Projekte

JetCut3D

KMU-innovativ Kosteneffiziente Bearbeitung von 3D-Bauteilen durch ein neuartiges Wasserstrahlkonzept (JetCut3D)

Programm: KMU-innovativ: Produktionsforschung
Bekanntmachung: KMU-innovativ: Produktionsforschung (ab 2016)
Wettbewerb: 06. Runde, Stichtag 15.04.2018

Kurzbeschreibung:
Wasserstrahlschneiden ist ein besonders flexibles und leistungsfähiges Verfahren, mit dem auch schwer zerspanbare Werkstoffe schnell und ohne Wärmeeintrag bearbeitet werden können. Der Wasserstrahl kann schneiden, bohren, abtragen und reinigen. Während das Schneiden einfacher zweidimensionaler Geometrien bereits industriell etabliert ist, waren die Prozessabläufe auf die dreidimensionale Bearbeitung bislang noch nicht zuverlässig übertragbar. Die technischen Voraussetzungen wurden mittels Anlagen mit 5-achsiger Werkzeugführung und Systemdrücken von 6.000 Bar bereitgestellt und ein ganzheitliches Konzept entwickelt, um die Prozess- und Systemeigenschaften bereits im Vorfeld der Fertigung zu berücksichtigen. Als Besonderheit weist der Wasserstrahl in der dreidimensionalen Bearbeitung eine kontinuierliche Wechselwirkung mit dem Werkstück auf. Hierzu wurde eine hoch dynamische Prozessführung zur Beherrschung zahlreicher technologischer Parameter entwickelt.

www:
http://aixpath.de/forschung-und-entwicklung/jetcut3d

Projektdauer: 01.01.2019 − 30.09.2021

Projektkoordinator:
Dominik Ridder
H. G. Ridder Automatisierungs-GmbH
Telefon: +49 2381 30212-31
E-Mail: dominik.ridder@ridder.de

Ansprechpartner bei PTKA:
Dipl.-Ing. Stefan Scherr
Telefon: +49 721 608-25286
E-Mail: stefan.scherr@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

Problemstellung
Die industrielle Fertigung steht vor der Herausforderung, immer mehr schwer zerspanbare Hochleistungswerkstoffe schnell und ohne Wärmeeintrag zu bearbeiten. Dabei werden trotz steigender Bauteilkomplexität und hoher Qualitätsansprüche kurze Produktionszeiten und niedrige Kosten erwartet. Die bisher eingesetzten konventionellen Bearbeitungsverfahren stoßen zunehmend an technologische Grenzen. Eine Alternative bieten sogenannte nicht-konventionelle Verfahren, wie beispielsweise Wasserstrahlschneiden, deren Potenzial bisher nur im geringen Maße genutzt werden. Der Wasserstrahl kann schneiden, bohren, abtragen und reinigen. Während das Schneiden einfacher zweidimensionaler Geometrien bereits industriell etabliert ist, waren die Prozessabläufe auf die dreidimensionale Bearbeitung bislang noch nicht zuverlässig übertragbar.

Ziel
Das KMU-innovativ-Projekt JetCut3D hatte das Ziel, eine Prozesssteuerung zu entwickeln, die präzise auf die veränderliche Wirkung des Wasserstrahls reagiert. Dabei wurden insbesondere die Hochdruckkomponenten zur Strahlerzeugung im Hinblick auf die gestiegenen Anforderungen erarbeitet.

Vorgehensweise
Die technischen Voraussetzungen wurden mittels Anlagen mit 5-achsiger Werkzeugführung und Systemdrücken von 6.000 Bar bereitgestellt und ein ganzheitliches Konzept entwickelt, um die Prozess- und Systemeigenschaften bereits im Vorfeld der Fertigung zu berücksichtigen. Als Besonderheit weist der Wasserstrahl in der dreidimensionalen Bearbeitung eine kontinuierliche Wechselwirkung mit dem Werkstück auf. Hierzu wurde eine hoch dynamische Prozessführung zur Beherrschung zahlreicher technologischer Parameter entwickelt. Durch die Integration von Expertenwissen und Softwareunterstützung wurde das Verfahren auch für weniger erfahrene Anwender zugänglich gemacht. Hierzu wurden die einzugebenden Maschinendaten auf die zur Erfüllung der Bearbeitungsaufgabe notwendigen Parameter beschränkt. Möglich wurde diese Vereinfachung durch eine Verknüpfung aktueller Prozessparameter mit den Basisdaten zur Beschreibung des Maschinenverhaltens.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Der vorliegende übergreifende Ansatz von Prozessmodellierung, daran angepassten Systemkomponenten und die Unterstützung des Werkers durch eine verfahrensspezifische Softwarelösung eröffnet der Nutzung der Wasserstrahltechnologie neue Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere im dreidimensionalen Bereich, der bisher nur Spezialisten vorbehalten war. Die Lösung bietet einen wesentlichen Produktivitätsvorteil besonders bei Materialien, die sich mit konventionellen Verfahren nur sehr schwer bearbeiten lassen. Damit können zukünftig mittlere und kleine Firmen auf diese Technologie zugreifen und den Wettbewerbsvorteil für ihr Unternehmen nutzen.

Publikationen

JetCut3D - Kosteneffiziente Bearbeitung von 3D-Bauteilen durch ein neuartiges Wasserstrahlkonzept
Autor: Dadgar, M.; Schreiner, T.; Ridder, D. (Hrsg.)
Verlag: Eigenverlag, H. G. Ridder Automatisierungs-GmbH, Hamm
Erscheinungsjahr: 2022
Beschreibung: Es wurden die Voraussetzungen geschaffen, um ein neuartiges Konzept für das 3D-Wasserstrahlschneiden einem breiten Anwenderkreis zugänglich zu machen. Um das Projektziel zu erreichen, wurde eine modularisierte Kopplung von Prozess-, Maschinen- und Anwenderunterstützung in CAM entwickelt. Dem Projektkonsortium ist es gelungen, eine Verbesserung des 3D-Wasserstrahlschneidens durch Kompensation von Konturverletzungen zu erzielen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Schnittwinkel und die Riefenbildung durch das im entwickelten CAx integrierte Kompensationsmodell und den neuen „AB-Schneidkopf“ reduziert werden konnten. Die Anwendbarkeit des Kompensationsmodells in einer realen industriellen Umgebung wurden verbessert.

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

Sekretariat Karlsruhe

Celina Gabber und Solvig Grünitz

+49 (0)721 608-25281
zentralessekretariat@ptka.kit.edu

Sekretariat Standort Dresden

Heike Blumentritt

+49 (0)721 608-31435
heike.blumentritt@kit.edu