Die Forschungsgruppe 5620 ist ein Kooperationsprojekt zwischen dem Lehrstuhl für Laseranwendunstechnik (LAT),  dem Lehrstuhl für Produktionssysteme (LPS), dem Lehrstuhl für Regelungstechnik und Systemtheorie (LRS) und dem Lehrstuhl für Werkstofftechnik (LWT) der Ruhr-Universität Bochum sowie dem Lehrstuhl für Neue Fertigungstechnologien und Werkstoffe (FUW) der Bergischen Universität Wuppertal, dem Institut für Kontinuumsmechanik (IKM) der Leibniz Universität Hannover sowie der Arbeitsgruppe Virtual Machining (VM) der Technischen Universität Dortmund.

In den letzten Jahren rücken zunehmend neue Potenziale der additiven Fertigung metallischer Bauteile in den Fokus, insbesondere die Herstellung belastungsoptimierter Freiformstrukturen mit gezielt einstellbaren mikrostrukturellen und mechanischen Eigenschaften. Durch die Kombination von Topologieoptimierung und drahtbasierter, laserunterstützter additiver Fertigung (Directed Energy Deposition – Laser Beam / Metal, DED-LB/M) lassen sich komplexe Leichtbaustrukturen realisieren, deren geometrische und strukturelle Ausprägung mit konventionellen Fertigungsverfahren nur eingeschränkt oder mit erheblichem Aufwand herstellbar ist. Insbesondere in der Luft- und Raumfahrt ergeben sich hierfür vielversprechende Anwendungsfelder.
Trotz der hohen konstruktiven Freiheitsgrade additiver Fertigungsverfahren bestehen weiterhin prozessbedingte Herausforderungen, darunter thermisch induzierte Verformungen, begrenzte Maß- und Formgenauigkeit sowie erhöhte Oberflächenrauheiten. Zur Einhaltung funktionaler Anforderungen hinsichtlich Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und Bauteileigenschaften ist daher häufig eine nachgelagerte spanende Bearbeitung erforderlich. Vor diesem Hintergrund gewinnen hybride Fertigungsansätze, welche additive und subtraktive Prozesse in integrierten Prozessketten kombinieren, zunehmend an Bedeutung. Ergänzend sind präzise Mess- und Modellierungsmethoden erforderlich, um sowohl die Bauteilgenauigkeit als auch die Prozesseffizienz sicherzustellen.

Das übergeordnete Ziel der Forschungsgruppe ist die Entwicklung einer durchgängigen, eng verzahnten Prozesskette zur Fertigung belastungsoptimierter Freiformbauteile. Diese umfasst die topologieoptimierte Bauteilauslegung unter Berücksichtigung fertigungstechnischer Randbedingungen, die additive Herstellung mittels drahtbasiertem Laserauftragschweißen sowie die nachgelagerte spanende Nachbearbeitung und experimentelle Charakterisierung der resultierenden Bauteileigenschaften.

Innerhalb der Forschungsgruppe übernimmt die AG VM die Entwicklung und Qualifizierung der robotergestützten spanenden Nachbearbeitung additiv gefertigter Strukturen.
Aufgrund der im Vergleich zu Werkzeugmaschinen geringeren strukturellen Steifigkeit robotischer Systeme ergeben sich hierbei besondere Herausforderungen hinsichtlich Prozessstabilität, Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenqualität. Zur systematischen Untersuchung und Auslegung des Bearbeitungsprozesses soll das geometrisch-physikalisches Simulationssystem (GPS) weiterentwickelt werden. Dieses ermöglicht eine simulationsgestützte Prozessauslegung zur Identifikation geeigneter Prozessparameter und bildet die Grundlage für eine gezielte Optimierung der NC-Bahnplanung sowie eine frühzeitige Berücksichtigung der Bearbeitungsanforderungen in der Bauteilauslegung.
Zudem sollen DED-spezifischer Form- und Geometrieabweichungen berücksichtigt werden. Hierfür sind experimentelle Untersuchungen zum Zerspanverhalten additiv gefertigter Werkstoffzustände erforderlich, um geeignete Prozessstrategien für die robotergestützte Fräsbearbeitung abzuleiten. Ergänzend soll ein Werkstückmodell entwickelt werden, das prozessbedingte Geometrieabweichungen aus dem additiven Fertigungsprozess abbildet und in die simulationsgestützte Prozessauslegung integriert werden kann.
Darüber hinaus ist der Einsatz einer multiskaligen in-situ-Digitalisierung innerhalb der Fertigungszelle vorgesehen. Ziel ist es, zusätzliche Messaufwände sowie potenzielle Genauigkeitsverluste durch externe Messprozesse zu vermeiden und gleichzeitig eine maßhaltige sowie prozesssichere Nachbearbeitung zu gewährleisten.