Auto-ID Data-Matrix-Code für Metallbauteile

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Die Kennzeichnungslösung „Cera Code“ des Technologie-Start-ups Senodis Technologies GmbH ermöglicht dank einer neu entwickelten und bis zu 1.300 Grad temperaturstabilen Tinte eine eindeutige Bauteilidentifizierung und Rückverfolgbarkeit in Hochtemperaturprozessen.

Digitalisierung ist in der Metallbearbeitung längst kein Neuland mehr; in hochautomatisierten Prozessen werden bereits eine Vielzahl von Daten gesammelt, ausgewertet und Prozesse und Qualität mit ihrer Hilfe optimiert. Jedoch lassen sich diese Daten bisher nicht bauteilindividuell auslesen und zuordnen. Das sorgt für Probleme: Sortieraufwand und -kosten bei Fehlerfällen, ganze Chargen, die entsorgt werden müssen, entsprechend zu hohe Ausschusskosten und insgesamt Qualitätsmängel in den Lieferketten. Was einer individuellen Bauteilkennzeichnung entgegensteht, sind die harschen Produktionsbedingungen, denen Metallbauteile unterliegen. Insbesondere den Hochtemperaturprozessen in der Warmumformung – zwischen 500 und 1.300 Grad Celsius – können herkömmliche Kennzeichnungen, zum Beispiel durch Lasergravur oder Bedruckung mit konventionellen Tinten, nicht in ausreichender Qualität standhalten. Beim Presshärten kommen häufig Schlagstempel zum Einsatz, die jedoch nur Wochennummern einprägen und so ebenfalls keine individuelle Rückverfolgbarkeit ermöglichen. Zudem brechen die Stempel häufig aus und sind somit sehr wartungsintensiv. Möglich ist auch, dass das zu bearbeitende Metall durch die Schlagprägung beeinträchtigt wird.

Beim Einsatzhärten ist Materialsicherheit ein zentraler Aspekt. Die Materialauswahl ist sehr komplex und je nach Bauteil werden verschiedene Güten verwendet, die dem Bauteil schon zu Prozessbeginn zugeordnet werden sollen. Da sich nach der Produktion das Grundmaterial nicht mehr feststellen lässt, kann es ohne individuelle Kennzeichnung leicht zu Verwechslungen kommen.

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Eine weitere Kennzeichnungsmöglichkeit des Bauteils kann bisher erst nach der Temperaturbehandlung durch Lasergravur erfolgen. So entstehen jedoch Lücken in der Bauteilrückverfolgung durch den Produktionsprozess, wenn ganze Prozessschritte nicht berücksichtigt werden. Diese Gesamtbetrachtung ist jedoch durchaus wertvoll, um eine volle Transparenz der Wertschöpfungskette zu erzielen. Dies sorgt für eine Verbesserung von Verarbeitungsprozessen, die Einsparung von Ressourcen und die Verschlankung der inner- und außerbetrieblichen Logistikketten. Im Grunde ermöglicht erst eine konsistente Datenerfassung auf einer tiefen Granularitätsebene eine echte Digitalisierung der Produktion, die der Qualitätssicherung und Prozessoptimierung dient.

Data-Matrix-Code mit temperaturstabiler Tinte bis 1.300 Grad Celsius

Das Technologie-Start-up Senodis hat sich der individuellen Bauteilkennzeichnung angenommen und das Cera-Code-Verfahren entwickelt, bei dem ein Data-Matrix-Code mit einer temperaturstabilen Tinte auf die Komponenten aufgedruckt wird. Die Tinte wurde von Senodis auf Basis keramischer Pigmente entwickelt, die sich unter Temperatureinwirkung stoffschlüssig mit der Bauteiloberfläche – neben Stahl sind zum Beispiel auch Keramik oder Glas möglich – verbindet. Sie hält je nach Zusammensetzung Temperaturen bis über 1.300 Grad Celsius problemlos stand und ist damit für Folgeprozesse wie das Press- oder das Einsatzhärten uneingeschränkt geeignet. Die Tintenrezepturen mussten in der Entwicklungsphase auf die Beschaffenheit der Bauteiloberflächen genau abgestimmt werden; zum Beispiel sollten die Haftpigmente sowohl mit der weit verbreiteten Verzunderungsschutzschicht einer Aluminium-Silizium-Legierung interagieren, aber auch für unbeschichtete Bleche geeignet sein. Grundsätzlich wird die Tinte stets für das kundenspezifische Projekt ausgewählt und gegebenenfalls angepasst. Für einen optimalen Kontrast beim späteren Auslesen des Data-Matrix-Codes kommen statt Farbpigmenten anorganische Leuchtstoffe und Pigmente zum Einsatz, die zum einen sehr hohen Temperaturen standhalten und zum anderen bei bestimmter Beleuchtung eine ausgeprägte Fluoreszenz aufweisen und so besser auslesbar sind. Wichtige Parameter für ein sauberes Druckbild sind die Viskosität und die Oberflächenspannung der Tinte in Bezug zum Grundmaterial; es galt dafür zu sorgen, dass die Tropfen nicht an der metallischen Düsenplatte des Industriedruckers anhaften, wohl aber auf der metallischen Bauteiloberfläche.

Im kalten Zustand beruht der Haftmechanismus zwischen Pigmenten und Substrat auf organischen Bindern, die bereits dafür sorgen, dass nötige Prozessschritte wie das Greifen durch Roboter oder das Stapeln nicht mehr zum Verwischen führen. Durch die Temperaturbehandlung im Anschluss werden die anorganischen Haftvermittler aktiviert, die die Verbindung zur Metalloberfläche bewirken. Die Temperatur sorgt für eine Entbinderung und eine Sinterung der anorganischen Materialien, sodass eine stark anhaftende Markierung entsteht, die beständig ist und nur zerstörend entfernt werden könnte. Selbst nach einer späteren Lackierung der Bauteile lässt sich mit speziellen optischen Methoden erreichen, den Data-Matrix-Code noch durch die Lackierung hindurch auszulesen.

Senodis hat ein umfangreiches Tintenportfolio aufgebaut, aus dem je nach Bauteil, Material und Oberflächenbeschaffenheit die passende Tinte ausgewählt und bei Bedarf noch angepasst wird.

Alle relevanten Prozessdaten mit dem Bauteil verknüpfen

Das Bauteil ist somit also eindeutig gekennzeichnet – doch welche Informationen sind damit verknüpft? Björn Erik Mai, Co-Founder und Geschäftsführer bei Senodis, erläutert: „Häufig begegnen wir der irrigen Annahme, dass nur bestimmte Informationen zum Zeitpunkt des Aufdruckens mit dem Bauteil verknüpft werden und spätere Prozessparameter nicht mehr ergänzt werden können. Das ist falsch. Letztlich wird mit dem Code tatsächlich nur eine individuelle Nummer vergeben, die in einer Datenbank hinterlegt ist. Sämtliche Prozessdaten, die dieses Bauteil betreffen, können dann in der Datenbank diesem Bauteil zugewiesen werden (Produktionstag, -nummer, Ofentemperatur, Durchlaufzeiten, Umformgrade und -stärken, Materialchargengrößen, Laserparameter und andere).“

Markierung in unter zwei Sekunden

Worauf es in eng getakteten Produktionslinien in erster Linie ankommt, ist der Faktor Zeit. Ein solches Kennzeichnungssystem darf also kein Zeitfresser sein. Im Gegenteil spielt die Cera-Code-Kennzeichnung ihre zeitlichen Vorteile zum Beispiel gegenüber einer Laserstation aus: Komplett inline oder in maximal ein bis zwei Sekunden lässt sich die Markierung applizieren, während bei einer Lasergravur circa eine Sekunde pro zu laserndem Zeichen gerechnet werden muss. Bei mehrstelligen Codenummern kommen so schnell fünf bis zehn Sekunden für die Lasermarkierung zusammen, die im Gesamtprozess vor den Temperatur- und Umformungsschritten nicht möglich sind. Darüber hinaus ist eine Laserstation in der Anschaffung deutlich teurer und verlangt höhere Schutzmaßnahmen. Zudem ist die Cera-Code-Station einfach und zügig innerhalb einer üblichen Wartungsschicht zu implementieren, sowohl elektrisch als auch mechanisch und datenseitig.

Senodis bietet ein Gesamtsystem aus Tintenportfolio, Industriedrucker, Bilderfassung und IT-Integration an. In der Grundversion ist die Kennzeichnung, die erstmalige Erfassung vor dem Ofen sowie die zweite Erfassungsstufe, also das Auslesen per Industriescanner hinter dem Ofen, enthalten. Björn Erik Mai betont: „Bei ,Cera Code‘ handelt es sich nicht um eine One-fits-All-Lösung, die sich jedem Produktionsprozess überstülpen ließe, sondern wir passen das System stets kundenspezifisch an, von der Tinte für die jeweiligen Oberflächenbeschaffenheiten bis zur Bereitstellung einer Datenbanklösung für die Verwaltung der Prozessdaten – je nach Bedarf.“ In der Praxis wurde Cera Code bereits bei einem großen deutschen Automobilhersteller in einem mehrmonatigen Pilotprojekt erprobt.

Lückenlose Prozessdigitalisierung dank Einzelteilverfolgung

Eine durchgängige Digitalisierung ist aus Sicht von Senodis nur möglich, wenn alle Prozesse in der Produktion von Bauteilen mit einbezogen sind. Björn Erik Mai: „Für die Kennzeichnung im Presshärten weiterhin auf Schlagstempel zu setzen, ist ein bisschen aus der Zeit gefallen und bedeutet einen Hemmschuh für die durchgängige Digitalisierung. Nur wenn ich live für jedes Bauteil Daten sammle, kann ich im laufenden Prozess bemerken, wenn an einer Stelle mehr Presskraft benötigt wird, weil sich die Presse zum Beispiel abgenutzt hat. Eine Überprüfung auf Wochenbasis zeigt viel zu spät auf, dass womöglich die Hälfte der Bauteile nicht adäquat umgeformt wurde. Mit unserer Technologie ist eine Live-Kontrolle und damit auch eine Live-Optimierung möglich – über den digitalen Fingerabdruck, den wir jedem Bauteil zuweisen.“ (bm)

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