Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »JetCut3D«
Neues Fertigungskonzept verbessert die Wasserstrahlbearbeitung von Bauteilen
Das Wasserstrahlschneiden bietet viele Vorteile, denn das Werkzeug »Abrasivwasserstrahl« ist sehr leistungsstark und arbeitet nahezu verschleißfrei. Allerdings ist der Prozess komplex und nur schwer zu beherrschen, da der Wasserstrahl ein geometrisch unbestimmtes Werkzeug ist, das im Laufe des Prozesses häufig seine Form und Wirkrichtung ändert.
Aufgrund der Schwierigkeiten in der dreidimensionalen Anwendung ist es derzeit noch recht unattraktiv für Unternehmen, die im Grunde sehr aussichtsreiche und ressourcenschonende Bearbeitungsmethode als Ergänzung oder Alternative zu konventionellen Fertigungsverfahren einzusetzen. Auch gibt es für komplexe Anwendungen des Wasserstrahls noch keine zusammenhängenden Softwaretools für die Prozessauslegung.
Einfachere Anwendung und verbessertes Schnittergebnis
Ziel des Forschungsprojekts »JetCut3D« war die Entwicklung eines Konzepts, um das Wasserstrahlschneiden zu vereinfachen und die Schnittqualität zu erhöhen. Mit dem Konzept konnte erstmals eine Methode entwickelt werden, die präzise auf die veränderliche Dynamik des Wasserstrahls abgestimmt ist.
Das Projektteam analysierte dazu zunächst die Charakteristika und Dynamik des Wasserstrahlwerkzeugs. Die durch die Analyse ermittelten Informationen nutzten sie, um zu berechnen, wann, wo und wie die Wirkrichtung des Wasserstrahls während des Prozesses variiert und er seine Form ändert. Um trotz der Dynamik eine gleichmäßig hohe Schnittqualität zu erzielen, wurden verschiedene Kompensationsmethoden ermittelt und in das Konzept integriert.
Cax-Modul für das Wasserstrahlschneiden
Die Dynamikberechnungen und die Kompensationen dienten als Basis für die CAM-Bahnplanung. Da es bisher keine eigenständigen CAx-Module für das Wasserstrahlschneiden gab, entwickelten die Projektpartner zunächst ein CAx-Modul speziell für das Wasserstrahlschneiden und implementierten dieses in die Siemens NX Bahnplanungs-Software.
Verbesserter Wasserstrahlkopf kompensiert Abweichungen schnell und präzise
Um die Bahnplanung optimal umzusetzen, entwickelten die Projektpartner einen neuartigen Wasserstrahlkopf, der besonders schnell und präzise in fünf Achsen gehoben, gesenkt, gekippt und gedreht werden kann und damit die notwendigen Kompensationen realisiert. Zur Überprüfung und Bewertung des Konzepts und des Fertigungskopfes fertigte das Forschungsteam erfolgreich verschiedene Demonstratorbauteile, beispielsweise ein Zahnrad aus Aluminium.
Projektpartner
- H. G. Ridder Automatisierungs-GmbH, Hamm (Koordination)
- Fraunhofer IPT, Aachen
- AixPath GmbH, Aachen
Förderung
Das Forschungs- und Entwicklungsprojekt »JetCut3D« wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in der Fördermaßnahme KMU-innovativ: Produktionsforschung gefördert.
Projektträger
Projektträger Karlsruhe (PTKA)