Erste Ergebnisse beim Forschungsprojekt OptProLaS – Laser-Strahlschmelzen
Bei dem Anwendungsforschungsprojekt OptProLas (Bauteiloptimierung unter Berücksichtigung der Prozesseinflüsse beim Laser-Strahlschmelzen) wird analysiert, wie Bauteile konstruiert werden müssen, um mit möglichst wenig Material auszukommen und dabei trotzdem alle benötigten Anforderungen an Material, Bauteil und Prozess zu erfüllen. Vereinfacht ausgedrückt: Optimale Bauteilgestaltung bei möglichst niedrigem Gewicht und möglichst viel Funktionalität.
Für dieses Projekt forscht STÖGER AUTOMATION gemeinsam mit dem LPL (Lehrstuhl für Produktentwicklung und Leichtbau) und dem iwb (Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften) der TU München. Damit unterstreichen wir wieder einmal unseren Status als Technologieführer und Innovationstreiber im Bereich der automatisierten Schraubtechnik. Auch die MTU Aero Engine AG und vectoflow GmbH sind an diesem Projekt beteiligt, das vom KME, der Kompetenzzentrum Mittelstand GmbH, einem Tochterunternehmen der bayerischen Metall- und Elektroarbeitgeberverbände, finanziert wird. Die KME ist eine gemeinsame Gesellschaft des vbm - Verband der Bayerischen Metall- und Elektroindustrie e. V. und der TUM International GmbH mit dem Ziel mittelständische Unternehmen den Zugang zur akademischen Forschung und Entwicklung zu erleichtern und gemeinsame F&E-Vorhaben erfolgreich umzusetzen.
Neue Möglichkeiten bei Form und Funktionalität
Im Gegensatz zum herkömmlichen Fräsen und auch zum 3D-Druck mit Kunststoffschnüren oder -pulver kann das Bauteil beim Laser-Strahlschmelzen nahezu beliebig gestaltet und aufgebaut werden. Nicht nur Hinterschnitte, sondern auch eingebaute Funktionalitäten wie integrierte Druckluftleitungen und Hochfrequenz- oder Lichtleiter sind damit möglich. Damit eröffnen sich beispielsweise ganz neue Möglichkeiten in der Optimierung der Überwachung und des Nachweises der Prozessqualität. Der große Vorteil bei FEM-modellierten Bauteilen ist, dass unnötiges Material entfernt werden kann und dass das, im Gegensatz zum herkömmlich gefrästen oder gedruckten Bauteil, deutlich filigranere und leichtere Teil genauso viel Kraft übertragen kann.
Bei der Konstruktion des ersten Prototyps eines Klinkensatzes wurde der Fokus auf Funktionalität, Gewicht, Stabilität und vor allem auf unterschiedliche Härtebereiche auf der Bauteiloberfläche gelegt. Damit können die unterschiedlichen Eigenschaften, die an unterschiedlichen Stellen des Bauteils benötigt werden, direkt beim Laser-Strahlschmelzen in den Klinkensatz integriert werden.
Herausforderung für die Entwicklung
Das Einführen von 3D-Modellen und 3D-Zeichnen vor mehr als zwei Jahrzehnten bedeutete einen großen Fortschritt, aber auch eine große Umstellung für die Konstrukteure, die sich mit den neuen Möglichkeiten auseinandersetzen mussten. Ein ähnliches Potenzial zur grundsätzlichen Veränderung im konstruktiven Denken hat auch das Laser-Strahlschmelzen. Denn die große Herausforderung in diesem neuen additiven Verfahren besteht in der neuartigen Herangehensweise an die Bauteilkonstruktion. Das Konstruieren auf Basis boolescher Operationen, wie beim CAD üblich, funktioniert bei diesem Verfahren nicht mehr. Konstrukteure müssen ein neues Technologieverständnis für die Entwicklung komplexer, integrierter Strukturen mit unterschiedlichen Gefügeanteilen, z.B. unterschiedlichen Eigenschaften entwickeln. Die Rahmenbedingungen sind völlig andere als in der Zerspanungstechnik oder beim 3D-Druck. Der Konstrukteur muss sich im Vorfeld damit beschäftigen, wie Stützstrukturen aufgebaut werden können und welche Einflüsse bei der Modellierung eines Bauteils beachtet werden müssen und liefert die Strategie zur Fertigung des Bauteils bereits mit. Je ausgeprägter das Wissen zur Fertigungsstrategie für die Konstruktion verfügbar ist, desto weniger Kompromisse müssen hinsichtlich der Gestalt, Funktionen und Eigenschaften eingegangen werden.
Eine Fülle von Vorteilen für die Kunden
Die Vorteile für unsere Kunden liegen auf der Hand, denn natürlich beschränkt sich die Methode nicht nur auf die Fertigung von Mundstücken. Auch viele andere Bauteile können so gefertigt werden. Die Konstruktion wird deutlich agiler. Individuelle Wünsche unserer Kunden können berücksichtigt werden. Die Anpassung an Schrauborte ist deutlich flexibler. Lieferzeiten werden verkürzt. Kurzum: STÖGER AUTOMATION kann damit deutlich schneller, agiler und flexibler auf Kundenanforderungen reagieren und maßgeschneiderte Lösungen für jede Aufgabe liefern.