ProLMD-Projekt

Im BMBF-geförderten ProLMD-Projekt wurden innovative Ansätze für die hybrid-additive Fertigung untersucht. Diese bezeichnet die Kombination konventioneller Prozesse wie Schmieden und Fräsen mit der additiven Fertigung. Zur Erreichung größtmöglicher Flexibilität und Wirtschaftlichkeit wurde dabei auf roboterbasiertes Laserauftragschweißen (LMD) gesetzt.

Die hybrid-additive Fertigung bietet großes Potential zur Flexibilisierung von Lieferketten sowie für Ressourceneinsparungen. In der Luftfahrtindustrie ist die spanende Fertigung mit Zerspanungsgraden von bis zu 90 % Stand der Technik. Das heißt nur 10% des Materials eines Rohteils werden final verwendet. Aufgrund von Beschränkungen der Fertigungsprozesse für Rohlinge sind häufig bereits einzelne geometrische Elemente für eine deutliche Vergrößerung des notwendigen Rohteils und damit der Zerspanungsgrade verantwortlich. Im ProLMD-Projekt wurden Ansätze zur Integration der hybrid-additiven Fertigung in Gesamtprozessketten untersucht, mit welchen z.B. solche lokalen Zusatz-Elemente effizient und prozesssicher aufgebracht werden können.

Ziel war die nahtlose Integration in bestehende Prozessketten. Die Prozesse wurden an Bauteilen der Partner aus dem Bereich der Luftfahrtstrukturen (Airbus Defence and Space), Luftfahrtantriebe (MTU Aero Engines) sowie dem Werkzeugbau (Mercedes-Benz) validiert. Die Partner MBRAUN und Laserline waren für Schutzgaskonzepte der Zelle sowie Strahlquellen und Bearbeitungsköpfe zuständig. In NRW ansässig sind die Kuka Industries (Onsite Office Aachen) als Projektleiter, BCT als Integrator für Messtechnik und Software sowie das Fraunhofer ILT als Forschungsinstitut.

Der Schwerpunkt dieses Artikels liegt auf Konzepten für die Automatisierung und adaptive Bearbeitung. Die dargestellten Ergebnisse sind Auszüge aus dem Projektbericht sowie weiterer Veröffentlichungen des Projektes. Diese können über www.ProLMD.de abgerufen werden.

Schlüssel für benutzerfreundliche und wirtschaftliche Integration additiver Fertigung sind geeignete Software- und Automatisierungslösungen. Die Kenntnis der individuellen Bauteilgeometrie ist essentiell, um Abweichungen der Rohteile zu berücksichtigen zu können.

Die Umsetzung im Projekt basiert daher auf einem Prozessablauf, in welchem das individuelle Bauteil stets berücksichtigt wird. Dies erfolgt durch die Einbindung von anlagenintegrierter Messtechnik in Form eines Linienscanners. Spezielle Kalibrierzyklen und die Abbildung der gesamten Kinematik in der Software ermöglichen das hochgenaue Vermessen von Bauteilen in allen Richtungen.

Basierend auf den 3D-Daten des Bauteils erfolgt die Berechnung angepasster Schweißbahnen zum Aufbau der Zielgeometrie. Prozessparameter werden dabei aus einer integrierten Datenbank übernommen oder manuell gesetzt. Durch Berücksichtigung der Realgeometrie werden kritische Parameter wie Arbeitsabstand und Orientierung zur Oberfläche mit größter Präzision eingehalten. Der Benutzer hat die Wahl zwischen diversen Strategien für Schweißung und Anlagenverhalten. So kann bspw. eine relative Orientierung durch Anstellung des Bauteils auf dem Dreh-Kipp-Tisch oder durch Anstellung des Bearbeitungskopfes erreicht werden.

Das Konzept der hybrid-additiven Fertigung wurde im Projekt an Realbauteilen bis 1,3 m Größe aus verschiedenen Materialien erfolgreich erprobt. Durch den modularen Prozessablauf kann eine automatisierte Qualitätskontrolle des hybrid-additiv gefertigten Bauteils automatisiert eingebunden werden. Mit automatischer Vermessung nach einer einstellbaren Anzahl Aufschweiß-Lagen wird durch einen Scan die erstellte Geometrie kontrolliert. Basierend darauf kann automatisch eine Anpassung der nachfolgenden Schweißbahnen vorgenommen werden, bis die Zielgeometrie erreicht ist.

Auch die wirtschaftliche Betrachtung im Konsortium bestätigt den Vorteil im Vergleich zu bisherigen Ansätzen. In einer Erweiterung des Projektes wurde zudem ein zusätzliches Anlagenkonzept zur noch kostengünstigeren Umsetung der erforschten Technologien in Form einer kompakten, KMU-gerechten, Roboterzelle erarbeitet und aufgebaut.

Die im Projekt erzielten Ergebnisse wurden erfolgreich in kommerziell verfügbare Anlagen- und Softwarekonzepte überführt. Diese finden neben der hybrid-additiven Fertigung Anwendung in Bereichen wie der Beschichtungstechnik und Reparatur im allgemeinen Maschinenbau, dem Werkzeugbau und der Instandsetzung von Triebwerkskomponenten.

BCT GmbH
BCT ist ein 1986 gegründetes Systemhaus für In-Prozess Messung und Adaptive Bearbeitung. BCT realisiert Projekte von der Beratung über die Softwareentwicklung bis zum Engineering und der Umsetzung von Turnkey-Systemen. Zentrale Bausteine sind eigene Softwarelösungen für die automatisierte Bearbeitung individuell verformter Werkstücke. Anwendungen sind bspw. die Instandhaltung und Herstellung von Triebwerkskomponenten.