AIT erforscht neue Werkzeuge für Qualität, Inspektion und Prozesswissen im Guss

Gießereien stehen unter wachsendem Druck. Bauteile werden komplexer, Qualitätsanforderungen steigen, Kunden erwarten stabile Prozesse und kurze Lieferzeiten. Gleichzeitig nehmen Bauteilgröße, Funktionalität und Legierungsanforderungen zu. Hinzu kommen volatile Energiepreise, hoher Kostendruck und ein Arbeitsmarkt, auf dem erfahrenes Personal knapp wird. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, verfolgt das AIT Austrian Institute of Technology einen durchgängigen Ansatz unter dem Titel „Zero-Defect Digital Manufacturing“.

Geschrieben von Editors EUROGUSS 365

AIT-Messestand auf der EUROGUSS 365 — Das AIT präsentierte auf der EUROGUSS 2026 seine Lösungen unter dem Titel „Zero-Defect Digital Manufacturing“.

Im Mittelpunkt stehen Technologien für die Fertigung komplexer Bauteile mittels Semi-Solid Casting sowie Qualitätsinspektion und assistierte Fehlerbehebung im laufenden Betrieb mittels menschzentriertem Assistenzsystem. Mit seinen Lösungen war das AIT auf der EUROGUSS 2026 auf reges Interesse bei Fachbesucherinnen und -besuchern gestoßen. Die Anwendungen richten sich ausdrücklich an industrielle Realitäten: vorhandene Druckgusszellen („Brownfield“-Anlagen), taktgebundene Fertigung und wirtschaftlichen Umsetzungsdruck.

Fehlerursachen frühzeitig erkennen

Viele Gussfehler werden erst entdeckt, wenn das Bauteil bereits entformt und bearbeitet wurde. Porosität, Oxideinschlüsse, Kaltläufe oder Maßabweichungen haben ihre Ursache jedoch meist deutlich früher: beim Zustand der Schmelze, bei der Formfüllung, bei der Formtemperierung, der Entlüftung, der Schmierung oder bei einem Parameterdrift zum Beispiel durch Formverschleiß.

„Ausschuss entsteht nicht erst am Ende der Produktionslinie, sondern im Prozess selbst“ sagt Florian Rötzer, Research Engineer am AIT. „Der Schlüssel ist, die relevanten Einflüsse frühzeitig zu erkennen, die richtigen Schlussfolgerungen abzuleiten und diese in konkrete Maßnahmen umzusetzen. Wenn ich allerdings die Einflussgrößen nicht kenne, kann ich nichts überwachen – wenn ich falsche Schlussfolgerungen ziehe, kann ich auch Fehler nicht gezielt beheben.“ ¬

Flexibles Semi-Solid Casting für Bauteile mit hohen Qualitätsansprüchen

Ein Schwerpunkt des AIT ist das „MELcon Semi-Solid Casting“. Das Verfahren wurde am LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen, einer Tochtergesellschaft des AIT, entwickelt und wird beim Projektpartner Meltec zur Zeit im industriellen Umfeld implementiert. Dahinter steht ein Verfahren, bei dem die Schmelze direkt im Dosierbehälter in einen Zustand überführt wird, der sowohl flüssige als auch einen definierten Anteil an fester Phase aufweist. Das auf diese Weise konditionierte Material besitzt andere rheologische Eigenschaften als die reine Schmelze, was zu einem verbesserten Fließverhalten während der Formfüllung führt.

„Das MELcon Semi-Solid-System ermöglicht das Vergießen von Bauteilen mit höchsten Qualitätsansprüchen durch eine simple Adaptierung einer bestehenden Druckgusszelle bei gleichzeitiger Beibehaltung maximaler Flexibilität, so Elias Riegler, Junior Research Engineer. „Anders als bei anderen Rheocasting-Technologien ist keine Änderung an der Werkzeuggeometrie erforderlich.“

Elias Riegler: „Das MELcon Semi-Solid-System ermöglicht das Vergießen von Bauteilen mit höchsten Qualitätsansprüchen durch eine simple Adaptierung einer bestehenden Druckgusszelle.“

Weniger Turbulenzen, höhere Bauteilintegrität

Nach Angaben des AIT arbeitet das System mit einem nominellen Feststoffanteil von fünf bis zehn Prozent. Dieser Bereich genügt, um Turbulenzen während der Formfüllung zu reduzieren, ohne das Prozessfenster vollständig neu denken zu müssen. Das Verfahren ist für die Integration in bestehende HPDC-Anlagen ausgelegt und ermöglicht sowohl konventionellen Druckguss als auch Semi-Solid-Betrieb.

Technisch ist das relevant, weil Turbulenzen beim Füllen eine zentrale Eintrittspforte für Gasporosität und Oxideinschlüsse sind. Wird die Schmelze ruhiger und laminarer eingebracht, verbessert sich die Integrität des Bauteils. Das AIT nennt drei direkte Effekte: geringere Porosität, weniger Oxideinschlüsse und längere Werkzeugstandzeiten durch reduzierte thermische Ermüdung.

Für Gießereien ist das besonders interessant bei Bauteilen mit späterer mechanischer Bearbeitung, bei hohen Dichtheitsanforderungen oder bei Komponenten, die wärmebehandelt oder geschweißt werden sollen.

Oberflächenprüfung mit mehr Information als ein Kamerabild

Die Sichtprüfung vieler Gussteile ist weiterhin personalintensiv. Gerade bei komplexen Geometrien, reflektierenden Oberflächen oder wechselnden Defektbildern stoßen reine 2D-Systeme an Grenzen. Das AIT entwickelt mit „Photodex“ ein handgeführtes 3D-Oberflächenprüfsystem, das Bilddaten in Oberflächeninformationen umwandelt.

Das System erzeugt hochauflösende synthetische Graustufenbilder (Albedo) sowie Oberflächennormalen-Karten. Vereinfacht gesagt: Neben dem optischen Eindruck wird auch die lokale Ausrichtung der Oberfläche erfasst. Dadurch lassen sich feine Kratzer, Vertiefungen, Aufwerfungen oder Bearbeitungsspuren deutlich robuster erkennen als mit Standardbeleuchtung. Zusätzlich ist ein Abgleich mit CAD-Daten vorgesehen, um Defekte präzise zu lokalisieren. Das AIT nennt außerdem KI-basierte Defektklassifikation als Funktionsbaustein.

Für Betriebe kann das zwei Vorteile bringen: weniger subjektive Prüfergebnisse und bessere Rückverfolgbarkeit. Wenn Defekte eindeutig lokalisiert und typisiert werden, verbessert das auch die Ursachenanalyse in vorgelagerten Prozessschritten.

Interaktive Defektannotation als Verbindung zwischen Mensch und Digitalisierung

Das AIT entwickelt parallel interaktive Assistenzsysteme zur Defektannotation und Klassifikation direkt im Prüfprozess. Zum Einsatz kommen sowohl ein bildschirmgestütztes Dashboard-System als auch ein stiftbasiertes System zur positionsgenauen Annotation direkt am realen Bauteil. Defekte werden markiert, klassifiziert und gemeinsam mit Positionsdaten digital gespeichert.
Besonders der bauteilbezogene Pen-Ansatz ermöglicht eine direkte Interaktion am Werkstück und reduziert den Wechsel zwischen physischem Bauteil und Bildschirmdarstellung. Dadurch wird der Prüfprozess intuitiver, ergonomischer und gleichzeitig strukturierter dokumentierbar.

Mehdi El Mnasri — Mehdi El-Mnasri: „Unser Ziel ist nicht, den Menschen aus dem Prüfprozess zu entfernen, sondern ihn mit digitalen Werkzeugen gezielt zu entlasten.“

Für die Industrie entsteht daraus ein zusätzlicher Mehrwert: Die erfassten Qualitätsdaten dienen als Grundlage für Root-Cause-Analysen, Traceability und den Aufbau zukünftiger KI-Modelle. Interaktive Fehlerannotation unterstützt damit eine datengetriebene Qualitätssicherung und schafft die Basis für skalierbare Automatisierung.
„Unser Ziel ist nicht, den Menschen aus dem Prüfprozess zu entfernen, sondern ihn mit digitalen Werkzeugen gezielt zu entlasten und Experten- und Expertinnenwissen nachhaltig nutzbar zu machen“, erklärt Research Engineer Mehdi El-Mnasri.

Robotische Prüfung basierend auf CAD-Daten statt manuellem Teach-In

Ein weiterer Engpass liegt häufig in der Inbetriebnahme automatisierter Prüfzellen. Neue Bauteile, Varianten oder Geometrieänderungen bedeuten oft manuellen Programmieraufwand. Das AIT arbeitet deshalb an einer robotischen Inspektionsplanung direkt aus CAD-Daten.
Das Ziel ist ein flexibler Rahmen, der sich auf unterschiedliche Roboterzellen und Sensorsysteme übertragen lässt. Möglich sind laut AIT zwei Betriebsarten: vollständige Oberflächenerfassung zur Geometrie-Rekonstruktion bzw. Digital-Twin-Erzeugung oder gezielte Prüfung kritischer Bereiche mit optimierter Zykluszeit.

„Mit CAD-basierter Prüfplanung ersetzen wir zeitaufwendiges manuelles Teach-in durch einen automatisierten, modellbasierten Workflow. Das System leitet direkt aus der Bauteilgeometrie ab, wo und wie ein Bauteil geprüft werden muss, und berücksichtigt dabei sowohl die Sensoreigenschaften als auch die Roboterkinematik“, sagt Vanessa Staderini, Scientist am AIT.

Vanessa Staderini: „Je geringer der Aufwand beim Umrüsten und Einlernen, desto wirtschaftlicher werden automatisierte Prüfkonzepte auch bei mittleren Losgrößen.“

Wirtschaftliche automatisierte Prüfkonzepte

Ein wesentlicher Vorteil der Pipeline ist ihre Vielseitigkeit: Sie ist nicht an ein bestimmtes Bauteil, einen bestimmten Roboter oder einen bestimmten Sensor gebunden. Solange ein geometrisches Modell des Bauteils, ein Sensormodell und die kinematische Beschreibung des Robotersystems vorliegen, kann das Framework optimierte Prüfposen und Pfade für unterschiedliche Anwendungen generieren. Dies ermöglicht eine schnellere Inbetriebnahme, reproduzierbare Prüfqualität und einen flexiblen Einsatz über heterogene Roboterzellen hinweg.

Staderini: „Für Serienfertiger mit häufigen Produktwechseln ist das ein wichtiger Hebel. Je geringer der Aufwand beim Umrüsten und Einlernen, desto wirtschaftlicher werden automatisierte Prüfkonzepte auch bei mittleren Losgrößen.“

Assistenzsysteme für Störungen, die nicht im Handbuch stehen

Viele Probleme im Druckguss lassen sich nicht mit einem einzigen Parameter erklären. Ein Grat kann mit Werkzeugzustand, Schließkraft, Temperaturverteilung oder Trennmittel zusammenhängen. Porosität kann auf Entlüftung, Formfüllung, Schmelzebehandlung oder Restfeuchte zurückgehen. Erfahrene Mitarbeitende erkennen solche Anomalien im Prozess oft schnell – neues Personal tut sich damit deutlich schwerer.

Das AIT entwickelt dafür ein menschzentriertes Assistenzsystem für die Fehlerbehebung direkt an der Druckgusszelle. Es verbindet Wissensbasis, Prozessdaten, mathematische Modelle,

Korrelationen, künstliche Intelligenz und Interaktionsformen. Bedienerinnen und Bediener werden strukturiert durch die Fehler-Ursachen-Analyse geführt und erhalten Hinweise zu wirksamen Gegenmaßnahmen.
Entscheidend ist der Nutzen im Schichtbetrieb: Unabhängig davon, ob erfahrenes Personal und dessen Spezialwissen gerade verfügbar ist, können komplexe Entscheidungen nachvollziehbar getroffen, Reaktionszeiten verkürzt, Eskalationen verringert und Stillstandszeiten minimiert werden.

Forschung mit industrieller Tiefe

Das AIT bündelt Kompetenzen aus mehreren Bereichen. Das Center for Vision, Automation & Control arbeitet an Bildverarbeitung, Automatisierung, Regelungstechnik, Digitalisierung und KI. Das LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen deckt Werkstoff- und Gießkompetenz entlang der Wertschöpfungskette ab – von Legierungen über Gießprozesse bis zu Recyclingfragen. Das Center for Technology Experience bringt Know-how zur Mensch-Maschine-Interaktion ein.

Für Gießereien entscheiden am Ende Produktionskennzahlen: Sinkt die Ausschussquote? Stabilisiert sich die Zykluszeit? Werden Werkzeuge länger nutzbar? Können neue Bauteile schneller in Serie gefertigt werden?

Stephan Strommer: „Angesichts der exponentiellen Entwicklungen in der Künstlichen Intelligenz gilt: Wer diese Transformation nicht aktiv gestaltet, wird vom Markt verdrängt.“

„Digitalisierung ist kein Enabler mehr, sondern die zentrale Voraussetzung für Wettbewerbsfähigkeit. Entscheidend ist die durchgängige Erfassung und bauteilbezogene Verknüpfung von Prozess- und Metadaten sowie die konsequente Digitalisierung von Expertenwissen, das angesichts des Fachkräftemangels zum kritischen Produktionsfaktor wird“, berichtet Senior Research Engineer und Projektleiter Stephan Strommer.

Erst die Integration von Daten und Wissen ermöglicht eine kontextualisierte Visualisierung, schafft echte Transparenz entlang der Wertschöpfungskette und legt Optimierungspotenziale systematisch offen. Strommer: „Angesichts der exponentiellen Entwicklungen in der Künstlichen Intelligenz gilt: Wer diese Transformation nicht aktiv gestaltet, wird vom Markt verdrängt. Gleichzeitig definieren Technologien wie Gigacasting und geschlossene Recyclingkreisläufe die nächste Stufe effizienter und nachhaltiger Produktionssysteme.“

Autor

Editors EUROGUSS 365

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