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Vom Prototyp zur Serienreife

Welche Technologien verbergen sich hinter Additive Fertigung?

Ob im Werkzeugbau, in der Medizintechnik oder im Automotive-Bereich – die additive Fertigung hat sich in Thüringen still, aber stetig von der experimentellen Nische zum industriellen Standard entwickelt. Was vor wenigen Jahren als „3D-Druck“ belächelt wurde, ist heute ein Schlüsselverfahren, das Leichtbau, Individualisierung und Ressourceneffizienz miteinander verbindet.

Symbolbild| Foto: Adobe stock

Unter dem Sammelbegriff „Additive Manufacturing“ verbergen sich mehrere Technologien, die alle einem Grundprinzip folgen. Den Kern bilden dabei höchst unterschiedliche physikalische Ansätze.

Simpel und genial
Statt Material abzutragen, wird es Schicht für Schicht aufgebaut. Am verbreitetsten sind das Fused Deposition Modeling (FDM), bei dem Kunststoffdrähte aufgeschmolzen und additiv aufgetragen werden, sowie das selektive Lasersintern (SLS), das Kunststoff- oder Metallpulver mit einem Laser punktgenau verschmilzt. Für besonders feine Strukturen eignet sich das Stereolithografie-Verfahren (SLA), bei dem flüssiges Harz mit UV-Licht ausgehärtet wird. In der industriellen Metallverarbeitung haben sich zudem Verfahren wie das selektive Laserschmelzen (SLM) und das Electron Beam Melting (EBM) etabliert, die hochfeste und funktionsfähige Bauteile erzeugen können.

In Thüringen entstehen rund um diese Technologien spezialisierte Netzwerke und Forschungsinitiativen. Einrichtungen wie das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena, das CiS Forschungsinstitut in Erfurt oder das TITK Rudolstadt treiben Entwicklungen in Richtung Präzision, Materialvielfalt und Prozessüberwachung voran. Unternehmen aus der Automatisierungstechnik, dem Maschinenbau und der Medizintechnik nutzen additive Verfahren zunehmend auch für Kleinserien und funktionsintegrierte Bauteile.

AM verändert das Denken in der Konstruktion
Damit verändert sich nicht nur die Produktion, sondern auch das Denken in der Konstruktion. Additive Fertigung erlaubt komplexe Geometrien, die auf konventionellem Weg nicht herstellbar wären. Gleichzeitig sinken Entwicklungszeiten, weil Prototypen direkt aus dem digitalen Modell entstehen. Der nächste Schritt ist die Integration in hybride Fertigungssysteme, bei denen additive und spanende Verfahren in einer Prozesskette zusammenfinden – ein Ansatz, den immer mehr Thüringer Betriebe aufgreifen, um flexibler und nachhaltiger zu produzieren. (tl)

Transformation als Chance für Thüringen

Digitalisierung und Dekarbonisierung

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Hightech-Messe „W3+ Fair Jena“ auf Wachstumskurs

Visionäre Technologien, ausgebuchte Hallen und über 50 Neuzugänge bei der kommenden Veranstaltung in der Sparkassen-Arena Jena: Am 25. und 26. September 2024 wird die Lichtstadt erneut zum Treffpunkt für Fachleute der Zukunftstechnologien.

Foto: W3+ Fair Jena

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Nachhaltigkeit generationenübergreifend diskutiert

Am 17. Januar 2024 diskutierte der 11. Waltershäuser Technologietag, wie „Mehr Nachhaltigkeit durch effizientere Technologien und Prozesse“ erreicht werden kann.   

Fachpolitiker und Experten aus Forschung und Produktion informierten zu Verfahrensweisen, neuen Technologien, Lösungen und Anwendungsfällen. Neben dem Fachpublikum aus den Unternehmen nahmen auch Studierende der Technik- und Managementstudiengänge der Dualen Hochschule Gera-Eisenach am Technologietag teil.

Initiator und Veranstalter Prof. Dr.-Ing. Christian Döbel  eröffnet den 11. Waltershäuser Technologietag  | Foto: Juliane Keith, Wirtschaftsspiegel

Eröffnungsrede von Bernhard Stengele, Thüringers Minister für Umwelt, Energie und Naturschutz | Foto: Juliane Keith, Wirtschaftsspiegel

Ausgewähltes Fachpublikum beim 11. Waltershäuser Technologietag

Grundvoraussetzung für all diese Prozesse ist die Möglichkeit zur kontinuierlichen, qualitativ und quantitativ aussagefähigen Messung, Verarbeitung und Auswertung von Daten. Im Lauf des Tages übergaben sich Experten aus Wissenschaft und Unternehmen im Halbstundentakt das Mikrofon, um über IoT-Multisensorik, Automation, Prozesse, Maschinen und Herstellungsverfahren, aber auch über Effizienzsteigerung durch Digitalisierung zu referieren und im Anschluss zu diskutieren.

Der Waltershäuser Technologietag bot ausreichend Gelegenheit mit Fachkollegen und Experten in den Austausch zu kommen, Inspiration zu tanken und Ideen für die eigene Produktion zu gewinnen. Für die Studierenden bot sich ein Blick in die Praxis und hier und da ein Gespräch für einen möglichen Berufseinstieg.

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ifesca Future Technology Center

Nachhaltige Innova­tionen in Krisenzeiten –Energiekosten bis zu 40 Prozent senken

Die Energiekrise stellt die deutsche Industrie aktuell vor große Heraus­forderungen. Laut der Gemein­schaftsdiagnose aus dem Herbst 2022 sind besonders energieintensive Unternehmen zum Beispiel aus der chemischen Industrie betroffen. Aber auch Betriebe der Glasherstellung und Metallverarbeitung haben es auf­grund der gestiegenen Energie­kosten schwer.

Trotz der aktuellen Krisenbewältigung, die den Unternehmen viel abverlangt, steht die Industrie weiterhin zu den Klimaschutzzielen der Bundesregierung. Längst ist allen bewusst, dass eine langfristige Sicherung der hiesigen Industrie nur mit einer Transformation hin zur Klimaneutralität möglich ist. Was es jetzt braucht, sind Innovationen, neue Technologien und intelligente Lösungen, die auf Dauer zu einem nachhaltigen Wirtschaften beitragen.

Energiekosten bis zu 40 Prozent senken

Eine Grundlage dafür ist die Verwertung von vorhandenen Daten im Unternehmen. Das stetige Datenwachstum wirktvielleicht im ersten Moment einschüchternd. Richtig genutzt, hält es aber viel Potenzial für Verbesserungen bereit. Die ifesca GmbH unterstützt die Energiebranche und die energieintensive Industrie dabei, dieses hohe Datenaufkommen bestmöglich zu nutzen. Durch die Analyse der Daten mittels künstlicher Intelligenz sorgt ifesca für Transparenz über die Energiesituation im gesamten Unternehmen. So werden Optimierungspotenziale ersichtlich und Handlungsempfehlungen abgeleitet. Im Schnitt lassen sich damit 40 Prozent der Energiekosten einsparen.

Auf dem Weg zu einer nach­haltigeren Industrie

Durch die flexible Integration der ifesca Plattform in bestehende Prozesse werden die für Unternehmen so teuren Energiespitzen erkannt. Über die vollautomatischen KI-basierten Echt­zeitprognosen kann anschließend der Lastgang signifikant optimiert und so Lastenspitzen vorgebeugt werden. Auch werden je nach Anwendungsfall der optimale Energiemix von erneuerbaren Energien als Bezugsquelle vom Strombedarf berechnet. Die Nutzung von Freiflächen für PV- oder Windkraftanlagen wird da bei selbstverständlich mitgedacht. Auch die Berechnung eines optimalen Speichers gehört zur Potenzialanalyse durch das junge Ilmenauer Unternehmen.

Durch den Einsatz der innovativen Lösungen von ifesca werden nicht nur Kosten durch Aus­nutzung von Flexibilitäten reduziert, sondern Unternehmen auch dazu befähigt, große Mengen CO₂ einzusparen. So leisten energie­intensive Betriebe einen entscheiden Beitrag zur dringend notwendigen Energiewende und minimieren gleichzeitig ihre Risiken in Krisenzeiten.

Ihre Ansprechpartner: Sebastian Ritter, Geschäftsführer ifesca und Kevin Reeder, Geschäftsführer bm|t

In einem Großprojekt in Stadtroda können beispielsweise 160 Megawattstunden im Jahr an Wärme zurückgewonnen werden. Damit lassen sich rund 30 Tonnen CO2 und ca. 30.000 Euro Energiekosten einsparen. Auch die SecondSol GmbH aus Meiningen trägt einen wichtigen Beitrag zur Ressourcenschonung bei. Ihr Marktplatz für Photovoltaik-Produkte und Ersatzteile boomt. Die über 40.000 Nutzer können auf mehr als eine Million Artikel und Reparaturleistungen zurückgreifen und, statt den Recycling-Weg zu gehen, ihren gebrauchten, noch intakten Modulen über die Plattform ein zweites Leben geben. Dies schont wertvolle Rohstoffe und Kapital.

Die Liste von nachhaltigen Investments bei der bm|t ist noch viel länger und geht über klassische Energieeffizienz hinaus. Eine weitere spannende Innovation aus Thüringen, entwickelt vom Jenaer Unternehmen Dashfactory GmbH, will für eine nachhaltigere Mobilität sorgen. Mit ihrer Sicherheitskamera für Fahrräder DASHBIKE und ihrer urbanen Datenplattform DASHTRACK für Smart City Analysen können stark frequentierte Routen, Unfallschwerpunkte und Straßenzustände identifiziert und im Rahmen der Verkehrsinfrastrukturentwicklung gezielt ver­bessert werden. Damit trägt das junge Unternehmen einen entscheidenden Beitrag zur sicheren, individuellen und ökologischen Mobi­lität bei.

Fazit

Es lässt sich zunehmend erkennen, dass Innovationen in den Bereichen Umwelt und Klimaneutralität mit starken Zukunftschancen und attraktiven Renditeerwartungen für Unternehmen und Investoren vereinbar sind. Die steigende Zahl an nachhaltigen Technologien aus Thüringen wird nicht nur den ökologischen Fußabdruck weiter verbessern, sondern auch die stark industriell geprägte Wirtschaft krisen­sicherer machen.

Schlüssel zu ökonomischer Stärke

Expertenrat sieht dringenden Handlungsbedarf

Deutschland und die EU drohen bei digitaler Technologie den Anschluss zu verlieren. Zu diesem Schluss kommen die Mitglieder der Expertenkommission Forschung und Innovation (EFI) in ihrem Jahresgutachten. Dagegen konstatieren die Wissenschaftler einen rasanten Aufstieg Chinas und fordern, Voraussetzungen für die strategische Förderung von Schlüsseltechnologien zu schaffen. Dazu seien industriepolitische Maßnahmen angebracht.

Das neue Jahresgutachten nimmt die Stärken und Schwächen Deutschlands bei Schlüsseltechnologien in den Blick und mahnt dringenden politischen Handlungsbedarf an. „Schlüsseltechnologien“, so Prof. Dr. Uwe Cantner von der Universität Jena und Vorsitzender der Expertenkommission, „nehmen eine Schlüsselrolle bei der technologischen und ökonomischen Entwicklung eines Landes ein, da sie zur Entstehung neuer dynamischer Märkte beitragen und essenziell für die innovative Weiterentwicklung und Anwendung vieler anderer Technologien sind.“ Ein klassisches Beispiel sind Steuerungschips, die für moderne, digitale Produktionsverfahren und Smart-Home-Anwendungen ebenso unersetzlich sind wie für die Bereitstellung und Weiterentwicklung neuer Energie- und Mobilitätskonzepte.

Neben diesen etablierten Schlüsseltechnologien existieren aber auch junge Technologien wie die künstliche Intelligenz (KI), deren wirtschaftliches Potenzial sich erst in Zukunft entfalten wird. „Der Markt für künstliche Intelligenz ist aktuell noch vergleichsweise klein. Prognosen gehen aber davon aus, dass der KI-Markt bereits im Jahr 2024 die 500-Milliarden-US-Dollar-Marke überschreiten wird. Da steckt eine Menge Dynamik drin”, so Uwe Cantner. „Es stellt sich darum nicht nur die drängende Frage, wie Deutschland hinsichtlich aktueller Schlüsseltechnologien aufgestellt ist, sondern auch, welche Technologien das Potenzial haben, die Schlüsseltechnologien von morgen zu werden.”

Deutschland schwach bei digitalen Technologien

Die Expertenkommission hat daher 13 Einzeltechnologien untersucht, die sich vier übergeordneten Bereichen von Schlüsseltechnologien zuordnen lassen: Produktion, Material, Bio- und Lebenswissenschaften sowie digitale Technologien. Anhand der Auswertung von wissenschaftlichen Publikationen, Patentanmeldungen, Handelsstatistiken und der internationalen Standardsetzung ergibt sich folgendes Bild: „Deutschland hat durchaus Stärken in den Produktionstechnologien sowie den Bio- und Lebenswissenschaften“, erklärte Prof. Dr. Carolin Häussler von der Universität Passau und Mitglied der Expertenkommission bei der Vorstellung des Gutachtens vor Journalisten. Als „ernsthaft kritisch“ bewertet die EFI laut Carolin Häussler allerdings, dass „Deutschland im Bereich der digitalen Technologien deutliche Schwächen zeigt, wie auch die gesamte EU“. Damit riskiere Deutschland mit seinen europäischen Partnern nicht nur den Anschluss an einen ökonomisch immer bedeutsamer werdenden Technologiebereich zu verlieren, sondern gefährde auch seine bestehenden Stärken in anderen Schlüsseltechnologiebereichen, wie beispielsweise den Produktionstechnologien sowie den Bio- und Lebenswissenschaften. „Die Ausstrahlwirkung der digitalen Technologien in die anderen Schlüsseltechnologien ist enorm. Hier Schwächen zu haben bedeutet, unsere Stärken zu riskieren“, warnt Carolin Häussler.

Prof. Carolin Häussler

Voraussetzungen für die strategische Förderung von Schlüsseltechnologien schaffen

Da die strategische Förderung von Schlüsseltechnologien in Deutschland – anders als in China und den USA – erst am Anfang steht, empfiehlt die EFI ein regelmäßiges und systematisches Erfassen von etablierten und potenziellen Schlüsseltechnologien. Ein unabhängiges Beratungsgremium sollte auf Grundlage dieses Monitorings ein kontinuierlich aktualisiertes Technologie-Portfolio erstellen und die Bundesregierung zum Umgang mit diesen Schlüsseltechnologien beraten.

Förderung europäisch denken und insbesondere auch Anwendungen fördern

Die Bundesregierung sollte bei ihrer Förderung von Schlüsseltechnologien starke Akzente bei der Grundlagen- und angewandten Forschung sowie beim Aufbau entsprechender Kompetenzen durch das Bildungssystem setzen. Neben diesen Maßnahmen im vormarktlichen Bereich sind direkte staatliche Eingriffe in den Markt kein Tabu mehr. „Das Welthandelssystem hat sich in den letzten Jahren verändert, das Ideal gleicher Wettbewerbsbedingungen ist unter Druck geraten und kritische Abhängigkeiten, mit allen Konsequenzen für die technologische Souveränität, werden zur realen Gefahr. Daher sind zur Förderung potenzieller Schlüsseltechnologien industriepolitische Maßnahmen durchaus angebracht“, so Kommissionschef Uwe Cantner, „sofern sie einen anstoßenden, katalytischen Charakter haben, das heißt nach einiger Zeit auch wieder zurückgenommen werden“. Dabei müsse die Förderung unbedingt europäisch organisiert werden, denn „eine starke Position an der weltweiten Spitze ist für Deutschland nur im Verbund mit den übrigen EU-Ländern möglich“, wie Cantner betonte.

Engagement in Standardisierungskomitees stärken

Ein wichtiger Aspekt bei der Kommerzialisierung von Schlüsseltechnologien ist die Normung und Standardisierung. Da das deutsche Engagement in den dafür zuständigen internationalen Organisationen gering ist, sollten dringend Anreize für die Unternehmen gesetzt und Kosten bezuschusst werden. „Es ist wichtig, dass deutsche und europäische Interessen beim Aushandeln zukünftiger Normen und Standards vertreten sind“, betont Carolin Häussler, denn „ansonsten werden die Weichen von anderen Regionen in der Welt gestellt.“ (em/tl)

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