Innovative Produktioonsstätten
In unserem DUAL „Weichen stellen" haben wir mit den Professoren Prof. Dr.-Ing. Reinhard Langmann und Prof. Dr. rer. nat. Harald Jacques von der Hochschule Düsseldorf (HSD) ein Interview über die Digitalisierung im Studium und die Industrie 4.0 geführt. In diesem Zusammenhang wurden auch Fotos von dem FabLab 21 gemacht und präsentiert. Dies möchten wir jetzt einmal aufgreifen und genauer vorstellen. Des Weiteren möchten wir einen Überblick zu 2 weiteren, innovativen Produktionsstätten geben: Microfactories und Shared Factories.
Was ist ein FabLab?
FabLab ist die Kurzform von „fabrication laboratory" oder der deutschen Bezeichnung „Fabrikationslabor". Manchmal wird ein FabLab auch als offene Werkstatt oder MakerSpace bezeich-net. Es ist eine Werkstatt, die es Privatpersonen ermöglicht Einzelstücke mit Produktionsmitteln und modernen industriellen Produktionsverfahren herzustellen. Ein Beispiel für ein FabLab ist GarageLab e.V. in Düsseldorf-Derendorf. Hier stehen Vereinsmitgliedern sämtliche Werkstätten und Gerätschaften zur freien Verfügung. Es gibt eine Arduino-Arbeitsgruppe und eine Elektronik-, Holz-, Keramik- und Fahrradwerkstatt. Es gibt u.a. professionelle Lötstationen, Digital-Speicheroszilloskop, Labor-netzteile, Entlötstation, Messgeräte, Brennöfen, 3D-Drucker, Werkzeuge, Rohmaterialien und natürlich die Unterstützung von erfahrenen Vereinsmitgliedern. Typische FabLabs enthalten zusätzlich häufig Laser-Cutter für 2D- und 3D-Strukturen, Vinyl-Cutter, CNC-Maschinen und Pressen zum Tiefziehen oder Fräsen. Sie ermöglichen somit die unkomplizierte Herstellung von individualisierten Einzelstücken oder nicht verfügbaren Ersatzteilen (Rapid Manufacturing). Der offene Charakter von FabLabs wird auch dadurch gefördert, dass sie mit den Open-Hardware-, Open-Source- und Do-lt-Yourself-(DIY)-Be-wegungen kooperieren.
FabLabs haben ihren Ursprung in einem Projekt des Center for Bits and Atoms (CBA) des Massachusetts Institute of Technology (MIT) zu digitaler Fabrikation und Berechnung. Ein FabLab wird hier als Prototyp-Plattform für Innovation und Erfindungen sowie als Stimulus für ortsgebundenen Unternehmergeist de-finiert. Es sei ein Ort zum Spielen, Kreieren, Lernen, Beraten und Unterstützen, und zum Erfinden. Diese Zielsetzung spiegelt sich auch in dem Aufruf „Probieren geht über Simulieren!" von GarageLab e.V. wieder. Ein FabLab sei allerdings nicht nur die offene Werkstatt alleine, sondern vielmehr die Zusammenarbeit und Vernetzung mit einer internationalen Gemeinschaft von Lernenden, Ausbildern, Technikern, Forschern, Machern und Innovatoren. Dieses Netzwerk existiert inzwischen bereits in 30 verschiedenen Ländern und 24 Zeitzonen. Mehr und mehr finden FabLabs auch Anwendung in Schulen und Bildungsein-richtungen.
Was sind Microfactories?
Microfactories oder „Miniaturfabriken" sind kleindimensionale Fabriken, die kleindimensionale Produkte erzeugen können.
Sie sind eine dezentrale Technologie, die sich in ihren Aus-gangsstoffen und Ressourcen an Dingen orientiert, die jeder Mensch im Alltag zur Verfügung hat oder benötigt. Ihre Vorteile sind die Einsparung von Ressourcen und Raum genauso wie Energie-, Material- und Zeiteffizienz. Diese Vorteile werden häufig insbesondere durch eine Automatisierung innerhalb der Fabriken bewirkt. So könnten Drohnen bestimmte Wertstoffe aus einem Lager auswählen und diese dann zur Einschmelzung in einem Mikroheizofen transportieren. Diese Heizöfen können dann wiederum klar definierte Temperaturen nutzen und so den Energieverlust durch Abwärme reduzieren. Zusätzlich zu der Automatisierung kommt die Kombination von allen Fertigungsschritten unter einem Dach - von der Entwicklung eines Prototyps über die Fertigung der Einzelteile bis zur Zusammensetzung und Verpackung.
Veena Sahajwalla, Direktorin des Centre for Sustainable Materials Research & Technology an der University of New South Wales, betont den Beitrag von Microfactories für das Recycling von wertvollen Stoffen in der Elektronik. Die Nutzung von Mobiltelefonen hat in den letzten Jahren massiv zugenommen. 2018 nutzten 81% der Deutschen ein Smartphone, auch die weltweite Nutzung ist gegenüber 2017 um 7% angestiegen. Während die Produktion und Nutzung von Smartphones jedes Jahr zunimmt, verringert sich die durchschnitliche Nutzungsdauer eines Smartphones von Jahr zu Jahr und beträgt heute schon weniger als ein Jahr. Es werden also immer mehr Smartphones produziert, die immer kürzer genutzt werden und dann als Elek-troschrott im Haushalt anfallen. Lange Zeit wurde der Hauptanteil des weltweiten Elektroschrottes in Südost-China in Guiyu verwertet. Dies führte vor Ort zu einer starken Verschmutzung der Umwelt. Microfactories könnten die in Smartphones enthaltenden Stoffe effizient und umweltverträglich wiederverwerten.
Elektroschrott enthält wertvolle Metalle wie Gold, Eisen, Silber, Kupfer, Platin und Palladium. Außerdem kann man die seltenen Erden Yttrium, Lanthan, Terbium, Neodym, Gadolinium und Praseodym wiedergewinnen. Die Menge dieser Stoffe mag in einem einzelnen Endgerät relativ gering sein, aber bei einer Gesamtmenge von mehreren Millionen Tonnen Elektroschrott jährlich ist dessen Recycling eine wahre Goldgrube. Die sehr speziellen Mikroheizöfen ermöglichen hier beispielsweise das Recycling von Kupferlegierungen und die Produktion von Sili-ciumcarbid-Nanopartikeln aus dem vorhandenen Mengen Glas und Plastik. Das Recycling von seltenen Erden ist im konventionellen Recycling meistens eine große Herausforderung. Mikro-heizöfen hingegen könnten die Oxide Seltener Erden, wie sie z.B. in Festplatten vorkommen, extrahieren.
INFOBOX
Arduino ist eine einsteigerfreundliche, günstige Open-Source Elektronik-Plattform. Sie ist gleichzeitig Hard- und Software und kann flexibel auf den meisten Betriebssystemen (Mac, Windows & Linux) genutzt werden. Eine Arduino-Platine kann Input auslesen und in Outputs umwandeln - erhellt man z.B. einen Sensor mit Licht, wird ein Motor aktiviert, oder man schreibt eine Twitter-Nachricht und die Platine sorgt dann für die Veröffentlichung. Die Anwendungsmöglichkeiten sind wie diese Beispiele bereits zeigen vielfältig. Die Programmierung der Platine geschieht mit einer spezifischen Programmie-rungssprache und der Arduino Software (IDE). Entwickelt wurde die Technologie ursprünglich am Interaction Design Institute Ivrea (IDII) in Italien, heute wird sie aber mit Hilfe eines weltweiten Netzwerks von Machern ständig weiterentwickelt.
Es ist explizit für Anfänger und Experten gleichermaßen mit oder ohne Vorwissen in Elektronik und Programmierung entwickelt worden. Anfänglich als 8-Bit-Platine konzipiert wurde die Arduino-Platine schnell weiterentwickelt und für andere Anwendungen erweitert, unter anderem für das Internet of Things (loT) und 3D-Drucken.
Das Internet of Things (loT, Internet der Dinge) ist eine Bezeichnung für die zunehmende Vernetzung physischer und virtueller Gegenständen über das IP-Netz. Hierunter fallen unter anderem Endgeräte wie Computer, Mobiltelefone und Sensoren. Experten gehen davon aus, dass unser Wirtschaften bereits heute und auch zukünftig wesentlich durch das loT beeinflusst und verändert werden wird. In Smart Homes findet es heute schon eine wichtige Anwendung und auch in Smart Cities wird es eine entscheidende Rolle einnehmen. In dem Zusammenhang von loT werden auch häufig Themen wie con-nected cars (Autos mit Internetzugang, die z.B. automatische Warnungen für Unfälle oder Geschwindigkeitsüberschreitungen erhalten können) oder wearables (Tragbare Computersysteme wie Smartwatches oder AR-Brillen) diskutiert.
Rapid Manufacturing oder „Schnelle Fertigung" sind direkte Produktionsmethoden und -verfahren für eine schnelle und flexible Herstellung von Serien und Bauteilen mittels CAD-Da-ten. Diese können bereits in der CAD-Software auf Herz und Nieren geprüft werden; z.B. mit FEM-Simulationen (siehe CAD-Programme: Überblick und Einführung von Tobias Rothe im DUAL „Weichen stellen*). Die Fertigung zeichnet sich dann durch effektiven Materialeinsatz mit Abfallvermeidung, individualisiertem Design und kostengünstiger Produktion aus.
