JetCut3D: Optimiertes CAM-System für neuartiges Wasserstrahlkonzept

Förderprogramm

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird / wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in der Fördermaßnahme KMU-innovativ: Produktionsforschung (Förderkennzeichen 02P18K071) gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei der Autorin / beim Autor.

Übersicht

Moderne und leistungsfähige Produkte werden immer komplexer und sind durch den steigenden Einsatz von konventionell schwer zerspanbaren Hochleistungswerkstoffen gekennzeichnet. Eine Herausforderung für KMU liegt darin, bei steigenden Qualitäts- und Flexibilitätsansprüchen die Produktionszeiten und die Fertigungskosten zu reduzieren. Um die technologischen und wirtschaftlichen Grenzen etablierter Fertigungsverfahren zu überwinden, werden effiziente und integrierbare alternative Verfahren gefordert, die die Konkurrenzfähigkeit der KMU in Deutschland sichern können.

Zur Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstoffen stellt das Wasserstrahlschneiden ein besonders flexibles und leistungsfähiges Werkzeug dar, mit dem nahezu alle Werkstoffe zeitsparend und ohne thermische Beeinflussung bearbeitet werden können. Vielfältige Bearbeitungsaufgaben können mit dem gleichen Werkzeug durchgeführt werden – neben dem Schneiden auch das Bohren, das definierte Abtragen, das Reinigen oder die Modifikation von Bauteiloberflächen. Während das Schneiden einfacher 2D-Geometrien bereits industriell etabliert ist, sind die Verfahrenseigenschaften auf komplexe Bearbeitungsaufgaben heute noch nicht robust übertragbar. Die jüngste Innovation der Wasserstrahltechnik, nämlich die Bereitstellung von modernen Anlagen mit 5-achsiger Werkzeugführung und Systemdrücken bis zu 6000 bar, ermöglichen jedoch den Einstieg in die effiziente Bearbeitung von komplexen 3D-Bauteilen und Freiformgeometrien. Allerdings fehlt es noch an ganzheitlichen Konzepten, die Prozess- und Systemeigenschaften bereits im Vorfeld der Fertigung zu berücksichtigen.

Highlights

  • Optimierung des Wasserstrahlprozesses
  • Berechnung der Wasserstrahlgestalt
  • Entwicklung eines in ein PLM-System integrierten CAM-Moduls

Vorteile

  • Reduzierung der Nebenzeiten um 70%
  • Kostenreduktion für schwer zerspanbare Materialien bis zu 50%
  • Erhöhte Flexibilität in der CAM-Planung
  • Reduzierung notwendiger Ressourcen durch niedrigere Ausschussrate.

Dafür wird Expertenwissen in ein geeignetes Prozessmodell zu überführt, das zur Integration in ein CAM-Modul geeignet ist. Die zur effizienten Prozessführung erforderliche dynamische Parameterbereitstellung wird dazu mit der Vorhersage des Maschinenverhaltens verknüpft. Durch die Entwicklung eines generischen Prozessmodells werden die erforderlichen Eingaben des Bedieners auf ein paar wenige grundlegende Größen für die Erfüllung der Bearbeitungsaufgabe beschränkt; die bisherige Komplexität des Expertensystems verbleibt im Hintergrund und das Prozessmodul kann kostengünstig in individuelle Softwarelösungen integriert werden. Durch den generischen und interdisziplinären Ansatz sollen außerdem die Voraussetzungen geschaffen werden, ähnliche Strahlverfahren durch geeignete Schnittstellen in die moderne Fertigungslandschaft zu integrieren. Mit dem gewählten Ansatz können auch zukünftige Anforderungen moderner Wasserstrahlmaschinen an Automatisierungsmöglichkeiten und Ressourceneffizienz adressiert werden, um den Absatz der Technologie langfristig zu sichern.

Die im Projekt entwickelte Lösung aus einem Prototyp einer Wasserstrahlmaschine und einem integrierten CAM-Modul für die Prozessplanung wird folgende Vorteile bieten:

  • Reduzierung der Nebenzeiten um 70% durch Nutzung einer integrierten Prozessplanung
  • Kostenreduktion für das Schneiden schwer zerspanbarer Materialien bis zu 50%
  • Erhöhte Flexibilität in der CAM-Planung
  • Reduktion notwendiger Ressourcen durch niedrigere Ausschussrate

Zeitplan

Projektstart - Januar 2019

Projektende - September 2021

Partner

Das Projekt wird in Kooperation mit den folgenden Partnern realisiert:

Das Fraunhofer IPT bringt das Technologiewissen zur Wasserstrahltechnik ein und optimiert die Effizienz und Genauigkeit des Fertigungsprozesses.

Die H.G. Ridder Automatisierung GmbH passt die Systemkomponenten der Wasserstrahlanlage an die Anforderungen des hocheffizienten 3D-Wasserstrahlschneidens an.

Kontakt

Dipl.-Ing. Thorsten Schreiner

AixPath GmbH Henricistraße 50 52072 Aachen

+49 241 9978 3349

research@aixpath.com

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