Integrierte FDM/Fräs-Hybridfertigungszelle zur effizienten Herstellung großformatiger Formwerkzeuge für die Composite-Verarbeitung

Vor dem Hintergrund der weltweiten Ressourcenverknappung zählt der Leichtbau mit seiner inhärenten Material- und Energieeffizienz branchenübergreifend zu den Schlüsseltechnologien bei der Entwicklung moderner Hightech-Produkte mit hoher Nachhaltigkeit und Wertschöpfung. Hierbei zeichnet sich derzeit ein tiefgreifendes Umdenken ab von den klassischen Werkstoffen und Technologien hin zu maßgeschneiderten Hybridverbunden und effizient kombinierten Fertigungsprozessen.

Motivation

Die Herstellung von Faserkunststoffverbund-Bauteilen in Kleinserien bzw. Einzelstückproduktion bedingt spezifisch angepasste und gleichzeitig kostengünstige Werkzeugsysteme. Hier bieten Kunststoff-Werkzeuge ein besonderes Einsatzpotential, wobei die Herstellung großformatiger Composite-Strukturen (>1 x 1 x 1 m Kantenlänge) – etwa für Schienenfahrzeuge, Schiffe, Windenergieanlagen oder im Maschinenbau – bislang nur durch den Einsatz von GFK(glasfaserverstärkter Kunststoff)-Werkzeugen kostengünstig zu realisieren ist. Die Herstellung derartiger GFK-Werkzeuge erfordert die Herstellung und den Einsatz eines sog. Master-Models, das bislang vorrangig aus Polyurethan(PUR)-Hartschaumblöcken zusammengesetzt, verklebt und auf Basis von 3D-CAD-Datensätzen überfräst wird. Die Modellkosten übersteigen jedoch bislang die eigentlichen Herstellkosten der GFK-Werkzeugschale um ein Vielfaches (ca. 5:1), obwohl die geforderten – vergleichsweise groben – Toleranzen sogar den Einsatz kostengünstiger Roboterfrässysteme in den Fertigungszellen erlauben.

Lösungshypothese

Basierend auf dem Bedarf einer automatisierten Werkzeugfertigung für die Herstellung von großformatigen FKV-Bauteilen soll in diesem Forschungsprojekt ein geeignetes Anlagen- und Bearbeitungskonzept entwickelt und prototypisch umgesetzt werden. Ziel ist dabei die Entwicklung und prototypische Realisierung einer vollintegrierten roboterbasierten Hybridfertigungszelle, welche es erstmals ermöglicht, unterbrechungsfrei, dreidimensional generativ und subtraktiv mit nur einem Industrieroboter zu arbeiten.

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmenkonzept „Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen“ gefördert (Förderkennzeichen 02P14A010 – 02P14A013) und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor / bei den Autoren.