6. Technologietag Hybrider Leichtbau

Am 20. und 21. Mai fand der 6. Technologietag Hybrider Leichtbau in der Filderhalle in Leinfelden statt. Dieser stand im Zeichen der Digitalisierung und zeigte auf, wie der Leichtbau durch die Anwendung von Künstlicher Intelligenz  immer mehr zu einer interdisziplinären Enabler wird.

Denn der Leichtbau sei der Game-Changer für vor- und nachgelagerte Branchen. Durch die neuen Möglichkeiten im Leichtbau sei es wieder möglich Produkte auf den Menschen auszurichten. Außerdem sei es heute wichtiger als jemals zuvor Innovationen zu kreieren anstatt detaillierte Optimierungen durchzuführen.

 

Zum Start in die Veranstaltungen wurde ein Einspieler gezeigt, in dem der Leichtbau in neue Galaxien vordringt und damit die Brücke zum Überraschungsgast zu schlagen. Dr. Hubert Zitt (Hochschule Kaiserslautern) hielt dann einen Vortrag darüber, wie aus technischen Visionen der Kultserie Star-Trek Realität wurde. Er machte deutlich, dass viele der damaligen Science-Fiction Technologien heute Realität sind. Er appellierte, dass Technik sinnvoll eingesetzt werden solle und man sich mit Spaß den Innovationen nähern sollte.

Anschließend begrüße Dr. Wolfgang Seeliger (Leichtbau BW) die Teilnehmer und ging auf das Leitthema des diesjährigen Technologietages ein. Durch die Datenkommunikation werden die Produktions- und Planungsprozesse beschleunigt. Dadurch schrumpfe die wichtige Kennzahl „Time-to-market“ und der Einsatz von Künstlicher Intelligenz führe schon heute zur Weiterentwicklung und Erforschung von Materialien und Werkstoffen. Dr. Wolfgang Seeliger ging auch auf die „Industriestrategie 2030“ ein, in der der Leichtbau als Game-Changer für den Strukturwandel bezeichnet würde. Deshalb soll auch am 03. Juli in einem Workshop mit dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie eine Grundlage für zukünftige Ausschreibungen getätigt werden, um den Leichtbau zu fördern. Daneben machte der Geschäftsführer der Landesagentur Leichtbau BW auf die neue Leichtbau-BW-App aufmerksam. Diese hatte eine innovative Funktion für den Technologietag parat. Bei den in der Ausstellung befindlichen Themeninseln konnte man mit Hilfe der App eine „Augmented Reality“-Funktion nutzen, indem eine animierte Frau bzw. Avatar die einzelnen Themeninseln vorstellte.

Im Vortrag „Von der digitalen Entwicklungskette zum digitalen Zwilling“ berichtete Bernd-Ulrich Hapke (Accelerated Innovation GmbH) von dem auf der Hannover-Messe 2018 vorgestellten Projekt zur Produktion von einem Sitzschlitten. Bei dem Projekt ging es um die vollständige Integration bzw. Verknüpfung aller Prozessschritte, die für die Herstellung nötig sind. Um dies zu ermöglichen musste eine Plattform geschaffen werden, auf der alle relevanten Informationen und Daten in der benötigten und erforderlichen Form rechtzeitig zur Verfügung stehen. Zu diesem Zweck wurde mit einem Digitalen Zwilling gearbeitet, der diese Daten trägt und für die Prozessschritte in der digitalen Fabrik genutzt wird. So war es möglich von der Konstruktion, über die Simulation, hin zur Produktion erhebliche Zeiteinsparungen zu generieren, indem die Daten erfasst, sofort simuliert und in ein Bauteil überführt wurden. Anschließend stehen diese Daten dann direkt für die Produktion bereit. Hier können Sie sich auch nochmal ein Bild von dem Tool machen. Ulrich Hapke betonte zum Abschluss, dass die Wertschöpfung zukünftig nicht nur in der Fabrikhalle stattfindet sondern die Produktentwicklung zunehmend an Bedeutung gewinne.

Im anschließenden Vortrag von Prof. Dr. Heinz Voggenreiter (DLR Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie) „Digitalisierung im Leichtbau – Chancen und Herausforderungen“ ging es um die Rolle von Künstlicher Intelligenz (KI) im Leichtbau. Die Simulation von Komponenten könne durch den Einsatz von KI ermöglichen Mikrostrukturanalysen durchzuführen, bei der die Materialien bis auf die Atom-Ebene untersucht werden könnten. Dadurch könne berechnet werden wo z.B. Risse entstünden. Zudem könnten die unterschiedlichsten Kombinationen von Legierungen simuliert werden. Dies sei nur durch die neuen Verfahren aus dem Quantencomputing möglich. VW, Honda, Daimler, Samsung, die NASA und die Pharmabranche würden intensiv Quantencomputing nutzen, um Diagnosen zu erstellen oder zu erforschen wie Batterien ohne Kobalt auskommen könnten. Marktführer sei bisher das nord-amerikanische Unternehmen D-Wave. Es sei jetzt an der Zeit die Weichen zu stellen, damit diese Technologie Einzug in die Leichtbau-Branche hält. Durch die Simulationsmöglichkeiten, angetrieben durch KI und Quantencomputing, müssen auch ein Umdenken in den Köpfen stattfinden: Weg von der Optimierungskurve, hin zur Disruption.

Zum Schluss stellte Heinz Voggenreiter die Plattform AUTODESK vor, auf der man 500-600 Varianten für eine Problemstellung in der Konstruktion erhielte. Durch diese Cloud-basierte Plattform könne die Entwicklung von neuen Materialien um 4-6 Jahre verkürzt werden und die Kosten um 50 % gesenkt werden. Solche Lösungen würden die Rolle des Ingenieurs wieder in den Mittelpunkt stellen, gute Produkte für die Menschen herzustellen und sich nicht ausschließlich mit Simulations-Berechnungen zu befassen.

Im darauffolgenden Expertengespräch „Next Practice, Chancen der Digitalisierung für KMU. Dirsruptives Potential nutzen“ wurde an die Politik adressiert Konsortien zusammenzustellen, die Lösungen für die Zukunft erarbeiten. Unternehmen sollten auch nicht in jede neue Technologie einsteigen, sondern für sich geeignete Innovationen adaptieren. Zudem sei vor jeder Nutzung zu prüfen, ob der Einsatz möglich ist. Hier stehen insbesondere die Themen „up-scaling“ in der Produktion und „productionable“ in der Entwicklung im Vordergrund.

Die Zukunft des Leichtbaus sei interdisziplinär und viele verschiedene Themen aus anderen Branchen werden adaptiert. Darüber hinaus es heute wichtiger denn je neue Produkte auf dem Markt zu bringen, als detaillierte Optimierungen an einem Produkt durchzuführen. Heute zähle es vielmehr Innovationen zu produzieren und dies in Verbindung mit einer ganzheitlichen Digitalisierungsstrategie umzusetzen. Diese sollte damit beginnen die Datenflüsse im Unternehmen zu analysieren und zu organisieren, um mehr aus den im Unternehmen gesammelten Daten herauszuholen.

Die größten Herausforderungen oder Hemmnisse auf dem Weg zur Digitalisierungsstrategie wurden in der jetzigen Auftragslage und in den Vorbehalten gegen den Datenaustausch identifiziert. Insbesondere die Vorbehalte gegen einen Datenaustausch lägen an mangelnden Vertrauen in die Cybersicherheit, darin zu wenige Daten zu sammeln und firmeninterne Daten nicht anderen Unternehmen zur Verfügung zu stellen. Um hier gegenzusteuern solle an Standards in der Cybersicherheit, in Datenformaten und im Umgang mit firmenexternen Daten erarbeitet werden, um einen Datenaustausch salonfähig zu machen. Der Austausch sei der Enabler im Hinblick auf Lösungen im Bereich KI und Quantencomputing und bildet die Basis für zukünftige Geschäftsmodelle. Deshalb solle hier insbesondere an Dynamik gewonnen werden. Dies sei aber nur möglich, wenn die Unternehmen und die Politik aus der Comfortzone hervorkämen und Mut bewiesen. Dazu bedarf es nicht zuletzt eine Fehler-Kultur zu etablieren und die „German-Angst“ abzuwerfen.

In der anschließenden Technik-Session „Digitale Werkzeuge für den Hybriden Leichtbau – KI & Sensorik“ ging es im Vortrag von Christian Ludwig (INTEC International GmbH) „Wie Maschinen durch Sensoren das Fühlen lernen“ um ein intelligentes Abweichungsmanagement in der Maintainance von Maschinen. Durch maschinelles Lernen sollen Maschinen selber Fehler erkennen und Wartungen adressieren. Im Beitrag von Clemens Zimmerling (KIT, Institut für Fahrzeugsystemtechnik) „Zeit- und kosteneffiziente Prozess- und Produktentwicklung für den Hochleistungs-Faserverbundleichtbau unterstützt durch Techniken des Maschinellen Lernen“ konnte erkannt werden, dass der Einsatz von KI insbesondere von neuronalen Netzen und maschinelles Lernen in der Simulation dazu führe, dass Material eingespart werden kann und der Optimierungsprozess von Teilen erheblich beschleunigt werden kann. Der Experte müsste nur noch die vorgeschlagenen Geometrien bewerten und dessen Produzierbarkeit einschätzen. Im abschließenden Vortrag von Dr. Thomas Freudenmann (EDI GmbH) „Applied AI for Industry 4.0 – New Assets for Manufacturing“ wurde besonders hervorgehoben, dass die Datenqualität und die semantische Verarbeitung Voraussetzung ist, um effektive KI-Decison-Support-Systeme zu ermöglichen. Von allen gesammelten Daten könnten nur 60 Prozent verarbeitet werden und davon wäre nur 1 Prozent relevant für Key-Performance-Indikatoren.

In einer weiteren Technik-Session „Additive Manufacturing – Technologische Innovationen“ wurde neben einer neuen Herangehensweise Topologieoptimierungen mit Stochastik verlässlicher zu machen gezeigt, wie eine innovative Metallpulvererzeugung aussehen könnte. Darüber hinaus wurde erklärt wie poröse Strukturen durch das selektive Laserstrahlschmelzen erzeugt werden können, die ihren Einsatz in der Medizintechnik fänden.

Am 21. Mai folgte dann das Branchenforum „Leichtbau meets Luft- & Raumfahrt – 3D Mobilität – Hype oder Understatement?“. Prof. Dr. Rolf-Jürgen Ahlers (Forum Luft- und Raumfahrt Baden-Württemberg (LR BW)) erklärte anfangs, dass in der Luftfahrt traditionell in fräßen, drehen stanzen gedacht wird, jedoch seit einiger Zeit 3D-Strukturen sich an der Bionik von Vögeln orientieren. Aber nicht nur der 3D-Druck sondern auch die 3D-Mobilität sei ein aktuelles Thema. Im Jahr 2017 beschäftigte sich der LR BW mit energieeffizienten, elektronischen und unbemannten Luftfahrtsystemen und suchte Wege die Luftfahrtbranche in Baden-Württemberg in diesem Bereich zu unterstützen. Drohnen hätten vielseitige Einsatzmöglichkeiten und werden u.a. mit Sensoren ausgestattet, welche das Gewicht massiv erhöhten. Hierzu bedarf es Leichtbaulösungen zu entwickeln, damit die Anwendungsmöglichkeiten ausgenutzt werden könnten. Nun gibt es seit dem Sommer 2018 ein gemeinsames Projekt zusammen mit der Universität Stuttgart, dem Fraunhofer IAO, das sich ganzheitlich dem Thema Mobilität widmet und weiteren Partnern. Es sollen die Herausforderungen in der Reichweite von Flugtaxis und weitere Restriktionen getestet und zur Marktreife gebracht werden.

Im ersten Vortrag des Panels von Robert Friebe (Bundesverband der deutschen Luftfahrtindustrie) „Anwendungsbeispiele und Hürden auf dem Weg zum kommerziellen Drohnenmarkt?!“ wurde ersichtlich, dass die Anwendung von Drohnen keine Zukunftsvision mehr ist. Er zeigte verschiedenste Anwendungsszenarien auf, die schon eingesetzt werden, wie z.B. in der Wasserrettung, im Medikamententransport für abgelegene Regionen und für die Inspektion von Brücken, Oberleitungen und Rotorblättern von Windrädern. Es wird davon ausgegangen dass es ab 2025 die Möglichkeit gibt, auch Flugtaxis zu nutzen. In Deutschland sind die absoluten Marktführer in diesem Bereich stationiert. Volocopter, Lillium und Airbus sind der Konkurrenz weit voraus. Jetzige Herausforderungen und Hindernisse liegen jedoch darin, dass sog. Beyond-visual-line-of-sight-Flüge (BVLOS) im nicht gesperrten Luftraum nicht zulässig sind. Dies ist aber Voraussetzung um ein autonomes Flugtaxi anzubieten. Zudem seien die Aufstiegsgenehmigungen nicht standardisiert bzw. harmonisiert. Weitere Hindernisse auf dem Weg zur Kommerzialisierung liegen in der mangelnden Anzahl der Testfelder für den BVLOS-Betrieb und im 5G-Netzausbau, welcher für den autonomen Betrieb Voraussetzung ist. Weitere wichtige Aufgabe ist es eine Akzeptanz von Flugtaxis in der Gesellschaft zu erreichen und die Detektion und Abwehr von Drohnen zu gewährleisten.

Anschließend ging Prof. Dr. Walter Fichter (Universität Stuttgart, Institut für Flugmechanik und Flugregelung) auf die aktuellen Entwicklungen zur Erschließung eines Testfeldes für das energieeffiziente, elektrische und autonome bzw. automatisierte Fliegen in Baden-Württemberg ein. In dem Vortrag „3D-Mobilität in Baden-Württemberg“ erklärte Prof. Fichter die Projektstruktur. Die Uni Stuttgart ist sehr erfahren auf dem Thema des elektrischen Fliegens und entwickelt Flugsteuerungsalgorithmen für den City Airbus und Volocopter. In den nächsten Wochen soll eine Entscheidung gefällt werden, wo das Testfeld in Baden-Württemberg installiert wird. Durch die neu hinzugewonnen Projektpartner wie Thales, die weltweit führend Kommunikationslösungen für Flugzeugen anbieten gewinnt das vom LR BW initiierte Projekt immer mehr an Qualität und Dynamik.

Im Beitrag von Florian Böhringer (Stratasys) wurde beleuchtet, welchen Beitrag der Leichtbau und insbesondere der 3D-Druck in der Luftfahrt leistet. In dem Vortrag „Additiv gefertigte Komponenten für die Luftfahrt“ wurde berichtet, dass im Interieur des Airbus A350 jetzt schon über 1000 Teile im aus dem 3D-Drucker stammen. Beeindruckend war die von Stratasys und Aurora entwickelte Drohne, die mit einem Polyjet-Verfahren entstanden ist und eine Geschwindigkeit von über 200 km/h erreichte. Hier kann man die Drohne im Einsatz sehen. Die Luftfahrt profitiere vom 3D-Druck vorwiegend dadurch, dass zum einen Gewicht durch die Reduzierung der Bauteilkomplexität eingespart werden kann und zum anderen, dass untergeordnete Baugruppen flexibel integriert werden können, wie im Fall von Luftkanälen.

In der anschließenden Paneldiskussion „Hype oder Understatement – Wie müssen wir die jetzige Entwicklung der 3D-Mobilität einschätzen“ ging es zuerst um die Frage, was geschehen müsse, um eine gesellschaftliche Akzeptanz von Flugtaxis zu erreichen. Die Leitmaxime der Luftfahrt „Safety first“ wird dafür sorgen, dass dies langfristig stattfindet, erklärte Robert Friebe. Es müssen gelingen die Flugtaxis in den bestehenden Luftraum zu integrieren und den Missbrauch von Drohnen zu vermeiden. Durch gesetzlich vorgeschriebene Transponder könnten Drohnen detektiert werden, um so z.B. das Eindringen von Drohnen auf Flughäfen zu vermeiden oder eine Sichtung in der Nähe von kritischen Infrastrukturen zu gewährleisten.

Auf die Frage wie die Aktivitäten in Baden-Württemberg vor dem Hintergrund, dass in anderen Regionen ebenfalls Testfelder entstünden, .zu bewerten seien konnte auf die hohe Dynamik in Baden-Württemberg aufmerksam gemacht werden. Wichtig sei es, den Forschungsflughafen als Plattform zu verstehen und dort möglichst viele Spieler aus Baden-Württemberg zu integrieren. Die Integrationsrolle sowie der Wettbewerb unter den Forschungsflughäfen dürfe nicht unterschätzt werden. So sei unter anderem der Flugplatz in Malchingen durch den militärischen Betrieb nur eingeschränkt nutzbar. Es käme jetzt aber vor allem darauf an perspektivisch die Aktivitäten in den unterschiedlichen Regionen zu synchronisieren. Die Kombination der im Süden ansässigen Forschungsflughäfen solle für die Erprobung von längeren BVLOS-Testflügen genutzt werden, um die Wettbewerbsposition der in Deutschland ansässigen First-Mover zu stärken. Denn letztendlich würde der Betrieb der Flugtaxis honoriert und nicht die Entwicklungsleistung.

Die verschiedenen Aktivitäten in den einzelnen Regionen in Deutschland werden vom Bundesverband der deutschen Luftfahrtindustrie auch als sehr positiv wahrgenommen. Den größten Einfluss habe die Drohnentechnik momentan aber in der Inspektion von Infrastruktur, da dies bis jetzt auch am leichtesten umsetzbar war. Um in Zukunft flächendeckend Flugtaxis einzusetzen bedarf es einem datenbasierten Geschäftsmodell, auf dem die Dienstleistung abgerufen werden könnte. Hier sieht man die Ansätze vom Mobilitätsdienstleister Uber und dessen Vision „Elevate“ im Vorteil, da die Integration auf bestehende Strukturen umsetzbar wäre.

Ob nun 3D-Mobilität den Leichtbau vor neuen Herausforderungen stellen würde konnte verneint werden. Es sei heute möglich unterschiedliche Materialien miteinander zu kombinieren, um den Anforderungen gerecht zu werden. Es müsse jedoch ein Umdenken in den Köpfen der Ingenieure stattfinden. Man müsse weg kommen von der Topologieoptimierung und produzierbare Leichtbauteile entwerfen, die sich an der Bionik orientieren.

Die 3D-Mobilität, so waren sich alle einig, werden irgendwann selbstverständlich sein. Vor 10 Jahren diskutierte man, ob Drohnen überhaupt Anwendungsgebiete finden würden. Zudem gab es vor 2007 noch keine Smartphones, sodass die Nutzung eines Flugtaxis wahrscheinlich genauso vertraut wird. Wenn die Hemmnisse wie die Zertifizierungs- und Zulassungs-thematik gelöst sind, nähme die Dynamik noch weiter zu und Deutschland hätte gute Chancen eine führende Rolle einzunehmen.

Prof. Dr. Ahlers machte allen Teilnehmern im Abschlussplenum Mut Technologien nicht so emotional zu betrachten. Durch die Nutzung der Innovationen entstünde ein Verständnis und Vertrauen zu der Technik und schaffe die benötigte Akzeptanz in der Bevölkerung. Dafür erhielt er großen Zuspruch aus dem Publikum.

Für das Forum Luft- und Raumfahrt Baden-Württemberg nahmen der Vorstandsvorsitzende Prof. Dr. Rolf-Jürgen Ahlers und der Netzwerkmanager Christopher Busch teil.

---

Zurück zur Übersicht