Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
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Bearbeitungstechnologien

Fräsen, Bohren, Wasserstrahlschneiden – Bearbeitungstechnologien für den Leichtbau

Aufgrund der komplexen mechanischen Eigenschaften und der Hochtemperaturempfindlichkeit verlangt die Bearbeitung von Faserverbundkunststoffen (FVK) ein spezielles Know-how.

Null-Fehler-Produktion durch Prozessbeherrschung

Insbesondere beim Bearbeiten von Bauteilen auf einer hohen Wertschöpfungsstufe ist eine Null-Fehler-Produktion gefordert, die nur durch sichere Prozessbeherrschung erreichbar ist. Ein wichtiges Instrument ist dabei die Fehlervermeidung durch Monitoring qualitätsbestimmender Prozessparameter.

 

Produktflexibles Anlagenlayout

Ein weiterer Schwerpunkt der Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten besteht in der Realisierung von produktflexiblen Anlagenlayouts. Hierbei erzielen die Wissenschaftler  die im Prozess notwendige Präzision nicht mit einem schweren Fundament und Metallbau, sondern mit mobilen, hochgenau gesteuerten Bearbeitungsmodulen, die auch gleichzeitig einsetzbar sind.

 

Prozessentwicklung für die automatisierte mobile simultane Bearbeitung

Im Fokus der Prozessentwicklung stehen das Fräsen, Bohren und Wasserstrahlschneiden. In Kooperation mit der Technischen Universität Hamburg (TUHH) binden die Forscher des Fraunhofer IFAM Roboter oder Portalanlagen in Prozesse ein, die eine hohe Mobilität des Werkzeugs entlang der Bauteile bei gleichzeitig hohen Anforderungen an die Präzision verlangen. Zudem erarbeiten sie Lösungen, durch die ein simultaner Eingriff mehrerer Bearbeitungseinheiten am selben Bauteil realisierbar wird.

Verfügbare Systeme

Zentrum zur Bearbeitung von Großbauteilen bis 13 Meter Länge.
© Fraunhofer IFAM
Zentrum zur Bearbeitung von Großbauteilen bis 13 Meter Länge.
Bearbeitungsroboter auf mobiler Plattform für Präzisionsanforderungen des Flugzeugbaus.
© Fraunhofer IFAM
Bearbeitungsroboter auf mobiler Plattform für Präzisionsanforderungen des Flugzeugbaus.
Staubabsaugung an der Quelle für Bearbeitungsroboter.
© Fraunhofer IFAM
Staubabsaugung an der Quelle für Bearbeitungsroboter.

Bohren und Fräsen mit dem Roboter – hohe Flexibilität bei hohen Präzisionsanforderungen

Für die praxisorientierten FuE-Arbeiten steht den Wissenschaftlern ein Bearbeitungszentrum mit Industrierobotern unterschiedlicher Hersteller zum robotischen Fräsen und Bohren zur Verfügung, die wahlweise auch auf einer Linearachse eingesetzt werden können. Die Anlage ermöglicht eine Bearbeitung von Leichtbaustrukturen bis zu einer Länge von 13 Metern.

 

Mobile Roboter für die Bearbeitung

Eine Linearachse erweitert den Arbeitsraum der Bearbeitungsroboter in zwei Richtungen, was für eine effiziente Prozessführung an Großbauteilen unerlässlich ist. Wesentlich mehr Freiheitsgrade zur Positionierung von Bearbeitungssystemen am Bauteil ermöglichen autonome Bodenfahrzeuge (Autonomous Ground Vehicle; AGV). Voraussetzung für gute Bearbeitungsergebnisse ist allerdings eine hinreichende statische und dynamische Stabilität der Fahrzeuge. Im Projekt ProsihP 2 hat das Automatisierungs-Team des Fraunhofer IFAM in Zusammenarbeit mit Projektpartnern aus der Industrie eine autonom mobile Bearbeitungseinheit für austauschbare und herstellerunabhängig wählbare Schwerlastroboter konzipiert und gebaut. Mit diesem System ist es den Entwicklern gelungen, ihre Methoden zur präzisen Positionierung und Bahnführung von Endeffektoren mit großem Erfolg auch für hochgradig wandlungsfähige Produktionsumgebungen erfolgreich zu evaluieren.      

 

Wasserstrahlschneiden – Abrasiv-Wasserstrahlschneiden

Je nach Anforderungen an Material und Prozess kann das Wasserstrahlschneiden Vorteile gegenüber der zerspanenden Bearbeitung bieten. Hervorzuheben sind insbesondere die Vermeidung thermischer Schäden, die gleichbleibend hohe Schnittqualität aufgrund der Verschleißfreiheit des Werkzeugs sowie die große Variabilität hinsichtlich Wandstärke und mechanischer Eigenschaften des Bauteils. Das Fraunhofer IFAM verfügt in Stade über eine 6000 bar Abrasiv-Wasserstrahlschneidanlage mit 5-Achs-Schneidkopf, die vielfältige prozesstechnische Möglichkeiten eröffnet.

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