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

 

Die generative Fertigung hat in den letzten Jahren für die produzierende Industrie an großer Bedeutung gewonnen. Die Anzahl industrieller Systeme zur additiven Herstellung hat sich in der Zeit von 2010 bis 2014 in Deutschland verdreifacht. Seit mehr als 15 Jahren finden additive Fertigungsmethoden von Kunst-stoffbauteilen hauptsächlich im Bereich des Rapid-Prototypings und der Einzelteil-fertigung Anwendung. In den letzten Jahren hat sich die Technologie dahingehend weiterentwickelt, dass sie bereits für Kleinserien und die Serienfertigung eingesetzt werden kann. Allen additiven Verfahren ist dabei gemein, dass sie einen Kompromiss aus Bauteilqualität und Durchlaufzeit eingehen. Die maximale Geschwindigkeit des Materialauftrags wird durch die Leistung des Extrudersystems begrenzt und die Prozesszeit ist signifikant von der gewählten Schichtdicke abhängig.

Eine geringe Durchlaufzeit kann nur durch eine geringe Schichtauflösung erreicht werden und induziert dadurch, dass in der Regel bei hochtolerierten Qualitätsbereichen spanend nachbearbeitet werden muss. Weist ein Bauteil zudem eine hohe Komplexität und starke geometrische Überhänge auf, so wird eine Stützstruktur zur Erhaltung der Bauteilstabilität während des Prozesses benötigt. Eine Erweiterung der im Prozess verwendeten Maschinenkinematik bietet das Potential, den Anteil von Stützmaterialien zu verringern oder gar vollständig zu eliminieren. Zusätzliche Freiheitsgrade ermöglichen eine Neuorientierung zwischen dem Bauteil und dem Extruder schon während des Prozesses, ohne auf ein Umspannen des Werkstückträgers angewiesen zu sein.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens „AuRoNa3D“ wird eine hybride Prozesskette entwickelt, die zur Erhöhung des Automatisierungsgrads von additiven Fertigungsprozessen beiträgt. Dafür wird der konventionelle 3D-Druck um zusätzliche Freiheitsgrade erweitert und eine spanende Bearbeitung zur Steigerung der geometrischen Maßhaltigkeit eingeführt.