Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Bauteil-Identifizierung zur Einzelteilverfolgung anhand fluoreszierender Additive in Kunststoffbauteilen - Bianka

Bauteil-Tracking bietet in der industriellen Fertigung einen unverkennbaren wirtschaftlichen Mehrwert und ist daher bereits heute durch Technologien wie Barcode, DMC oder RFID in vielen Produktionen etabliert. Im Zuge von „Industrie 4.0“ gewinnt die Einzelteilverfolgung bspw. bei der Fertigung von individualisierten Bauteilen außerdem zunehmend an Bedeutung.

Ziel des Vorhabens ist es daher, ein neues markierungsfreies Track & Trace-Verfahren (T&T-Verfahren) zur Einzelteilverfolgung von Kunststoffkomponenten zu entwickeln. Dazu wird zum einen ein Masterbatch entwickelt, was fluoreszierende Partikel enthält und beliebigen Thermoplasten beigemengt werden kann. Die Partikel verteilen sich beim Spritzgussprozess zufällig im Kunststoffbauteil. Während diese Partikel im Kunststoffbauteil normalerweise unsichtbar sind, kann zur Identifizierung die individuelle Verteilung der Partikel an der Oberfläche durch UV-Beleuchtung sichtbar gemacht werden. Dazu wird ein entsprechender Aufbau aus einer geeigneten Kamera und UV-Beleuchtung entwickelt. Darüber hinaus wird ein Algorithmus implementiert, der die Bilder der Partikelmuster stark komprimiert, um die schnelle Identifikation von Bauteilen zu gewährleisten.

Das T&T-Verfahren soll die fälschungssichere Einzelteilverfolgung von beliebigen Thermoplasten in der Produktion bei geringen laufenden Kosten ermöglichen und hinsichtlich der Identifikationsgeschwindigkeit auf den industriellen Einsatz ausgelegt sein. Die fluoreszierenden Additive sollen dabei einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Eigenschaften der Thermoplaste haben. Das Ergebnis des Vorhabens soll damit eine einfach integrierbare T&T-Lösung sein, welche die Unzulänglichkeiten bestehender Verfahren umgeht. Das neue Verfahren ermöglicht KMU, vorhandene Prozesse zu optimieren und die Digitalisierung sowie Automatisierung im Unternehmen voranzutreiben. Gerade dadurch wird die Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit von KMU langfristig gestärkt.

Ergebniszusammenfassung:

Das Projektziel der Entwicklung eines universell einsetzbaren T&TVerfahrens für Kunststoffbauteile mithilfe fluoreszierender Partikel wurde erreicht. Die Einarbeitung anorganischer Fluoreszenzpartikel in Kunststoffe konnte realisiert werden. Die hergestellten Compounds wurden als Masterbatch für das Spritzgießen verwendet, um Fluoreszenzpartikel in das Bauteil einzubringen. Die thermischen und mechanischen Eigenschaften der Kunststoffe wurden durch die Fluoreszenzpartikel nicht beeinträchtigt. Mit dem im Projekt entwickelten Hardwaresystem konnten die Partikelmuster aufgenommen werden. Außerdem wurde ein Bildverarbeitungsalgorithmus entwickelt, mit dem die Fluoreszenzpartikel im Bild detektiert und in einen “digitalen Fingerabdruck” des Partikelmusters überführt wurden. Verschiedene Messreihen zeigten, dass mit dem Algorithmus die Identifikation von Bauteilen anhand des individuellen Partikelmusters möglich ist, und das auch bei moderaten Veränderungen der Oberfläche. Durch die Prozessierung von Musterteilen entlang der MID-Prozesskette konnten darüber hinaus Erkenntnisse für den Produktiveinsatz gesammelt werden.

Die Forschungsergebnisse bilden eine umfangreiche Studie mit tiefgehenden Erkenntnissen zur Bauteilrückverfolgung mithilfe fluoreszierender Partikel. Die generierten Ergebnisse dienen sowohl Materialherstellern von Fluoreszenzpartikeln, Compoundeuren sowie produzierenden Spritzgießbetrieben, indem sie Möglichkeiten und Chancen der Einzelteilrückverfolgung mithilfe fluoreszierender Partikel aufzeigen.

Durch den Einsatz von fluoreszierenden Partikeln in Kunststoffen können Bauteile ab dem ersten Prozessschritt identifiziert und im Rahmen des produzierenden Betriebs zurückverfolgt werden. Die für einzelne Bauteile erfassten Daten können in einen digitalen Produktpass einfließen oder als Qualitätsoptimierung genutzt werden.

Die entwickelten Hardware- und Software-Komponenten können in ein marktfähiges System zur Bauteil-Traceability einfließen.