Wie KI die Schweißtechnik verändern soll

Der Europäische Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) ist das wichtigste Instrument der Regionalförderung der Europäischen Union. Im Herbst 2021 startete ein Digitalisierungsprojekt in der Region Westerwald/Siegerland mit seinen 3.000 Metallbaubetrieben, bei dem die Schweißtechnik im Fokus steht, die hier das unternehmerische Schaffen dominiert. Hinter dem Fördervorhaben „exoKIwe“ verbirgt sich „exploration of KI in welding“, also die Erprobung von Künstlicher Intelligenz in der Schweißtechnik. Das Technologie-Institut für Metall und Engineering (TIME) in Wissen hat hier die Führerschaft übernommen und kooperiert mit dem Land und der Uni Siegen. Ziel des Vorhabens ist die wissenschaftliche Untersuchung, inwieweit besonders bei kleinen Losgrößen durch eine KI-basierte Voraussage der Schweißparameter eine verbesserte Schweißnahtqualität und somit eine höhere Fertigungseffizienz und Produktqualität erreicht werden kann. Da es sich beim Schweißen um eine High-Tech-Querschnittstechnologie mit enormer Anwendungsbreite und Bedeutung handelt, erzielt jede Verbesserung auf diesem Gebiet eine große Breitenwirkung auf die Zukunftsfähigkeit von schweißenden Unternehmen. „Damit einher gehen enorme ökonomische und ökologische Einsparpotentiale“, ist TIME-Geschäftsführer Dr. Ralf Polzin überzeugt. „Die Automatisierung und Digitalisierung in der Schweißtechnik wird besonders für die vielen klein- und mittelständigen Unternehmen in unserer Region immer wichtiger werden, um dem Facharbeitermangel zu begegnen und wettbewerbsfähig zu bleiben.“ Mit „exoKIwe“ soll ein weiterer Strategieschritt gegangen werden, um durch Anwendungsforschung das notwendige Wissen aufzubauen, das heimische Unternehmen anschließend nutzen können, um Produkte und Fertigungsprozesse zu optimieren. Dr. Polzin: „Wir bauen dabei keine Luftschlösser, sondern setzen auf dem vorhandenen, fundierten Schweißprozessverständnis, der Werkstoffkunde und der schweißgerechten Konstruktion auf.“

Einen weiteren Beitrag zur Digitalisierung soll die Anwendungsforschung und Erprobung der Schweißstruktur-Simulation leisten. In der Praxis bedeutet dies: Aufwendige Schweißversuche sollen durch numerische Simulationen ersetzbar werden. Denn Digitalisierung und Automatisierung funktionieren nur, wenn Simulationen die Praxis ausreichend gut wiedergeben. Die Schweißstruktur-Simulation ermöglicht sogar die Berechnung des Gefüges nach dem Schweißen. Dr. Polzin. „Darüber hinaus wird sich ein Vorhaben mit der Entwicklung hybrider Werkstoffmodelle für die Traglast- und Crash-Simulation beschäftigen, da die Crash-Simulation die mehrphasige heterogene Materialstruktur nach dem Schweißen bisher nicht verwenden kann.“

Das Technologie-Institut für Metall & Engineering beherrscht beides: das echte Schweißen sowie die Simulation. „Also können wir verlässlich validieren, ob Theorie und Praxis übereinstimmen“, so TIME-Mitarbeiter Moritz Wirth. Denn TIME gehört zu den wenigen Einrichtungen in Deutschland, die sich überhaupt mit Schweißstruktur-Simulation beschäftigen. „Wer Prozesse simulieren kann, spart massiv bei praktischen und kostenaufwendigen Versuchen“, unterstreicht der Projektleiter. Bei TIME steht dazu das Equipment für die komplette Bandbreite zur Verfügung: vom manuellen und mechanisierten Schweißen bis zum automatisierten Schweißen per Cobot und Roboter. Gemeinsam mit der Uni Siegen arbeitet TIME auch auf dem Gebiet des 3D-Drucks von Metallen. Außerdem engagiert sich das Institut in der Cluster-Initiative „Welding Valley“, an dem sich bereits über 160 Unternehmen beteiligen. „Wir wollen darüber anerkannter technischer Standards schaffen für die durchgängige, echtzeitnahe Digitalisierung aller relevanten Informationsprozesse vor, während und nach dem Schweißen“, erklärt Dr. Ralf Polzin.