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SMARTPRINT – Die Entwicklung eines intelligenten 3D-Druckers

Im Rahmen des Forschungsprojekts SMARTPRINT haben wir eine intelligente 3D-Drucker-Generation entwickelt, die sich dank Sensoren und maschinellem Lernen selbst überwacht. Dadurch wird der 3D-Druck für KMUs effizienter und zugänglicher.

Unsere:r Auftraggeber:in

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt im Rahmen der Förderinitiative „KMU-innovativ“ kleine und mittelständige Unternehmen (KMU) bei der Umsetzung innovativer Projekte.
Das Programm hat zum Ziel, KMUs bei der Umsetzung innovativer Forschungs- und Entwicklungsprojekte zu unterstützen, um ihre Wettbewerbsfähigkeit zu stärken und nachhaltiges Wachstum zu fördern.

Wir haben uns erfolgreich mit dem Projekt SMARTPRINT beworben und das Projekt gemeinsam mit weiteren Partnern umgesetzt.

Die Herausforderung

3D-Druckverfahren sind mittlerweile besonders in der Industrie weit verbreitet, da sie es ermöglichen, komplexe Kunststoffteile ohne teure Formen oder Produktionsanlagen auf kostengünstige Weise herzustellen. Gerade für innovative KMUs ist das ein großer Vorteil.

Allerdings sind Drucker im kleineren bis mittleren Preissegment oft noch nicht ganz ausgereift, was ihre Nutzung weniger effizient und sie anfällig für Fehler macht. Das führt dazu, dass längere Druckvorgänge häufig manuell überwacht werden müssen, um Probleme rechtzeitig zu erkennen und zu beheben.

Projektziel

Ziel des Projekts war die Entwicklung und Erprobung eines 3D-Druckers im Bereich „Fused Deposition Modeling“ (FDM), auch bekannt als Schmelzschichtung. Bei diesem Verfahren werden dreidimensionale Objekte erzeugt, indem das Werkstück Schicht für Schicht aus schmelzfähigem Kunststoff aufgebaut wird.

Das Forschungsziel lag in der Integration von innovativen Sensoren und einer forschrittlichen Software, die auf maschinellen Lernalgorithmen basiert, um den 3D-Drucker intelligent und effizient zu gestalten. Diese umfassende Sensorik bildet das Herzstück des Systems und soll eine präzise Überwachung und Steuerung des gesamten Druckprozesses ermöglichen. Dadurch soll das Drucken von 3D-Objekten ebenso einfach und kosteneffizient wie das Drucken von herkömmlichen Dokumenten werden.

Die Vorgehensweise

Um die Effizienz des 3D-Drucks zu steigern, mussten viele der derzeit komplexen Konfigurationen und manuellen Eingriffe automatisiert werden. Dies erfolgte durch die Integration neuartiger Sensoren und die Entwicklung einer intelligenten Sensor-Mechanik-Feedback-Schleife.
Dadurch konnte der 3D-Drucker seinen eigenen Zustand sowie den Fortschritt und die Qualität des Druckvorgangs selbstständig überwachen. Außerdem reagierte er automatisch auf Abweichungen oder fehlerhaften Einstellungen.
Mithilfe von maschinellen Lernalgorithmen wurden die Sensordaten verarbeitet und dann bei Bedarf die Druckbefehle angepasst.
Am Ende des Projekts stand ein Prototyp mit einer Sensorplattform und einer Software, die das 3D-Modell an den Drucker überträgt.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial

Die erfolgreiche Realisierung dieses Projekts eröffnet den Weg zu einer neuen Generation intelligenter 3D-Druck-Plattformen. Diese machen leistungsstarke Drucktechnologien auch für den halbprofessionellen Bereich und kleine bis mittlere Unternehmen, zum Beispiel im Maschinenbau, zugänglich. Langfristig könnte die Technologie auch auf weitere Verfahren wie das Zerspanen übertragen werden.