Ziel des Projekts ist die Entwicklung chirurgischer Instrumente mit superhydrophoben Oberflächen. Durch eine laserbasierte Mikrostrukturierung haften Blut und andere Körperflüssigkeiten kaum an, was die Sicht im Operationsfeld verbessert und Reinigung sowie Korrosionsbeständigkeit erhöht. Gleichzeitig wird ein effizienter, automatisierbarer Herstellungsprozess ohne zusätzliche Beschichtungen entwickelt.

Additiv gefertigte, hochporöse Zeolithstrukturen bilden die Grundlage für ein regenerierbares CO₂-Abscheidesystem, das direkt in industrielle Abgasströme integriert werden kann. Durch 3D-gedruckte Gittergeometrien mit maximierter Oberfläche wird eine besonders effiziente Adsorption erreicht, während optimierte Nachbehandlungsprozesse mechanische Stabilität und Porosität sichern. Das abgeschiedene CO₂ lässt sich energiearm regenerieren und anschließend als chemischer Rohstoff weiterverwenden. So entsteht eine skalierbare Technologie, die industrielle Emissionen reduziert und CO₂ in eine nutzbare Ressource überführt.

Unterschiedliche Werkstoffchargen gehärteter Stähle können trotz identischer Prozessparameter zu deutlich variierenden Schleifergebnissen führen. Auf Basis einer umfassenden Werkstoff- und Werkstückcharakterisierung werden statistische Zusammenhänge zwischen mechanischen und chemischen Materialeigenschaften, Verschleißverhalten, Oberflächentopographie und Zerspanungskräften analysiert. Mithilfe von Regressionsmodellen und Verfahren des maschinellen Lernens werden diese Einflüsse quantifiziert und für eine prädiktive Bewertung nutzbar gemacht. Ziel ist ein belastbares Analyse- und Bewertungsverfahren zur Eingangskontrolle, mit dem chargenbedingte Unterschiede frühzeitig erkannt, Schleifstrategien angepasst und Ausschuss sowie Energie- und Ressourcenverbrauch nachhaltig reduziert werden können.

Das Projekt adressiert die energie- und ressourcenintensiven Herausforderungen der konventionellen Drehbearbeitung durch die Entwicklung eines innovativen kryogenen Kühl- und Schmierkonzepts. Auf Basis einer CO₂-basierten Minimalmengenschmierung wird ein leistungsfähiger Drehprozess realisiert, der mit deutlich reduziertem Kühlmittelbedarf auskommt und gleichzeitig höhere Abtragsraten sowie verlängerte Werkzeugstandzeiten ermöglicht. Durch neu entwickelte, kryogenkompatible Werkzeuge und eine gezielte strömungsdynamische Führung des CO₂-Öl-Gemischs an der Schneidkante werden Energieverbrauch, CO₂-Emissionen und Prozessnebenaufwände signifikant gesenkt. Der Ansatz leistet damit einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigeren, wirtschaftlicheren und leistungsfähigeren Drehbearbeitung, insbesondere für schwer zerspanbare Werkstoffe.

Im Projekt wird ein hybrider Fertigungsprozess für superabrasive Schleifwerkzeuge entwickelt, der additive Fertigung gezielt in konventionelle Herstellungsabläufe integriert. Dadurch sollen inhomogene Werkzeugstrukturen vermieden und reproduzierbare, über die Standzeit konstante Werkzeugeigenschaften erreicht werden. Gleichzeitig ermöglicht der Ansatz erstmals die Herstellung profilierter metall- und hybridgebundener Schleifwerkzeuge mit integrierten Kühlkanälen, Spanräumen und Abrichtbarkeit.

KI-basierte Modelle ermöglichen die frühzeitige Vorhersage von Qualitätsmerkmalen in Fertigungsprozessen. Durch die Kombination multimodaler Machine-Learning-Ansätze kann der Mess- und Prüfaufwand deutlich reduziert werden. Explainable-AI-Verfahren sorgen für nachvollziehbare Entscheidungen und stärken das Vertrauen in KI-gestützte Qualitätsbewertungen.

Im Projekt wird eine neuartige, nanoporenbasierte Sensorik zur markierungsfreien Detektion und Quantifizierung von Krankheitserregern und weiteren Biomarkern entwickelt. Die Technologie ermöglicht eine hochsensitive Echtzeit-Diagnostik bis auf Einzelmolekülebene und eignet sich für den kostengünstigen Einsatz direkt am Point of Care. In einem trinationalen Forschungsverbund entsteht ein funktionsfähiger Prototyp, der als Basis für die spätere Markteinführung dient und langfristig zur Verbesserung der Patientenversorgung beiträgt.

Untersucht wird die Laser-Material-Interaktion beim Einbringen von Verschleißmarken in metallkarbidbeschichtete Bremsscheiben. Mithilfe einer Wellenform-Modulation werden die Wechselwirkungen zwischen Laserparametern und der Ausbildung der Verschleißmarken systematisch erforscht. Ergänzend wird ein Materialmodell auf Basis genetischer Algorithmen entwickelt, um den Prozess reproduzierbar und materialschonend auszulegen.

Eine neuartige, Chrom(VI)-freie Beschichtungstechnologie auf Basis des Laserauftragschweißens ermöglicht hochverschleiß- und korrosionsbeständige Funktionsschichten auf Nickel-Wolfram-Basis. Ein speziell entwickelter 1-mm-Fülldraht sorgt für eine homogene Durchmischung der Schweißschmelze und erlaubt eine materialeffiziente, präzise einstellbare Beschichtung. Gegenüber konventionellen galvanischen Verfahren werden Materialverbrauch, Bearbeitungszeit und Umweltbelastung deutlich reduziert, während gleichzeitig hohe Härte, Temperaturbeständigkeit und chemische Stabilität erreicht werden. Das Verfahren schafft damit nachhaltige, leistungsfähige Oberflächenlösungen für industrielle Anwendungen.

Im Teilprojekt werden neuartige, additiv gefertigte Schleifwerkzeuge auf Basis des DLP-Druckverfahrens entwickelt. Durch die gezielte Erforschung von Material- und Prozessparametern sowie neuartigen Schleifscheibenrezepturen entstehen nahezu frei gestaltbare Schleifwerkzeuge mit komplexen Geometrien und integrierten Kühlkanälen. Die flexible Einstellung von Bindung, Kornart, Korngröße und Porenstruktur eröffnet neue Einsatzmöglichkeiten, die mit konventionell hergestellten Schleifwerkzeugen bislang nicht erreichbar sind.

Entwickelt wird eine adaptierbare Schleifmitteltechnologie auf Basis einer innovativen Multi-Korn-Bindung, die hohe Abtragsraten mit geringer Oberflächenrauigkeit und hoher Standzeit kombiniert. Durch Modellierung, Simulation und Vorhersagemodelle für Korntopologie und Zerspanung sollen Prozessstabilität, Selbstschärfeeffekt und Oberflächenqualität deutlich verbessert sowie Ausschuss und Schleifbrand reduziert werden.

Das Projekt adressiert die Reduktion von Partikelemissionen bei Bremsscheiben durch die Entwicklung einer neuartigen, laserbasierten Beschichtungstechnologie auf Metallkarbidbasis. Durch eine gezielte Neugestaltung von Beschichtungs- und Nachbearbeitungsprozess werden Schichtdicke und notwendiges Aufmaß deutlich reduziert, sodass eine Emissionsminderung von 20 % und mehr gegenüber bestehenden Verfahren erreicht werden kann. Zentrale Ansätze sind ein auf genetischen Algorithmen basierendes Materialmodell zur präzisen Einstellung der Beschichtungsparameter sowie eine hochauflösende laserbasierte Strukturierung der beschichteten Bremsscheiben. Damit leistet das Projekt einen Beitrag zu effizienteren, emissionsärmeren und zukunftsfähigen Bremssystemen.

GrainVision steht für ein KI-gestütztes Inline-Kamerasystem zur hochpräzisen Echtzeitüberwachung von Superabrasiv-Schleifwerkzeugen. Ein neuartiges Zeilenkamerasystem mit Fokus-Stacking erfasst die komplette Oberflächentopografie der Schleifscheibe innerhalb weniger Sekunden und erzeugt hochauflösende 3D-Bilddaten. Eine mehrstufige KI-Pipeline analysiert diese Daten automatisiert auf Körnerabrieb, Abflachungen und Verschleißmuster. Dafür werden CNN-basierte Bildsegmentierung, Konturenanalyse und Höhenprofile kombiniert, ergänzt durch synthetische Trainingsdaten aus generativen neuronalen Netzen. Das System ermöglicht eine zuverlässige Zustandsbewertung mit hoher Wiederholgenauigkeit, ohne den Schleifprozess zu unterbrechen, und schafft die Grundlage für eine produktive, datenbasierte Prozessüberwachung in der industriellen Schleifbearbeitung.

Ein selbstlernendes Expertensystem ermöglicht die autonome Optimierung von Schleifprozessen in NC-gesteuerten Flachschleifmaschinen. Durch die Kombination wissensbasierter Modelle, datengetriebener KI und Explainable AI wählt das System automatisch Werkzeuge, Abrichtstrategien und Prozessparameter und passt diese fortlaufend an. Ein integriertes laserbasiertes Messsystem liefert hochauflösende Prozessdaten, die für Vorhersagen zu Werkstückqualität, Prozessdauer und Spindellast genutzt werden. Das System lernt aus jedem Schleifzyklus, reduziert Prozesszeiten deutlich und kompensiert fehlendes Expertenwissen. Damit entsteht eine praxisnahe Grundlage für effizientere, kostengünstigere und zunehmend autonome Schleifbearbeitung in der industriellen Fertigung.

Entwickelt wird ein additiv gefertigtes Zerspanungswerkzeug mit bionischen Stützstrukturen und Kunststoffeinbettung zur Reduzierung von Werkzeuggewicht sowie zur Dämpfung von Vibrationen und Geräuschen. Kern des Projekts ist die Auslegung bioinspirierter, anisotroper Stützstrukturen mittels Multi-Target-Topologieoptimierung unter Berücksichtigung dynamischer Zerspankräfte, Schwingungen, Wärmebelastung und Geräuschentwicklung. Ergänzend werden additive Multi-Material-Fertigungsprozesse zur Integration von Kühlkanälen und Sensorik untersucht, um eine prozessstabile, leistungsfähige Werkzeugstruktur zu realisieren.

Entwickelt werden hybrid-gefertigte Laserschweißwerkzeuge für Bipolarplatten mit individuell einstellbaren Argongas-Strömungskanälen zur Vermeidung von Oxideinschlüssen in der Schweißnaht. Dazu werden additive Fertigungsprozesse für Gasverteiler- und Gaszuführungskomponenten von Spannwerkzeugen mit einer Ultrakurzpulslaser-Nachbearbeitung sowie einem Simulationsmodell der Gasströmung kombiniert. Der Fokus liegt auf der präzisen Auslegung der Strömungskanäle und einer kontrollierten Gasführung während des Laserschweißprozesses.

Es werden neuartige laserstrukturierte Kavitäteneinsätze für Spritzgießwerkzeuge entwickelt, mit denen Bauteile direkt hydrophobe und antibakterielle Eigenschaften erhalten – ohne zusätzliche Beschichtungen. Mithilfe von Ultrakurzpulslasern werden präzise Mikro- und Nanostrukturen in die Werkzeugoberflächen eingebracht und im Spritzgießprozess auf das Bauteil übertragen. Dadurch entstehen wasserabweisende Oberflächen mit Kontaktwinkeln über 100°. Eine innovative 5-Achs-Lasertechnologie ermöglicht zudem die hochgenaue Strukturierung auch komplexer und gekrümmter Geometrien.

Im Projekt wird ein KI-basiertes, selbstlernendes System zur automatisierten mechanischen Bearbeitung medizinischer Instrumente entwickelt. Ein KI-gestütztes Expertensystem unterstützt die Auswahl geeigneter Abricht-, Schleif- und Polierwerkzeuge sowie der zugehörigen Bearbeitungsparameter und wird mit Robotertechnik sowie In- und Post-Prozess-Messverfahren kombiniert. Ziel ist eine reproduzierbare Oberflächenqualität, eine stabile Prozessführung und die Reduzierung manueller Endbearbeitung.

Entwickelt wird ein universelles, hochpräzises Erweiterungsmodul für Drahterodiermaschinen zur Realisierung des punktuellen Drahterodierens von Vertiefungen und Hohlräumen. Das Teilprojekt umfasst die Entwicklung des punktuellen Drahterodierverfahrens einschließlich einer Bahngenerierungs- und Steuerungssoftware sowie ML-basierter Algorithmen zur materialabhängigen Prozessanpassung.

Neue hochfrequente Chirurgie-Instrumente mit laserstrukturierter Antihaft-Oberfläche reduzieren Gewebeanhaftungen deutlich und steigern gleichzeitig die Verschleißbeständigkeit. Mithilfe von Ultrakurzpulslasern werden Mikro- und Nanostrukturen in die Elektrodenoberfläche eingebracht, die Reibung und Materialanlagerungen minimieren. In Kombination mit einer optimierten Generatoransteuerung lassen sich Reinigungsaufwand und OP-Unterbrechungen verringern, die Lebensdauer der Instrumente verlängern und die Patientensicherheit erhöhen. Die Technologie ist flexibel auf verschiedene Instrumentengeometrien übertragbar und ermöglicht eine nachhaltigere Nutzung chirurgischer Werkzeuge.

Entwicklung funktionaler Oberflächen für OP-Scheren, die durch Laserstrukturierung und Hartstoffbeschichtungen superhydrophobe Eigenschaften, geringe Reibung und hohe Verschleißfestigkeit ermöglichen – für bessere Sicht, leichtere Sterilisation und langlebige Instrumente ohne Schmiermittel.

Entwickelt wird ein neuartiges Nutstoßwerkzeug aus polykristallinem Diamant (PKD) mit schneideffizienter, langlebiger Mikrogeometrie und leistungsfähigem Werkzeughalter. Durch die gezielte Auslegung von Schneidkante und Haltersystem wird eine mindestens zehnfache Verlängerung der Standzeit gegenüber bestehenden Lösungen angestrebt. Ein Teilfokus liegt auf der mikrogeometrischen Schneidkantenpräparation mittels Drahterodieren im Ölbad, um die Verschleißbeständigkeit bei der Bearbeitung von Aluminium-Silizium-Werkstoffen signifikant zu verbessern.

In diesem Projekt wird ein additives Fertigungsverfahren zur Herstellung neuartiger Schleifscheiben entwickelt. Ziel ist es, die Einschränkungen klassischer Pressverfahren zu überwinden und eine flexible, wirtschaftliche Produktion auch kleiner Stückzahlen zu ermöglichen. Durch ein DLP-basiertes 3D-Druckverfahren können Geometrie, Porosität und Schleifpartikel gezielt innerhalb eines Werkzeugs angepasst werden. Speziell entwickelte Materialrezepturen, ein innovativer Druckprozess und anschließende Sinter- und Nachbearbeitungsschritte ermöglichen leistungsfähige, individuell konfigurierbare Schleifscheiben mit neuen funktionalen Eigenschaften.

Entwicklung eines Ultrakurzpulslaser-Fräs-Hybridprozesses zur beschleunigten Herstellung von Prägewerkzeugen für Bipolarplatten. Ziel sind deutlich reduzierte Fertigungszeiten, die Bearbeitung härterer Werkstoffe und eine erhöhte Werkzeugstandzeit bei geringeren Kosten.

Entwicklung eines innovativen Verfahrens zum rissfreien Zuschneiden von Siliziumkarbid-(SiC)-Wafern. Das Konzept basiert auf einem zweistufigen, laserbasierten Prozess mit anschließendem mechanischem Aufbrechen. Zunächst wird mittels Infrarot-Ultrakurzpulslaser eine U-förmige Struktur in das Metallsubstrat eingebracht, wobei eine definierte Restschicht von 3–5 µm verbleibt, um Kontamination zu vermeiden. Anschließend erfolgt die Perforation des SiC durch einen Stealth-Kurzpuls-Laser im UV-Bereich. Durch die abgestimmte Prozessführung wird eine materialschonende, präzise und kontaminationsfreie Trennung der Wafer ermöglicht.

Ein neuartiges Laserauftragsschweißverfahren ermöglicht die schichtweise Herstellung individuell konfigurierbarer Schleifscheiben mit frei einstellbarer Werkstoffrezeptur und präzisen Feinkonturen. Durch die gezielte Variation von Schleifmittelkonzentration, Drahtrezeptur und Prozessparametern können mechanische Eigenschaften, Wärmeverteilung und Oberflächenstruktur der Werkzeuge an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Dadurch entstehen leistungsfähige Schleifscheiben mit optimierter Standzeit und reduzierten Reibverlusten bei gleichzeitig deutlich verkürzter Produktionsdauer. Das Verfahren schafft neue Freiheitsgrade in der Werkzeugauslegung und eröffnet flexible, anwendungsspezifische Fertigungsmöglichkeiten.