Forschungscampus Digital Photonic Production - Teilvorhaben: Grundlagenforschung für den DPP-Open-Know-how-Pool und Erarbeitung von innovativen Kooperationsstrukturen

Abstract

Das Forschungsvorhaben "Forschungscampus Digital Photonic Production (DPP)" verfolgte in der zweiten Förderphase (Oktober 2020 bis Dezember 2025) der BMBF-Förderinitiative "Forschungscampus - öffentlich-private Partnerschaft für Innovationen" zwei übergeordnete Ziele: erstens die technologische Weiterentwicklung der Digitalen Photonischen Produktion für die digitale Produktion der Zukunft in langfristiger, strategischer Kooperation aus Wissenschaft und Wirtschaft (Teilbereich DPP Open-Know-how-Pool) und zweitens die nachhaltige, strukturelle Weiterentwicklung des Forschungscampus DPP durch den Aufbau einer gemeinsamen Wissensbasis von Wissenschaft und Wirtschaft (Teilbereich DPP Innovative Kooperationsstrukturen). Im Teilbereich DPP Open-Know-how-Pool arbeiteten die Partner in einer matrixartigen Organisation aus drei Kompetenzfeldern ("Digital", "Photonic", "Production") und zwei Anwendungsfeldern ("Additive Production", "Subtractive Production"), deren Ressourcen in halbjährlichen Sprints bedarfsgerecht in bis zu 18 interdisziplinären Sprintteams kombiniert wurden. Die wesentlichen im Antrag formulierten technologischen Ziele wurden erreicht oder übertroffen: Im Anwendungsfeld Additive Production wurde die Prozessproduktivität des Laser Powder Bed Fusion (LPBF) durch angepasste Strahlformung weit über die angestrebten 30% pro Laserstrahl hinaus gesteigert (bis Faktor 4 der Aufbaurate mittels Ringmode-Strahlformung), Kriterien und Referenzbaujobs zur anlagenübergreifenden Übertragbarkeit wurden in einem Ringversuch über neun Anlagen validiert, und mit einer AM-gerechten Nickelbasis-Superlegierung wurde die Rissdichte gegenüber der Referenzlegierung um zwei Größenordnungen reduziert. Im Anwendungsfeld Subtractive Production wurden die systemtechnischen und prozesstechnischen Grundlagen für die angestrebte Skalierung der Prozessgeschwindigkeit um den Faktor 10 gelegt: von der modellprädiktiven Trajektorienplanung (bis 60% Bearbeitungszeitreduktion) über kaskadierte Strahlablenkungs- und Multistrahlsysteme (u. a. 7×7-Strahlmatrix, Feldkorrektur mit 50 % Fehlerreduktion) bis zur selektiven, rückstandsfreien Dünnschichtablation auf Glas mit quantifizierten Prozessfenstern und einem 30-fach schnelleren "Optical Stamping"-Verfahren. Die Kompetenzfelder lieferten hierfür die Schlüsseltechnologien - von digitalen Prozessketten, KI-Methoden und dem Virtual AM Lab über neuartige Strahlformer, Scannerkonzepte und Prozesssensorik bis zu seigerungsbasiertem Legierungsdesign und Kosten-Nutzen-Bewertungswerkzeugen. Im Teilbereich DPP Innovative Kooperationsstrukturen wurde der Forschungscampus in fünf Arbeitspaketen strukturell weiterentwickelt. Mit dem DPP Open-Know-how-Pool wurde eine neue, alle Themen umspannende IP- und Vertragshülle implementiert (AP I), die erstmals die offene Zusammenarbeit aller ca. 30 Partner über Arbeitsgruppengrenzen hinweg ermöglichte; der Forschungscampus wurde zu einem Innovations-Ökosystem mit über 15 assoziierten Arbeitsgruppen ausgebaut. Die agile, sprintbasierte Projektorganisation (AP II) mit halbjährlichen SMART-Zielen, Vollversammlungen und einem paritätischen Lenkungskreis wurde eingeführt, unter Pandemiebedingungen digital adaptiert und mit den ab 2022 etablierten getakteten gemeinsamen Präsenzwochen erfolgreich weiterentwickelt. Die Kommunikationsstrategie (AP III) umfasste den Aufbau des Intranets als digitaler Basis des Know-how-Pools (2024 Migration auf ein nutzerfreundliches, VPN-freies System), den Relaunch der Website, hybride Netzwerkformate ("Third Thursday") und eine intensive Konferenzpräsenz mit mehreren Best-Paper-Auszeichnungen. Die Transferstrukturen (AP IV) erbrachten messbare Erfolge auf allen vier Verwertungswegen: 26 Dissertationen (Transfer durch Köpfe), sechs unterstützte Start-ups mit über 300 geschaffenen Arbeitsplätzen (Transfer durch Gründung), marktverfügbare Produkte wie das TRUMPF-Technologiepaket UKP-Glasbearbeitung und die Innolite-Präzisionsdrehmaschine mit integriertem UKP-Laser sowie eine Patentanmeldung zum schnellen Schichtabtrag (Transfer durch Produkte und Paradigma) und mehr als zehn initiierte Verbundvorhaben (Transfer durch Projekte). Das Monitoring (AP V) begleitete die Entwicklung anhand definierter Kennwerte und Schwerpunktmeilensteine. Auf Basis eines systematischen Roadmapping-Prozesses wurden für die geplante dritte Förderphase (geplant ab Oktober 2025) fünf gesellschaftlich relevante Umsetzungsfelder definiert – Nachhaltige Produktion, Quantensysteme, Nachhaltige Energie, Digitale Transformation und Next Generation Computing – sowie ein Verstetigungs- und Finanzierungskonzept für das Innovations-Ökosystem DPP entwickelt. Der Forschungscampus DPP hat damit sowohl seine technologischen als auch seine strukturellen Ziele der zweiten Förderphase erreicht und die Grundlage für den langfristigen, förderunabhängigen Betrieb gelegt.