Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Automatisierte robotergestützte Methodik zur Fertigung und Nachbearbeitung von Werkstücken auf Basis generativer Herstellungsverfahren

Das beantragte Vorhaben hat das Ziel KMU zu befähigen, generative Bauteile aus Kunststoffen wie bspw. PLA, ABS oder PETG mit Standard-Robotern aufzubauen und während des additiven Prozesses sowie nachgelagert Funktionsflächen mit spanender Bearbeitung auf Endkontur herzustellen. Unternehmen können durch eine Kombination aus einem generativen Prozess mit hoher Geschwindigkeit und geringer Endkonturqualität und einer nachgelagerten Bearbeitung durch ein subtraktives Verfahren die Qualität des Bauteils steigern. Des Weiteren wird es möglich, geschlossene Bauteile mit Einlagen aus anderen Werkstoffen passgenau und im Bauteil abgeschlossen einzulegen, was mit heutigen Technologien nur über die Separierung zweier Bauteile und anschließendem Fügen realisiert werden kann. Die Kombination beider Verfahren ermöglicht damit einen neuen Ansatz zur Fertigung von komplexen Bauteilen in kurzer Zeit mit, im Vergleich zu konventionellen Druckverfahren, erhöhter geometrischen Genauigkeit durch die Nachbearbeitung.

Dabei werden die zahlreichen Vorteile der generativen Fertigung auch für KMU in ihrem gewohnten Planungsumfeld, also der existierenden CAM-Landschaft, erschlossen und gleichzeitig die Time to Market reduziert. Hierzu werden die Verlagerung von Prozesswissen vom Entwickler hin zur Prozessplanung sowie die Automatisierung der kompletten Planungskette angestrebt. Dies soll durch Integration eines Prozessplanungsmoduls in bestehende CAM-Systeme geschehen. Der Entwickler für wird zukünftig nur noch die Eigenschaften des Bauteils berücksichtigen müssen. Das Planungswerkzeug übernimmt die Planung der einzelnen Prozessschritte, der Prozessparameter sowie die Nachbearbeitung, sodass auch GF fremde Produktionsplaner, bspw. CAM-Experten aus dem Bereich der subtraktiven Fertigung das Verfahren nutzen können. Das Ergebnis ist eine höhere Marktdurchdringung der GF in Deutschland, eine kürzere Entwicklungszeit sowie klar getrennte Zuständigkeiten.

Ergebniszusammenfassung:

Das beantragte Vorhaben hat das Ziel KMU zu befähigen, generative Bauteile aus Kunststoffen wie bspw. PLA, ABS oder PETG mit Standard-Robotern aufzubauen und während des additiven Prozesses sowie nachgelagert Funktionsflächen mit spanender Bearbeitung auf Endkontur herzustellen. Im Forschungsprojekt wurde dazu die subtraktive Nachbearbeitung generativ gefertigter Bauteile in die Prozesskette und eine Bearbeitungszelle integriert. Die Prozesskette besteht damit aus dem Pre-Processing (Konstruktion und Maschinenprogrammerstellung), dem additiven Fertigungsprozess und dem

Post-Processing (subtraktive Nachbearbeitung). Durch diese ganzheitliche Betrachtung, wird die Grundlage für eine wirtschaftliche Einzel- und Serienfertigung geschaffen.

Die Forschungsergebnisse fließen in unterschiedlicher Weise in die Prozesse von KMUs ein. Zum einen wurde die additive Fertigung und spanende Nachbearbeitung im Forschungsprojekt AuRoNa3D behandelt. KMUs, die sich mit roboterbasierte additiver Fertigung beschäftigt, wird ein Framework zur Verfügung gestellt um einen großen Teil der notwendigen Prozesse zu automatisieren. Das betrifft sowohl die einzelnen Prozesse für sich, als auch den Gesamtprozess. Durch die Ergebnisse des Forschungsvorhabens werden KMUs dazu befähigt eine flexible und wirtschaftliche Kleinserien und Serienfertigung aufzubauen. Dabei steht die Automatisierung der Prozesse im Vordergrund, wodurch die Wirtschaftlichkeit gesteigert wird.

Weiterhin wurde die gesamte Prozesskette von Pre-Processing bis Post-Processing untersucht und an notwendigen Stellen durch Softwaremodule automatisiert. Demnach zeigt das Forschungsprojekt neben den Potenzialen einer hybriden Prozesskette auch konkrete Umsetzungsmöglichkeiten für KMUs im Bereich der CAD-CAM-Systementwicklung auf.