject “additive manufacturing”, a compact 3D printer was developed, which can theoretically produce endlessly long parts in one piece on a conveyor belt. For example, long seals made of flexible TPE could be produced in Shore 90. In addition, the development of an extruder with variable pressure control significantly increased the process reliability of the FFF/FDM process. Another measure of the subproject consisted of the development of techniques for the efficient realisation of large-scale 3D printers with pressure volumes of one to several cubic meters. For this purpose, a size-scalable automation platform was developed, which enables a sufficiently high stability and reproducibility of the position of the 3D print head for the required large distances. For detailed characterisation and verification of positioning during the commissioning of large-volume printers, a camera-based procedure has been successfully tested. The findings from the subproject have enabled the realisation of a 3D printer with a print area of approximately 2 m² for research applications. Such large-scale printers will considerably simplify the production of larger components in small series in the future. “Fleximould” — Variable tool for thermoplastic deep-drawing processes: For the subproject “Fleximould” a new thermoplastic forming process was researched that enables the time, cost and resource-efficient production of individual pieces and small batches (https://www.youtube.com/watch?v=XAl2sAq4Wn0). With the Fleximould, it is possible to deepen suitable materials on an area of 1 600 mm x 600 mm and 300 mm height. Starting from the 3D CAD model of the component, the desired shape is generated directly using an automated adjustment mechanism which is based on the principle of pinart or nail play. Due to the thermo-forming, large-area parts with relatively thin and uniform wall thickness can be produced quickly and cost-effectively in the future. 3D-printed inlets are used in the form to display sharp-edged structures. As part of the cooperation with this technology, it has been demonstrated that within two days a corresponding shell can be produced as a sample. This significantly shortened the production time for defined care, so that affected persons do not have to wait several weeks for the adapted aid. In the future, it is planned to further investigate the applicability of this technology and introduce it to the market. Non-contact quality control on non-metallic surfaces: In the third sub-area “Monitoring”, analysis methods for non-destructive layer thickness measurement of protective coatings on plastics and fibre composites were developed. The project partners analysed and concreteised measurement methods based on terahertz radiation, which are also applicable to non-metallic substrates and offer a wider range of information in the study of multi-layer coatings compared to classical methods. Applications can be found, for example, for non-destructive multilayer thickness measurement for quality control of coating systems. In this context, algorithms for the analysis of the number of layers and the dielectric material properties of coating materials were investigated. Special evaluation algorithms for dynamic applications allow local defects in dielectric materials to be located and displayed as an image. For this purpose, the THz technology was combined with a robotic positioning system based on a cobot, so that it will be possible in the future to carry out measurements both interactively through human-robot collaboration as well as to automatically measure larger surfaces. As part of this subproject, a “Proof of Concept” demonstrator system was developed. “After the development of the plants has been completed, there have already been numerous cooperations during the project period to establish the new technologies in the existing production processes,” reports Gründkemeyer and offers to also make the facilities available for testing to other interested companies. In addition, the project represents another important step for cross-border cooperation between actors from Germany and the Netherlands and has been successfully completed not least because of the wide range of specialist expertise of the participating scientists and entrepreneurs. The Smart Production project is co-financed as part of the INTERREG programme Germany-Nederland with funds from the European Regional Development Fund (ERDF), the Ministry of Economic Affairs, Energy, Industry, SMEs and Crafts of the state of NRW (MWEIMH NRW), the Ministerie van Economische Zaken en Klimaat, as well as the provinces of Fryslân, Gelderland and Overijssel.

Website: https://interregv.deutschland-nederland.eu/

Thematic information

New products and services

Specific Objective: Increase in the product and process innovations in sectors relevant for the border region

Thematic Objective: (01) strengthening research, technological development and innovation by:

Investment Priority:

(01b) promoting business investment in R&I, developing links and synergies between enterprises, research and development centres and the higher education sector, in particular promoting investment in product and service development, technology transfer, social innovation, eco-innovation, public service applications, demand stimulation, networking, clusters and open innovation through smart specialisation, and supporting technological and applied research, pilot lines, early product validation actions, advanced manufacturing capabilities and first production, in particular in key enabling technologies and diffusion of general purpose technologies

Partners (15)

Lead Partner: Netzwerk Oberfläche NRW e.V.

Address: Mendelstraße 11, 48159 Münster, Germany

Legal status: private

Total budget: EUR 349 261.80

Aeolus Coatings B.V.

Name: Aeolus Coatings B.V.

Address: Hellingwal 1, 8407EM Terwispel, Netherlands

Legal status: private

Total budget: EUR 55 839.76

HS Düsseldorf

Name: HS Düsseldorf

Address: Münsterstraße 156, Gebäude 2, 40476 Düsseldorf, Germany

Legal status: public

Total budget: EUR 1 054 912.09

Grunewald GmbH & Co. KG

Name: Grunewald GmbH & Co. KG

Address: Biemenhorster Weg 19, 46395 Bocholt, Germany

Legal status: private

Total budget: EUR 9 523.86

ITA Industrie-Technik Ahlen GmbH

Name: ITA Industrie-Technik Ahlen GmbH

Address: Wickingstraße 36, 59269 Beckum, Germany

Legal status: private

Total budget: EUR 197 844.88

Hochschule Niederrhein

Name: Hochschule Niederrhein

Address: Reinarzstraße 49, 47805 Krefeld, Germany

Legal status: public

Total budget: EUR 1 256 190.92

Demcon Advanced Mechatronics Enschede B.V.

Name: Demcon Advanced Mechatronics Enschede B.V.

Address: 7521PH Enschede, Netherlands

Legal status: private

Total budget: EUR 1 349 298.47

DNL-mobiel GmbH

Name: DNL-mobiel GmbH

Address: Bahnhofstraße 35b, 48565 Steinfurt, Germany

Legal status: private

Total budget: EUR 101 516.25

Saxion Hogeschool

Name: Saxion Hogeschool

Address: M H Tromplaan 28, 7513AB Enschede, Netherlands

Legal status: public

Total budget: EUR 182 570.00

Cato Composite Innovations B.V.

Name: Cato Composite Innovations B.V.

Address: Havelandseweg 8e, 6991GS Rheden, Netherlands

Legal status: private

Total budget: EUR 287 715.83

Bond High Performance 3D Technology b.v.

Name: Bond High Performance 3D Technology b.v.

Address: Ceintuurbaan 15, 8022AW Zwolle, Netherlands

Legal status: private

Total budget: EUR 429 199.95

Urbanmaker UG

Name: Urbanmaker UG

Address: Nevinghoff 16, 48147 Münster, Germany

Legal status: private

Total budget: EUR 466 973.91

Systec Elektronik und Software GmbH

Name: Systec Elektronik und Software GmbH

Address: Nottulner Landweg 90, 48161 Münster, Germany

Legal status: private

Total budget: EUR 193 018.41

Parthian Technology B.V.

Name: Parthian Technology B.V.

Address: Haaksbergerstraat 49, 7554PA Hengelo, Netherlands

Legal status: private

Total budget: EUR 259 289.38

Stichting Polymer Science Park

Name: Stichting Polymer Science Park

Address: Ceintuurbaan 15, 8022AW Zwolle, Netherlands

Legal status: private

Total budget: EUR 72 782.64

Partners map

Partners and Projects info

Aeolus Coatings B.V.

Languages

Contact Form

Smart Production

Description

Thematic information

Partners (15)

Partners map

Summary

Information regarding the data in keep.eu on the programme financing this project

Disclaimer