FQS-Forschungsprojekt AQuaPro: Neue Ansätze für die Qualitätssicherung additiv gefertigter Metallteile
Seit Anfang 2026 läuft das FQS-Forschungsprojekt AQuaPro. Das deutsch-brasilianische Vorhaben zielt darauf ab, die Zuverlässigkeit additiv gefertigter (AM) Metallteile zu erhöhen, indem entlang der Fertigungskette verfügbare Daten in verwertbare Qualitätsinformationen umgewandelt werden. So kann der Bedarf für eine 100-prozentige Endkontrolle in vielen Anwendungen reduziert werden. Unternehmen profitieren dadurch stärker von den Vorteilen der AM, etwa flexibler und dezentraler Fertigung, digitaler Bestandsverwaltung und individueller Bauteilanpassung.
Als Anwendungsfälle wurden Unterwasseranwendungen gewählt, da deren Komponenten während ihrer Lebensdauer extremen Bedingungen ausgesetzt sind und sichere Lösungen für den Betrieb, zum Beispiel die Wasserdichtigkeit von Inspektions- und Reparaturgeräten, zunehmend wichtig werden. Die Projektergebnisse sind jedoch auch für andere qualitätskritische Bereiche relevant, etwa Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Medizin.
Über die nächsten zwei Jahre entwickelt ein internationales Konsortium einen robusten Arbeitsablauf zur Steigerung der Zuverlässigkeit von AM-Prozessen und Nachbearbeitung. Die Partnerschaft vereint Expertise in AM-Qualitätskontrolle (Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK), Nachbearbeitung (Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb der TU Berlin), zerstörungsfreier Prüfung (Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie) sowie Prozesssimulation und Leistungsbewertung (SENAI CIMATEC, Brasilien). Ergänzt wird das Konsortium durch einen Projektbegleitenden Ausschuss aus Industrievertretern, der Praxisanforderungen einbringt und die Verwertung der Projektergebnisse unterstützt.
Im Interview gibt der Projektverantwortliche am Fraunhofer IPK, Dr. Renan Oss Giacomelli, einen Einblick in die Zielsetzung und den aktuellen Stand des Projekts.
Aus welcher Problemstellung heraus ist das Forschungsprojekt entstanden?
Giacomelli: Die additive Fertigung bietet großes Potenzial für kleine und mittlere Unternehmen (KMU), steht jedoch weiterhin vor wichtigen Herausforderungen. Viele Anwender haben Schwierigkeiten bei der Qualifizierung und Zertifizierung sicherheitskritischer Bauteile, da metallurgische Defekte und deren Einfluss auf die Bauteilleistung oft nicht zuverlässig bewertet werden können. Zudem ist die Automatisierung der Nachbearbeitung in KMU noch wenig verbreitet, was Kosten erhöht und die Reproduzierbarkeit verringert. Auch der Mangel an Standards erschwert die Qualitätssicherung, die häufig auf unternehmens- oder branchenspezifischen Vorgaben basiert. AQuaPro entwickelt dafür neue Lösungsansätze und Kompetenzen.
Welches Know-how soll im Rahmen des Forschungsprojekts AQuaPro entwickelt werden und wie kann es zur Lösung der geschilderten Problemstellung beitragen?
Giacomelli: Das Projekt verfolgt vier Innovationsziele, um Hemmnisse der additiven Fertigung zu überwinden: Zunächst wird ein In-situ-Monitoring für das Laser-Pulverbett-Schmelzen (L-PBF) erarbeitet, das metallurgische Defekte im Prozess erkennt. Thermografie- und CT-Daten trainieren ein KI-Modell zur prozessbegleitenden Defekterkennung und unterstützen KMU bei Prozesskontrolle und Qualitätssicherung. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung einer flexiblen Nachbearbeitungskette mit integrierter Überwachung der Oberflächenqualität, um Bauteilqualität zu sichern und manuellen Aufwand zu reduzieren. Ergänzend wird eine Offline-Methode zur Qualitätssicherung von AM-Bauteilen konzipiert. Optische und röntgenbasierte Verfahren sowie Röntgendiffraktion bewerten Eigenspannungen, Kristallstruktur und Bauteilintegrität entlang der Prozesskette. Abschließend steht die Entwicklung einer Prüfmethodik zur Leistungsbewertung von AM-Unterwasserkomponenten als Grundlage künftiger Standards für Offshore- und Unterwasseranwendungen.
Abb. 1: AQuaPro – Integrierte Probenanalyse (Quelle: Fraunhofer IPK)
Wer soll von den Ergebnissen profitieren und welcher konkrete Nutzen ergibt sich für Unternehmen?
Giacomelli: Die Ergebnisse des Forschungsprojekts unterstützen Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette der metallischen additiven Fertigung: Dienstleister für Messtechnik, zerstörungsfreie Prüfung und Material- und Datenanalyse, Teile- und Systemlieferanten sowie Endanwender von AM-Komponenten in sicherheitskritischen Märkten: Energie, Öl und Gas, Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Medizintechnik. Laut einer Umfrage unter 2.370 europäischen KMU haben 44 Prozent in AM investiert. In Brasilien bieten über 5.000 KMU Komponenten und Dienstleistungen für diese Branchen an. Damit besteht ein Markt mit hohem Nutzenpotenzial. Die im Rahmen des Projekts entwickelte Unterstützung soll den Anteil von Versuch-und-Irrtum-Ansätzen in der AM-Prozessentwicklung verringern, die Nachbearbeitung stärker automatisieren und das Verständnis von Qualitätsmerkmalen entlang der Prozesskette sowie deren Einfluss auf die Leistung verbessern. Auch wenn die Projekt-Anwendungsfälle Unterwasseranwendungen betreffen, können die Methoden KMU vieler Branchen bei Qualitätssicherung und Nachbearbeitung unterstützen.
Wie sieht das weitere Vorgehen im Forschungsprojekt aus?
Giacomelli: Um alle Merkmale von der Fertigung bis zur Nachbearbeitung zu erfassen, entwickeln wir für das Forschungsprojekt eine komplexe, bauteilähnliche integrierte Probe. Sie dient nicht nur der zerstörungsfreien Charakterisierung, sondern auch Materialtests wie tribologischen und Korrosionsprüfungen. Zusätzlich werden standardisierte und für Unterwasseranwendungen spezifische mechanische Tests durchgeführt, um die Materialleistung zu bewerten. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse fließen in den Aufbau eines Demonstratorbauteils für Unterwasseranwendungen ein.
Stimmen aus dem Projektbegleitenden Ausschuss:
Lukas Zierbock, AM Digitalization Quality Engineer, Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
Die Verbesserung von Qualität und Zuverlässigkeit in der additiven Fertigung hochbelasteter Bauteile ist für uns von hoher Relevanz, insbesondere bei der additiven Serienfertigung von Komponenten unserer Gasturbinen. Die Entwicklung einer Definitionslogik von Probekörpern, die Verbesserung von Insitut-Überwachungssystemen mit Fokus auf Mikrodefekten und der Aufbau von Prozessketten bieten viel Potenzial für zukünftige Innovationen. Dabei kann Siemens Energy unterstützen und einen Beitrag dazu leisten, dass das Projekt vorangetrieben wird.
Lukas Göhler, Leiter Prozessentwicklung, OTEC Präzisionsfinish GmbH
OTEC beschäftigt sich seit vielen Jahren mit der Entwicklung und Anwendung von Verfahren zur Oberflächenbearbeitung. Additiv gefertigte Bauteile weisen häufig prozessbedingte Oberflächeneigenschaften auf, die den direkten industriellen Einsatz einschränken können. Eine Problemstellung besteht darin, geeignete Nachbearbeitungsstrategien für additiv gefertigte Bauteile zu identifizieren und fundiert zu bewerten. Durch die Beteiligung am Forschungsprojekt kann OTEC seine Verfahren in einem wissenschaftlich begleiteten Vergleich einordnen, weiterentwickeln und anwendungsspezifische Bearbeitungsstrategien ableiten.
Das Projekt unterstützt die Entwicklung fundierter Argumentations- und Entscheidungsgrundlagen für Kundenprojekte, insbesondere wenn es um technische Anwendungen mit hohen Anforderungen an Oberflächenqualität und Bauteilfunktion geht. Darüber hinaus lassen sich die Ergebnisse auf weitere industrielle Anwendungsfelder übertragen, in denen additiv gefertigte oder komplex geformte Bauteile eingesetzt werden. Für OTEC ergeben sich daraus Möglichkeiten, bestehende Technologien weiterzuentwickeln und neue Anwendungsbereiche zu erschließen. Durch die Vernetzung mit internationalen Projektpartnern und den Vergleich alternativer Technologien entsteht ein breiteres Verständnis der gesamten Prozesskette.
Über den Interviewpartner:
Dr. Renan Oss Giacomelli, International Business Development, Research Assistant
Fraunhofer IPK
Über das Forschungsprojekt: Weitere Informationen zum Projekt und zu Beteiligungsmöglichkeiten können über die Geschäftsstelle der FQS bezogen werden. Eine Mitarbeit im Projekt ist auch nach Laufzeitbeginn noch möglich. Über die FQS: Vorstellung der FQS Forschungsgemeinschaft Qualität e.V. Kontakt:
Informationen zum Forschungsprojekt und Kontaktdaten
Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
(Förderkennzeichen: 01IF00414C; Forschungsvereinigung: FQS – Forschungsgemeinschaft Qualität e.V.)
Die FQS – Forschungsgemeinschaft Qualität e. V. (FQS) unterstützt seit 1989 die anwendungsorientierte Forschung rund um das Thema Qualität in Deutschland. Sie versteht sich selbst als Forschungsbereich der Deutschen Gesellschaft für Qualität e. V. (DGQ) und wird von ihr getragen. Die FQS fördert innovative Forschungsideen über das Instrument der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) und des Forschungsnetzwerks CORNET des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE). Ziele der Förderung sind möglichst anwendungsnahe Forschungsideen, die einen unmittelbaren Nutzen für die Wirtschaft, insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen (KMU), erbringen.
Wer ist die FQS Forschungsgemeinschaft Qualität e.V. und was tut sie? Lernen Sie im Video den Forschungsbereich der DGQ kennen und erfahren Sie von Dr. Christian Kellermann-Langhagen, wissenschaftlicher Geschäftsführer der FQS, wie die FQS arbeitet, welche Themen beforscht werden und wie sich Unternehmen in der FQS beteiligen und von den eingesetzten Förderprogrammen profitieren können.
FQS – Forschungsgemeinschaft Qualität e. V.
August-Schanz-Straße 21A
60433 Frankfurt am Main
infofqs@dgq.de
