Projekte

ToolRep

Entwicklung einer innovativen Anlagentechnik zur automatisierten und laserbasierten Reparatur strukturierten Formeinsätze (ToolRep)

Programm: PDA Forschung für Produktion
Bekanntmachung: Produktionsanlagen für Wachstumsmärkte - intelligent einfach und effizient
Wettbewerb: Produktionsanlagen für Wachstumsmärkte - intelligent einfach und effizient

Kurzbeschreibung:
Im Verbundvorhaben ToolRep soll ein Demonstrator für eine ganzheitliche, laserbasierte Systemlösung in Form einer entsprechenden Bearbeitungsmaschine entwickelt werden. Mit dieser Maschine soll die vollautomatisierte Reparatur von Kunststoffspritzgießformen unter höchsten Qualitätsansprüchen und kürzesten Durchlaufzeiten möglich sein. Die Reparatur von oberflächenstrukturierten Spritzgießformen stellt bisher eine besondere Herausforderung dar. Noch existiert kein Maschinensystem, welches eine vollständige Prozesskette zur automatisierten Reparatur solcher Spritzgießformen realisiert und die geforderten Bearbeitungszeiten und hohe, versatzfreie Strukturqualitäten ermöglicht.

www:
http://www.ipt.fraunhofer.de/de/kompetenzen/Prozesstechnologie/Projekte/toolrep.html

Projektdauer: 01.11.2015 − 30.06.2019

Ansprechpartner bei PTKA:
Dipl.-Ing. Michael Petzold
Telefon: +49 721 608-31469
E-Mail: michael.petzold@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

Problemlage
Kunststoffspritzgießen ist eines der wichtigsten Verfahren zur Serienherstellung von Kunststoffprodukten und stellt angesichts der Tatsache, immer komplexere Oberflächentexturen und Bauteilkonstruktionen abbilden zu können, weltweit einen hochdynamischen Wachstumsmarkt dar. Wird jedoch eine Spritzgießform während des Einsatzes beschädigt, hat dies bei einer Just-In-Time-Produktion weitreichende Folgen. Die schnelle Reparatur einer beschädigten Form ist daher zwingend erforderlich. Bestehende Reparaturlösungen, die überwiegend auf manuellen Arbeitsschritten beruhen, können oftmals die geforderten Qualitäten und Fristen nicht erfüllen. Die Reparatur von oberflächenstrukturierten Spritzgießformen stellt dabei eine
besondere Herausforderung dar. Noch existiert kein Maschinensystem, welches eine vollständige Prozesskette zur automatisierten Reparatur solcher Spritzgießformen realisiert und die geforderten Bearbeitungszeiten und hohe, versatzfreie Strukturqualitäten ermöglicht.

Zielstellung
Im Verbundvorhaben ToolRep soll die Entwicklung eines Maschinendemonstrators auf Basis einer ganzheitlichen, laserbasierten Systemlösung erfolgen. Hierfür soll, unterstützt durch neuartige Messtechnologien, Methoden
der Texturerkennung und -synthese sowie intelligente, CAD-CAM-basierte Steuerungsalgorithmen, die Prozessabfolge aus Lasertiefgravur, Laserauftragsschweißen und Laserstrukturierung optimal abgestimmt und erstmals hardwaretechnisch in einer hochpräzisen Hybridmaschine abgebildet werden. Ziel am Ende des Vorhabens ist es, in einem ersten Maschinendemonstrator die Kombinierbarkeit o. g. Bearbeitungsprozesse und eine im Reparaturbereich völlig versatz- und
fehlerfreie Oberflächenstrukturierung bei drastisch verkürzter Bearbeitungszeit nachweisen zu können.

Vorgehensweise
Es müssen sowohl die einzelnen Prozessfolgen aufeinander als auch ihr anlageninternes Zusammenwirken abgestimmt werden. Für das Laserauftragsschweißen bedeutet das, dass der Prozess und die Drahtfördertechnik erstmals auf 3D-Strukturen übertragen sowie eine schnellere und sensitivere Sensorik für kürzere Prozesszeiten bzw. höhere Prozessstabilitäten entwickelt werden muss. Zudem wird eine Prozessüberwachungslösung basierend auf zwei Messsystemen entwickelt. Es wird ein bisher am FhG IPT nur demonstratorisch vorliegendes Messsystem zu erweitern sein, um es zur Prozessüberwachung und -regelung der Laserprozesse unter industriellen Bedingungen (schnell, präzise, robust) einsetzen zu können. Außerdem wird ein Lasertriangulationssystem für die Integration in den Maschinenstrahlengang weiterentwickelt. Beide Systeme werden eine Messung der Makro- und Mikrostruktur der Oberfläche
ermöglichen und diese an die Maschinensteuerung rückkoppeln. Im Softwarebereich werden Algorithmen entwickelt, die eine automatisierte, digitale Strukturreparatur auf dreidimensionalen Freiformflächen ermöglichen. Zudem werden Algorithmen zur intelligenten multiaxialen Bahnsteuerung der Laserprozesse erarbeitet und unter einem einheitlichen User-Interface Rahmen
miteinander verknüpft. Die Einzelsysteme zu einem hybriden Anlagensystem zusammengeführt, evaluiert und optimiert.

Ergebnisverwertung
Die Arbeitsergebnisse aller Partner fließen in einen Maschinendemonstrator ein, mit dem der technologische Machbarkeits- und Funktionsnachweis der maschinenimmanenten Prozesskombination erbracht werden soll. Auf dieser Basis soll im Nachgang des Vorhabens eine vermarktungsfähige Laseranlage für die automatisierte Werkzeugreparatur abgeleitet werden. In die dahinterstehende Wertschöpfungskette werden gleichermaßen alle Projektpartner direkt (Maschinenbau, Komponenten,
Anwendung) oder indirekt (Lizenzen) eingebunden sein.

Publikationen

Industrie 4.0
Autor: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Erscheinungsjahr: 2017
Beschreibung: Die Broschüre stellt ausgewählte Projekte vor, die sich mit den Schlüsselfaktoren von Industrie 4.0 befassen. Sie regt dazu an, sich intensiver mit Industrie 4.0 zu beschäftigen und die Weiterentwicklung zu begleiten. In dieser Broschüre, Auflage 2017, stellen sich neben Projekten, zugeordnet dem Referat Produktion und Dienstleistung; Zukunft der Arbeit, diesmal auch interessante Projekte der Referate Datenwissenschaft, Informationstechno­logien; Industrie 4.0, Elektronik; Autonomes elektrisches Fahren und Kommunikationssysteme; IT-Sicherheit vor.

Download und kostenfreie Bestellung über die Publikationsliste des BMBF mit der Bestellnummer 30916.

Projektträger

Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Produktion, Dienstleistung und Arbeit
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

+49 (0)721 608-25281
+49 (0)721 608-992003

info@ptka.kit.edu
Standort Dresden
PTKA

Ansprechpartner

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Celina Gabber und Solvig Grünitz

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