Förderziel
Das übergeordnete Ziel der vorliegenden Bekanntmachung ist es, das Potenzial photonischer Sensor- und Fertigungsverfahren für die Realisierung einer flexiblen digitalisierten und automatisierten Produktion nutzbar zu machen, indem die technologischen Grundlagen für eine Integration solcher Verfahren in Produktionsprozesse geschaffen werden. Dazu sollen auch neuartige Sensorprinzipien auf der Basis photonischer und quantentechnologischer Prinzipien entwickelt werden, die perspektivisch neue Anwendungsfelder eröffnen beziehungsweise die Erfassung bisher unzugänglicher Produktionsmessdaten überhaupt erst ermöglichen.
Konkret sollen im Rahmen dieser Bekanntmachung die folgenden realistischen und angemessen anspruchsvollen Zielstellungen verfolgt und deren Erreichung anhand nachprüfbarer Kriterien in den Projekten verifiziert werden:
- Produktionsprozesse sollen durch die Erforschung der technologischen Grundlagen für neue automatisierte, photonisch basierte Fertigungsprozesse effizienter werden. Dies umfasst Technologien zur Fusion unterschiedlicher Sensormodalitäten, um passgenaue Informationen über Produktionsprozesse verfügbar zu machen, bis hin zur Entwicklung von Auswerteverfahren, Algorithmen und KI-Systemen zur schnellen Auswertung von Daten, die mit photonischen Systemen erfasst wurden. Kriterium für die Zielerreichung kann hier beispielsweise der Nachweis sein, dass bisher nicht erfassbare Daten über einen Produktionsprozess generiert und ausgewertet werden können und dadurch der Produktionsprozess signifikant verbessert werden kann. Die Verbesserung kann sich dabei beispielsweise auf folgende Kriterien beziehen:
- die Verringerung der Ausschussrate,
- die Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit,
- die Verringerung des Energie- und Ressourcenverbrauchs,
- die Verringerung von Produktionsunterbrechungen durch Reparatur- und Wartungszeiten.
Die Aufzählung ist nicht abschließend, den Verbünden steht die Definition und nachvollziehbare Erläuterung von messbaren Verbesserungen frei, die als Zielkriterium dienen können. Signifikant ist eine Verbesserung zum Beispiel dann, wenn abgeschätzt werden kann, dass die Kosten für die Einführung des Sensor- und/oder Auswertesystems nach spätestens zwei Jahren durch die Verbesserung eingespart werden können. Diese Abschätzung ist im Rahmen der Skizze gegebenenfalls nachvollziehbar darzustellen. Den zu fördernden Projekten steht es frei, weitere für sie geeignete Kriterien für signifikante Verbesserungen zu definieren und in der Antragsskizze nachvollziehbar zu erläutern.
- Laserbearbeitungsverfahren sollen durch Kombination mit innovativen Sensorkonzepten für die vernetzte, automatisierte Produktion einsetzbar gemacht werden. Hierbei liegt ein Fokus darauf, diese Verfahren in einem höheren Maße als bisher selbstadaptierbar zu machen mit dem Ziel der vollautomatischen Anpassung an geänderte Produktionsparameter wie zum Beispiel variierende Materialzusammensetzungen oder geänderte Fertigungsabläufe aufgrund individueller, kundenspezifischer1 Produkteigenschaften. Als Kriterium für die Zielerreichung kann hierbei beispielsweise der Nachweis dienen, dass das betrachtete Laserbearbeitungsverfahren in der Lage ist, die Anpassung an mindestens einen geänderten Produktionsparameter automatisch ohne Unterbrechung des Produktionstaktes vorzunehmen, zum Beispiel die Materialzusammensetzung, Topologie oder Geometrie des bearbeiteten Objekts.
- Additive photonische Fertigungsverfahren sollen durch die Kombination mit geeigneten Sensoren zu photonischen Systemen und Prozessketten für eine stabile und zertifizierbare Produktion individueller Bauteile entwickelt werden. Als Kriterium für die Zielerreichung kann herangezogen werden, dass mit dem additiven photonischen Fertigungsverfahren bei maximal gleicher Ausschussrate nachweisbar mindestens die gleiche Bauteilqualität erzielt wird wie mit etablierten Fertigungsverfahren zur Herstellung gleicher oder ähnlicher Bauteile.
- In Ergänzung sollen durch die Unterstützung von Forschungsaktivitäten zu den Grundlagen neuer photonischer oder photonisch-hybrider Sensortechnologien perspektivisch neue Anwendungsfelder in der Produktions- und Fertigungsmesstechnik eröffnet werden. Hierunter fallen unter anderem Sensorkonzepte auf der Basis von Metamaterialstrukturen zum Beispiel zum wellenlängenabhängigen Routing in Sensorsystemen, spektroskopische Verfahren, die mit nicht detektierten Photonen arbeiten, sowie Hybridsensoren, die zum Beispiel aus einer Kombination von molekularen Sonden und photonischen Ausleseverfahren bestehen. Das jeweilige Vorhabensziel ist erreicht, wenn die Funktionstüchtigkeit der neuen Technologie mit einem Versuchsaufbau im Labor nachgewiesen wird.
Zuwendungszweck
Um die genannten Ziele mit direktem Anwendungsbezug zu erreichen, werden vorwettbewerbliche industriegeführte Verbundprojekte gefördert. Damit das Potenzial photonischer Verfahren für die digitalisierte und automatisierte Produktion genutzt werden kann, ist die Zusammenarbeit von Akteuren sehr unterschiedlicher Fachrichtungen erforderlich. Daher sollen Verbünde gefördert werden, die ein klar definiertes Anwendungsziel verfolgen und in denen Expertise aus unterschiedlichen Bereichen wie zum Beispiel Produktionsforschung, Informatik, Lasertechnik und photonischer Sensorik zusammengeführt wird.
Insbesondere die Kombination aus Fertigungsverfahren, Sensorik und innovativen Datenauswertemethoden ist der Schlüssel für digitalisierte und automatisierte Produktionssysteme auf der Grundlage photonischer Prozesse.
Im Rahmen dieser Bekanntmachung werden zudem Verbundprojekte mit Beteiligung von Unternehmen und Forschungseinrichtungen unterstützt, die grundlegende Arbeiten durchführen, um die Basis für die Entwicklung neuartiger Sensoren und Sensorsysteme bereitzustellen. Neuartige Sensorprinzipien auf der Basis von Hybridsensoren, Quantensensoren und neuen Materialsystemen wie zum Beispiel Metamaterialien mit Subwellenlängenstrukturen bieten für die Fertigungs- und Produktionsmesstechnik die Perspektive, bisher nicht bekannte Prozess- und Produktionsparameter zu erfassen und für eine innovative, automatisierte Produktionssteuerung einzusetzen. Die Ergebnisse dieser Vorhaben sollen mittel- bis langfristig in marktfähige Produkte umgesetzt werden.
Die Ergebnisse der geförderten Vorhaben dürfen nur in der Bundesrepublik Deutschland oder dem EWR und der Schweiz genutzt werden.
