Die Mikrosystemtechnik bietet ein äußerst vielseitiges und sehr umfassendes Technologiespektrum, daher wurde im Rahmen einer ersten Kooperationsveranstaltung zwischen dem INNONET Kunststoff und Hahn-Schickard auf die drei Bereiche Mikrostrukturierung, Optische Mikrosysteme und Sensors.Everywhere! fokussiert. In einer einzigartigen Kombination aus Live-Darstellung und Videoclips wurden Insights aus wissenschaftlichen Entwicklungsarbeiten von zwei Spezialisten des Hahn-Schickard-Instituts vorgestellt. Zunächst präsentierte Dr. Karl-Peter Fritz, stellvertretender Institutsleiter und verantwortlich für den Bereich "Bauelemente + Systeme" Entwicklungsergebnisse, deren Herstellverfahren und industriellen Applikationen anhand ausgewählter Produkte anschaulich vor laufender Kamera. Anschließend folgte ein kurzer Videoclip über die entsprechenden Anlagen und Equipments vor Ort, kommentiert von Dr. Serhat Sahakalkan, Gruppenleiter für "Präzisions- und Kunststofftechnik".

Hochpräzise Strukturierungsverfahren können über Spezialbeschichtungen von Werkzeugstahl durch Bearbeitung mit Diamantfräser erzeugt werden und dienen zur Feinstrukturierung von Bauteilen insbesondere in der Medizintechnik (Lab-on-a-Chip). Des Weiteren wurden optische Komponenten, hergestellt im Spritzguss und in innovativen Sensoren zur berührungsfreien Messung integriert, vorgestellt. Das technologische Spezialgebiet Sensors.Everywhere! verdeutlicht mit seiner Schreibweise Entwicklung von Sensoren genau dort, wo sie gebraucht werden. Dies beinhaltet auch die Funktion in aggressiven Medien, unter hohen Drücken sowie Temperaturen oder Vibrationsbelastungen. Dabei werden Sensoren auf Basis unterschiedlicher physikalischer Wirkungsprinzipien und Technologien entwickelt und durch Kompetenz in der Mikrobautechnik so nah wie möglich an den Einsatzort herangebracht.

"Sehr großes Potenzial sehen wir bei Hahn-Schickard zudem in der individualisierten Mikrosystemtechnik mit der durch Kopplung entsprechender Prozesse, wie Laser oder Drucktechnik, komplexe und verschiedenartige Geometrien aufgebaut werden können. Besonders für die maßgeschneiderte Produktentwicklung im Rapid Manufacturing ist ein noch intensiverer Austausch bezüglich der Möglichkeiten und individuellen Applikationen nötig, ergänzte Dr. Fritz am Ende der in aufwendiger Regie inszenierten Präsentation.

Dem stimmten auch die beiden Initiatoren seitens des INNONET zu, die hier großes Potential für ein zukünftiges Format im Netzwerk sehen. Fachreferent Kunststoff und Kameramann vor Ort, Udo Eckloff, war begeistert von der hohen Anmelde- als auch Teilnehmerzahl: "Das vom INNONET entwickelte Format ist ein hervorragendes Instrument zum Netzwerkwerken und zieht sogar internationales Publikum an." "Wir sind sehr stolz, hochkarätige Veranstaltungen dieser Art virtuell durchzuführen und haben bereits Anfragen für weitere vergleichbare Events aus der Industrie", ergänzte Netzwerk-Koordinatorin Janet Rosenberger.

Moderator der kurzweiligen Stunde, Stephan Klumpp, Geschäftsführer der ProPlas, Spezialist für Industrielle Computertomographie und INNONET Steuerkreismitglied, brachte es zum Abschluss auf den Punkt: "Was ich in den letzten Monaten gelernt habe und auch dieser Termin wieder gezeigt hat, ist, dass wir Krisen, als auch gute Zeiten am besten durch Netzwerken, durch Kooperation und durch Mut bewältigen. Auch wenn es manchmal mit einem Aufwand verbunden ist, das Erfolgsrezept ist immer das Zusammenkommen und der gemeinsame Austausch" und das geht halt auch mal "online".

Hintergrund Hahn-Schickard
Die Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e. V. mit Sitz in Villingen-Schwenningen ist Trägerin von drei Forschungsinstituten in Baden-Württemberg: dem Institut für Mikroaufbautechnik in Stuttgart, dem Institut für Mikro- und Informationstechnik in Villingen-Schwenningen und dem Institut für Mikroanalysesysteme in Freiburg. Insgesamt sind ca. 270 Mitarbeitern bei der Hahn-Schickard-Gesellschaft beschäftigt. Das Institut in Stuttgart arbeitet seit 20 Jahren auf dem Teilgebiet der Aufbau- und Verbindungstechnik mit dem Fokus auf kunststoffbasierte Prozesse.

Optimierungen sind ein wesentlicher Bestandteil der täglichen Arbeit in der Entwicklung, im Engineering und in der Produktion. Die Verlagerung der Optimierungen in die Virtualität ergibt einen enormen Zuwachs an Kosten- und Zeitersparnis bei gleichzeitiger Reduzierung von Ressourcen. Anhand von Beispielen einer modernen Spritzgießsimulation an einem konkreten Bauteil konnte in der Online-Präsentation nachgewiesen werden, dass Taktzeiten bis zu 50 % reduziert werden konnten und gleichzeitig die Teilequalität stabilisiert wurde. Durch die Simulation des Werkzeugs, anhand der CAD-Daten und Stückliste, wurden Optimierungen von Kühlkanälen und -stäben sowie Optimierungen der Prozessparameter erarbeitet. Zusätzlich konnten wichtige Qualitätsmerkmale, wie zum Beispiel das Verzugsverhalten, deutlich verbessert werden. Insgesamt konnte der Hersteller des Bauteils enorme Kosten in Zeitaufwand, Modifizierung der Werkzeuge sowie Maschinenkosten einsparen.

Tobias Mansfeld und Burkhard Werner von der SIGMA Engineering GmbH lieferten zu den Titeln: „Von der Spritzgießsimulation zum Virtual Molding“ und „Virtuelle Abmusterung von Spritzguss-Werkzeugen“ zwei technisch hochwertige und „marketingfreie“ Vorträge mit konkreten Technologieschwerpunkten sowie Einblicke in den Nutzen der Autonomen Optimierung und brachten daraufhin ein reges und interessiertes Fachgespräch in Gang. Insbesondere die anfängliche Skepsis verschiedener Spritzgießer und Werkzeugbauer konnte in der von Stephan Klumpp, Geschäftsführer der ProPlas GmbH und Mitglied im INNONET Steuerkreis, spritzig moderierten Diskussionsrunde von den beiden Vortragenden abgebaut werden. Das Unternehmen erklärte sich im Anschluss sogar bereit, sein eigenes Schulungszentrum in Aachen zu punktuellen Ausbildungszwecken zur Verfügung zu stellen und damit die Vorteile der Simulation gegenüber der empirischen Optimierung zu veranschaulichen.

Udo Eckloff, Fachreferent bei INNONET Kunststoff und Initiator der Veranstaltungsreihe „Technische Software“ zeigte sich erfreut über die Vielzahl von Teilnehmern und die Fachdiskussion: „Das Format werden wir in Zukunft weiter vertiefen und dazu auch andere Netzwerkpartner und wissenschaftliche Institute einbinden“.

Hintergrund SIGMA Engineering GmbH

Die SIGMA Engineering GmbH wurde 1998 gegründet. Der Hauptsitz und die Entwicklungsabteilung liegen in Aachen, mit Zweigstellen in den USA, Singapur, Brasilien, Türkei, Indien und China. Das Unternehmen ist einer der Technologieführer in der 3D Spritzguss-Simulation durch die eigene entwickelte Simulationssoftware SIGMASOFT® Virtual Molding. Es wird ganzheitlich die 3D-Simulation von Fließverhalten, Wärmestrom und Verzug, inklusive Werkzeug und aller weiteren Prozessdetails betrachtet. Seit 2017 ist die SIGMA Engineering Partner im INNONET Kunststoff.

Jörg Eisenlohr, Geschäftsführer und Gründer der plasma technology GmbH zeigte sich bei seiner Begrüßung über diese großartige Resonanz sichtlich gerührt und dankte dem Netzwerk für die einzigartige Möglichkeit. Er eröffnete das Webmeeting mit einem kurzen Überblick über seine, in 15 Jahren gewachsene Unternehmensexpertise im Bereich der Plasmatechnologie: „Wir verstehen uns auf Prozess- und Produktentwicklungen bis hin zur Fertigung von Kleinserien in 2 bis 400 Liter-Anlagen am Standort“. Großanlagen bis 60.000 Liter Kammervolumen werden mit Kooperationspartnern realisiert. Danach galt es die Neugierde des Fachpublikums anhand diverser Musterbeispiele aus dem Alltag zu wecken, die alle die gleiche Botschaft trugen: „Durch die Behandlung mit Plasma erfolgt nicht nur eine Reinigung und Aktivierung, sondern eine hauchdünne Funktionalisierungsschicht der Oberfläche, die dann die Haftung von diversen Systemen signifikant verändert“, so Eisenlohr zu den Vorzügen der Verfahrenstechnologie.

Besonderes Highlight des interaktiven Onlineformates war die anschließende experimentelle Vorführung der Plasmatechnologie, bei der Auswirkungen auf Oberflächen, Oberflächenspannung und Haftungsverbesserungen sowie spannender Behandlungseffekte anschaulich demonstriert und live gemessen wurden. Hierzu präsentierte Achim Rentschler von der plasma technology zunächst das optische Farbspiel der Plasmazündung unterschiedlicher Gase an der Laboranlage: So wird beispielsweise bei der Zündung von Luft bzw. Stickstoff eine violette, bei Helium dagegen eine türkise Färbung erzeugt. Letztes also ein künstlich hergestelltes Nordlicht, ähnlich wie in der Atmosphäre.  

Im nächsten Schritt wurde das eigentliche Testobjekt, ein Träger im Labormaßstab aus Polypropylen (PPE) einer Standard-Plasmabehandlung zur Verbesserung der Oberflächenhaftung unterzogen. Was mit bloßem Auge nicht sichtbar war, zeigte Julius Nass mittels einer Kontaktwinkelmessung am PC: Bereits eine zweiminütige Plasma-Behandlung erhöhte die Oberflächenspannung des aufgebrachten Wassers signifikant. Die gemessenen Werte konnten bei der anschließenden Kontrolle mit einer Testtinte live belegt werden.

Jörg Eisenlohr und sein Team sind von den vielen Vorzügen der plasmagestützten Oberflächen-Behandlung, die zudem auch noch eine umweltfreundliche und nachhaltige Lösung für die Kunststoffindustrie und auch für andere Materialien darstellt, absolut überzeugt.

Udo Eckloff, Fachreferent Kunststoff beim INNONET Kunststoff, Mitinitiator des Events und Kameramann vor Ort freute sich über den gelungenen Auftakt: „Unsere Netzwerk-Aktivitäten sind im Augenblick leider sehr stark eingeschränkt. Mit dem INNONET special bieten wir unseren Partnern gerade in dieser schwierigen Zeit eine exzellente Plattform für fachlichen Austausch und Netzwerkinteraktionen – wenn auch nur virtuell“. „Darüber hinaus bietet das Format unseren Partnerunternehmen eine tolle Gelegenheit, ihre Expertise vor Fachpublikum zu präsentieren und die Zuschauer haben bei der Live-Vorführung das Gefühl fast mit dabei zu sein“, ergänzte Janet Rosenberger vom INNONET, die die Veranstaltung technisch aus dem Plastics InnoCentre, der physischen Netzwerkheimat in Horb am Neckar begleitete.

Hintergrund plasma technology GmbH

2005 von Jörg Eisenlohr gegründet, beschäftigt sich das Unternehmen mit der Optimierung, Aktivierung und Reinigung von Bauteilen mittels umweltneutraler Verfahren der Plasmatechnologie. Im Vordergrund stehen dabei Prozessentwicklung, Bau und Implementierung von Plasmaanlagen aber auch die Lohnbehandlung von Bauteilen auf modernsten Anlagen. Seit 2016 ist die plasma technology GmbH Mitglied im INNONET Kunststoff.

Alexander Brock und Christian Becht von der cirp GmbH präsentierten den kompletten Bereich der Additiven Fertigung sowie des Spritzgusses und stellten im Anschluss ein sehr erfolgreiches und in kürzester Zeit realisiertes Projekt eines Mund-Nasenschutzes vor. Die einzelnen Entwicklungsschritte wurden dabei anhand einzelner Videosequenzen am Monitor gezeigt. 

Über eine Simulationssoftware des INNONET Partners simcon sowie 3D Kunststoff-gedruckter Muster wurde zunächst die endgültige Form der Maske entwickelt und als 3D Modell am Markt angeboten. Die Nachfrage war allerdings so groß, dass man schnell entschied, auf eine Spritzgussproduktion umzuschwenken. Die Werkzeugform wurde optimiert und innerhalb weniger Tage in der hauseigenen Rapid Tooling Prozesskette ein Spritzgusswerkzeug gefertigt. Die Maske besteht aus einem integriertem Filtervlies, das leicht ausgewechselt werden kann. Der Maskenkörper ist aus sterilisierbarem Material gefertigt.

Durch das hauseigene durchgängige CAD-System, auf das alle beteiligten Abteilungen auch aus dem Homeoffice Zugriff hatten, konnten entwicklungsbedingte Hürden in kürzester Zeit überwunden werden. Darüber hinaus wurden aufgrund der hohen Standardisierung der Werkzeugnormalien sowohl Konstruktion, Werkzeugbau als auch Fertigungsprozesse durch die zeitnahe, verlustfreie Übergabe und Rückmeldung der Daten stark beschleunigt – einer der maßgeblichen Erfolgsfaktoren des Projektes und des Unternehmens insgesamt.

Aus zulassungstechnischen Gründen darf die Maske aktuell nicht als Schutzmaske bezeichnet werden, sondern stellt ein Produkt zur eigenen Sicherheit dar. Die Zulassung als Medizinprodukt wird angestrebt, die Weiterentwicklung angestoßen und erste Validierungsschritte bereits eingeleitet.

Thomas Lück, Leiter Vertrieb und Innovation bedankte sich beim INNONET für die Zurverfügungstellung der neuen virtuellen Plattform und fasste zusammen: „Die Realisierung des Projektes in kürzester Zeit war nur durch die hohe Identifikation der Mitarbeiter mit dem Unternehmen, das Hand-in-Hand-Gehen des Rapid-Protyping und Rapid-Tooling sowie der Konstruktion und Design möglich. So konnten wir eine weitere eigene Produktserie von Beginn an bis zur Marktreife und Vertrieb entwickeln.“ Die COVID-19 Produkte sind damit die dritte eigenen Produktserie, die cirp bis zur Marktreife und Vertrieb entwickelt hat.

Im Anschluss hatten die Teilnehmer wie gewohnt die Möglichkeit zum persönlichen Netzwerkaustausch, bei der interessante Aspekte über die aktuelle Lage erörtert werden konnten.

Der Begriff "ISO GPS" beschreibt nicht etwa ein Global Positioning System, sondern das Regelwerk der Geometrischen Produktspezifikation der ISO. "ISO GPS" – ein Begriff, der in den letzten Jahren zunehmend in den Entwicklungsabteilungen, der Produktion und in der Qualitätssicherung an Bedeutung gewinnt. Das GPS-Normensystem der ISO ist bereits heute eines der größten regelbasierten Normensysteme der Geschichte der ISO und besteht aktuell (Stand Anfang 2020) aus 149 veröffentlichten und 22 in Vorbereitung befindlicher, miteinander verknüpfter Standards.

Das Regelwerk ist anerkannter Stand der Technik und in Kunden-Lieferanten-Beziehungen rechtsverbindliche Vertragsgrundlage für die Produktentwicklung, die Produktion und Prozessüberwachung, die Qualitätssicherung und den Konformitätsnachweis, einschließlich Reklamationsmanagement. Dennoch ist das Regelwerk in vielen Unternehmen noch immer unbekannt oder unzureichend bzw. fehlerhaft implementiert – mit weitreichenden Folgen. Der kundenseitige Nachweis einer erfolgreichen betrieblichen Implementierung des GPS-Normensystems der ISO ist zunehmend eine notwendige Voraussetzung für eine Auftragsvergabe.

Das GPS-Normensystem der ISO ist ein auf mathematisch beschreibbaren Grundsätzen und Modellen basierendes, generisch aufgebautes und medienunabhängiges Regelwerk bzw. ein Operatorkonzept zur Beschreibung (Spezifikation) und Inspektion (Verifikation) der Mikro- und Makrogeometrie von Bauteilen und damit notwendige Voraussetzung für die digitale Transformation und Implementierung von "Industrie 4.0" im CAD-CAM-CAQ-Informationsverbund. Wie rüsten sich heute Produktionsunternehmen und Dienstleister für dieses Regelwerk der Geometrischen Produktspezifikation "ISO GPS" und wie nutzen sie die Chancen für ihre Angebots- und Konstruktionsprozesse?

Auf Initiative des Steuerkreismitglieds im INNONET Kunststoff, Prof. Steffen Ritter (Hochschule Reutlingen) konnte der Experte Prof. Volker Läpple, Leiter und Gründer des Steinbeis-Beratungszentrums Konstruktion | Werkstoffe | Normung in Schorndorf sowie Professor an der Hochschule Reutlingen gewonnen werden, um die Problematik aber auch die Notwendigkeit der Anwendung und betrieblichen Implementierung dieses Normensystems zu verdeutlichen.

Udo Eckloff, Fachreferent des INNONET Kunststoff setzte die Anregung in die Tat um und organisierte die 3. erfolgreiche Veranstaltung in Folge in diesem Jahr im Plastics InnoCentre in Horb am Neckar

„Zunächst schien mir das Thema zu trocken für eine ausreichende Teilnehmerzahl, aber ich war positiv überrascht, dass sich in kürzester Zeit 39 Teilnehmer angemeldet haben“ so Eckloff.

Moderiert wurde der Nachmittag von Stephan Klumpp, ebenfalls Mitglied des Steuerkreises des INNONET und Geschäftsführer des nach DIN EN ISO/IEC 17025:2018 akkreditierten Messtechnikunternehmens Proplas GmbH in seiner vertrauensvoll aufmunternden und schwäbisch stimulierten Art.

In seiner spritzigen Keynote stellte Prof. Läpple das Thema im Rahmen des INNONET science – Formats dar und verglich das Normenwerk mit der Straßenverkehrsordnung. „Ohne allgemeingültige Regeln läuft da auch nichts“ so Läpple. Aus seiner 15-jährigen Erfahrungen bei der Einführung und Umsetzung vieler GPS-Projekte im In- und Ausland in nahezu allen industriellen Bereichen sagte er: „80 % der Unternehmen „fahren“ in der Konstruktion und Qualitätssicherung mit veralteten und nicht mehr gültigen Regeln. Dies hat mitunter enorme Auswirkungen auf die Entwicklungskosten und -zeiten, die Produktkosten und die Produktqualität sowie auf Haftungsrisiken und Regressansprüche bei Geschäftsbeziehungen und Aufträgen, die heute zunehmend auf Basis von ISO GPS vergeben werden.

Die Hindernisse bei der Einführung von ISO GPS im Serien- und Sondermaschinenbau stellte Frau Lilli Vöhringer, CAD Admin und Normenstelle, Maschinenfabrik Lauffer GmbH & Co.Kg, ebenfalls Mitglied des INNONET Kunststoff dar. „Gerade die Abstimmung von Funktion und Tolerierung eines Bauteils muss zwischen Zulieferern und Hersteller besser geregelt werden.“ so Vöhringer. „Wir verlieren viel Zeit mit Diskussionen über Konstruktionszeichnungen“. Bei der Aktualisierung der Zeichensätze alter Sondermaschinen aber auch bei neuen Konstruktionen müssen Kompromisse zwischen den ursprünglichen Daten und der neuen Anforderung eingegangen werden. „Es ist ein langwieriger und zeitaufwändiger Prozess, den wir ständig verbessern und in alle beteiligten Abteilungen integrieren: Konstruktion, technischer Einkauf, mechanische Fertigung, Montage, Qualitätssicherung. Wir bleiben dran!“. So die Normenbeauftragte.

Zum Abschluss spannte Stephan Klumpp den Bogen von der Konstruktion eines Bauteils zu dessen fachgerechter Prüfung. „Wenn wir nicht wissen, welche Parameter wir bei einem Bauteil messen und bewerten sollen, weil die Produktspezifikation und Bauteilfunktion nicht bekannt sind, so sind wir auf die Erfahrung unserer Messtechniker angewiesen. Hier investieren wir viel in Messtechnologie, noch mehr aber in den Aufbau des Erfahrungspotentials unserer Mitarbeiter.“ Jedes noch so kleine Konstruktions- und Funktionsdetail wird durch die CT-Technologie festgehalten und die dabei gewonnene Erfahrung steht für weitere Messaufgaben zur Verfügung. „Eine eindeutige Festlegung der Sollparameter hinsichtlich Dimensionierung, Tolerierung und Funktion hilft uns natürlich sehr.“ meinte Klumpp. „Dies kann bei den beteiligten Akteuren nur durch einen direkt verantwortlichen Mitarbeiter erfolgen. Diese darf kein Projektleiter sein, sondern eine aktive Person, die mit Expertise und entsprechender Legitimation der Geschäftsleitung die Einführung und Umsetzung vorantreibt.“

In der anschließenden angeregten Diskussion, brachte sich unter anderem die Fa. Zeiss, als INNONET Mitglied mit zwei Mitarbeitern anwesend, ein. „Gerade in der Betrachtung des gesamten Prozesses von Produktentwicklung und bis zur Verifikation sind wir bei unseren Softwarelösungen herausgefordert, unterschiedliche Ausgangssituationen zu berücksichtigen. Die CAD/CAM Anbieter stehen hier in der Pflicht, ihre Programme entsprechend aufzurüsten. Auch in Hinblick auf MDB/PMI.“

Der Nachmittag endete mit regem Austausch beim Get-Together wobei viele Anwesende gute Kontakte sowohl im technischen als auch im Vertriebsbereich knüpften. An dem anonymen, digitalisierten Bewertungsverfahren im Anschluss beteiligten sich über 40% der Teilnehmer und vergaben insgesamt die Note 1,7. Die vielfältigen Anregungen der Umfrage für eine Weiterentwicklung des Themenbereiches werden vom INNONET in naher Zukunft umgesetzt.