Kuteno: KI hilft beim Dosieren von Flüssigfarbe

Mit dem KI-gestützten, automatisierten Verfahren, das am Kunststoff-Zentrum in Leipzig (KUZ) entwickelt wurde, lässt sich der Zeitaufwand für das Einfärben von Formteilen beim Spritzgießen stark reduzieren. Mit Hilfe derInline-Farbmessung und der Online-Dosierung aus Basis von Flüssigfarben kann das Einfärben von thermoplastischen Kunststoffen vollständig in den Herstellprozess des Spritzgießens integriert werden. Dabei erfolgen die Rezeptierung und Dosierung der Farbe direkt im laufenden Prozess an der Maschine. Eine solche Lösung bringt gegenüber dem aktuellen Stand der Technik den Vorteil, dass der notwendige Zeitaufwand für das Einfärben eines Formteils stark verringert wird. Außerdem ermöglicht es eine kontinuierliche und lückenlose Qualitätskontrolle. Farbabweichungen durch Chargenschwankungen oder wechselnde Umweltbedingungen können dadurch jederzeit erkannt und im Prozess ausgeglichen werden.

Im Rahmen des Forschungsprojekts „Farbmischung online“ wurde am KUZ ein Versuchsstand entwickelt, der eine Verknüpfung von Farbmessung und Dosierung mit dem Spritzgießprozess ermöglicht. Über einen Steuerrechner kann durch den Anwender die gewünschte Zielfarbe definiert werden. Für diese Zielfarbe wird ein Farbrezept für ein verfügbares Sortiment berechnet und als Steuersignal an die Farbdosierstation weitergegeben. Die Farbe der produzierten Formteile wird durch einen Farbsensor gemessen und mit der Zielfarbe verglichen. In einem iterativen Verfahren wird die Formteilfarbe automatisch an die definierte Zielfarbe angeglichen. Für die iterative Berechnung der Farbdosieranteile wurden während der Forschungsarbeiten zwei Verfahren untersucht. Das erste Verfahren verwendet ein physikalisches Farbmodell in Form einer am Markt erhältlichen Rezeptiersoftware. Beim zweiten Verfahren wird ein neuronales Netz mit Stichproben angelernt, um für eine definierte Zielfarbe die richtigen Anteile der einzelnen Farbkanäle zu berechnen.

Ziel des aktuellen Forschungsprojekts „KI-Farbe“ ist es, auf den Erkenntnissen aufzubauen und ein sich selbst optimierendes Farbdosiersystem für Flüssigfarben zu entwickeln. Dieses System soll den Anwender dabei unterstützen, innerhalb weniger Iterationsschritte ein Farbrezept für eine gewünschte Zielfarbe zu optimieren. Dabei wird der empfundene Farbabstand ΔE mit jeder Iteration kleiner, bis er sein Optimum erreicht hat. Es gilt, dass ein ΔE<1.0 nur für das geübte Auge erkennbar ist. Ab einem ΔE<0.5 gilt die Abweichung als nahezu unmerklich. Speziell für die Verwendung unter Produktionsbedingungen hat sich in den Voruntersuchungen der Einsatz eines datenbasierten Modells in Form eines neuronalen Netzes als praxisnahe Alternative zu einem physikalischen Farbmodell hervorgetan. Besonders vorteilhaft ist hier, dass die Datenbasis mit jedem neuen Zyklus erweitert wird, das Modell lernt stetig dazu. Außerdem kann auf die aufwendige Erstellung von Eichreihen verzichtet werden, was Ressourcen und Arbeitszeit spart.

Daneben zeigt das KUZ auf der Messe in Rheda-Wiedenbrück anhand von Exponaten seine Expertise in der Ökobilanzierung. Die ökologische Nachhaltigkeitsanalyse dient als Basis für die Berechnung des ökologischen Fußabdrucks und hilft, Produkte und Prozesse langfristig nachhaltiger zu gestalten. Das KUZ zeigt, welchen Einfluss eine gezielte Werkstoffauswahl auf die potenziellen Treibhausgasemissionen hat und mit welchen Kunststofftypen sich eine deutliche Reduktion des Ausstoßes erzielen lässt. sk