Fraunhofer-Forschende haben eine extrem hitzeresistente Tinte auf Keramik-Basis entwickelt. So lassen sich Metallbauteile, die in der Automobilindustrie bei Temperaturen von über 1000 ºC bearbeitet werden, erstmals mit einem Code kennzeichnen. Der Code kann via Scanner ausgelesen werden und führt zu einer Datenbank, in der alle Herstellungsparameter des jeweiligen Bauteils hinterlegt sind. Damit sind nicht nur Pannen in der Produktion und fehlerhafte Bauteile frühzeitig erkennbar, es eröffnen sich weitreichende Möglichkeiten, die Prozessketten in der Branche effizienter zu gestalten und die Treibhausgas-Emissionen deutlich zu senken. Auch Fälschungen von Bauteilen lassen sich durch spezielle Zusätze in der Tinte verhindern.
Individuelle Nachverfolgung
Eine wichtige Voraussetzung für die Digitalisierung der Prozesse in der produzierenden Industrie ist die Kennzeichnung von Bauteilen zur individuellen Nachverfolgung. Bisher scheitert dies in metallverarbeitenden Branchen daran, dass viele Metallbauteile bei einzelnen Arbeitsschritten erhitzt werden müssen. Konventionell aufgedruckte Codes werden dabei zerstört und sind nicht mehr lesbar.
Prof. Thomas Härtling, Gruppenleiter Optische Prüfverfahren und Nanosensorik, und sein Team am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS haben nun eine Tinte entwickelt, die auch Temperaturen von mehr als 1000 ºC im Ofen schadlos übersteht. Die Ceracode®-Tinte besteht aus hitzeresistenten Keramikpartikeln und einer Glaskomponente. Im Ofen sorgt das schmelzende Glas dafür, dass die Kennzeichnung sich fest mit dem Metall verbindet und trotzdem gut lesbar bleibt. Die Ceracode®-Tinte macht es jetzt erstmals möglich, Metallbauteile, die gerade in der Automobilindustrie während der Produktion erwärmt werden, mit der hochstabilen Kennzeichnung auszustatten. Die Fraunhofer-Forschenden nutzten bei der Entwicklung ihre jahrzehntelange Expertise im Umgang mit Keramik und keramikbasierten Materialien. Die Etablierung auf dem Markt und Weiterentwicklung des Ceracode®-Systems übernimmt eine Ausgründung aus dem Fraunhofer IKTS, die Dresdner Senodis Technologies GmbH.
Digitalisierung in der Prozesskette
Die Digitalisierung von Produktionsabläufen in metallverarbeitenden Branchen erhält durch die Kombination aus Ceracode®-Tinte und dem in der Industrie weitverbreiteten und standardisierten Data-Matrix-Code einen neuen Schub.
„Jedes Bauteil oder Werkstück kann entlang der Wertschöpfungskette jederzeit in seiner Qualität erfasst und Fehler können schon am Anfang der Produktion erkannt und gezielt behoben werden. Auf diese Weise sparen die Betriebe nicht nur Energie, sie verschwenden keine Rohstoffe und senken ihre CO2-Emissionen“, so Härtling.
Die gesamte Produktion wird insgesamt deutlich effizienter und kostensparender. Der Aufbau adaptiver Prozessketten wird durch die in der Datenbank hinterlegten Prozessdaten erleichtert. Wenn ein Hersteller weiß, mit welchen physikalischen Parametern ein Produkt hergestellt wurde, kann er darauffolgende Arbeitsschritte und Prozesse flexibel anpassen und optimieren. Je nach Anwendungsszenario lässt sich die Datenbank beliebig mit weiteren Informationen füllen. So könnten für jeden Bearbeitungsschritt Daten zum Stromverbrauch und der Stromquelle einfließen und dann genutzt werden, um für jedes Bauteil die Treibhausgas-Emissionen zu berechnen.
„Es gibt immer mehr Hersteller, die im Sinne einer transparenten und ressourcenschonenden Fertigung solche Features nachfragen“, sagt Härtling.
Ceracode® erhöht Fälschungssicherung
In erster Linie adressiert die Lösung Kunden aus der Metall-, Automobil- und Keramikbranche. Produzierende Unternehmen können das System leicht installieren und in Betrieb nehmen, auch die Nachrüstung bestehender Maschinenparks ist kein Problem. Die Data-Matrix-Drucker und ebenso die Scanner sind kompatibel zu vorhandenen Industriestandards. Zusätzlich lässt sich die Tintentechnologie weitgehend auf die Bedürfnisse und das Anwendungsszenario des Kunden anpassen. Ein Beispiel ist der Schutz der Produkte vor Fälschungen.
„Dazu ergänzen wir die Rezeptur der keramikbasierten Tinten mit speziellen Pigmenten, die unter UV-Licht in einer definierten Farbe leuchten. Für Industriekunden, die Bauteile mit besonders teuren Metall-Legierungen oder Komponenten für sicherheitsrelevante Systeme einkaufen, ist das eine interessante Option“, so Fraunhofer-Forscher Härtling.
die Projektpartner Fraunhofer IKTS und Senodis Technologies GmbH arbeiten im nächsten Schritt an der Optimierung der Bilderkennungsalgorithmen, um die Kennzeichnung auf weitere Materialien und unregelmäßig geformte Oberflächen aufbringen zu können.
