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JetCut3D

Projekt für verbesserte Wasserstrahlbearbeitung

Das Wasserstrahlschneiden mit dem Abrasivwasserstrahl ist eine Bearbeitungstechnologie nahezu ohne Werkzeugverschleiß. Doch die Prozessführung ist komplex und lässt sich nur schwer steuern. Ein Forschungsteam des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT aus Aachen hat nun gemeinsam mit Industriepartnern ein Konzept entwickelt, das die Abtragprozesse optimieren kann.

(Bild: Fraunhofer-Institut IPT)

(Bild: Fraunhofer-Institut IPT)

Wasserstrahlschneiden ist schwer zu beherrschen, da der Wasserstrahl im Laufe des Bearbeitungsprozesses häufig seine Form und Wirkrichtung ändert. Darum ist es oft noch recht unattraktiv für Unternehmen, diese im Grunde aussichtsreiche und ressourcenschonende Bearbeitungsmethode als Ergänzung oder Alternative zu konventionellen Fertigungsverfahren einzusetzen. Auch gibt es für komplexe Anwendungen des Wasserstrahls noch keine zusammenhängenden Softwaretools für die Prozessauslegung.

Ein Team des Fraunhofer IPT hat gemeinsam mit dem Aachener Softwareunternehmen AixPath und dem Wasserstrahlmaschinenhersteller H.G. Ridder im Forschungsprojekt ’JetCut3D – Kosteneffiziente Bearbeitung von 3D-Bauteilen durch ein neuartiges Wasserstrahlkonzept’ eine Software sowie einen Bearbeitungskopf entwickelt, um das Wasserstrahlschneiden zu vereinfachen und die Schnittqualität zu verbessern. Mit dieser Methode lassen sich Bearbeitungsprozesse einstellen, die veränderliche Dynamik des Wasserstrahls präziser als bisher berücksichtigen.

Strahlverhalten analysiert

Das Forschungsteam analysierte dazu zunächst das Verhalten des Wasserstrahls unter verschiedenen Einsatzbedingungen. Mit den dadurch gewonnenen Daten wurde berechnet, wann, wo und wie die Wirkrichtung des Wasserstrahls während des Prozesses variiert und er seine Form ändert. Um die Schnittqualität zu verbessern, ermittelte das Team verschiedene Kompensationsmethoden für solche Abweichungen und integrierte passende Algorithmen dafür in die Steuerungssoftware. Die Ergebnisse flossen in ein neu entwickeltes CAx-Modul zur Bahnplanung für das Wasserstrahlschneiden ein, das die Siemens-NX-Bahnplanungs-Software ergänzt.

Abweichungen kompensieren

Mit dem ebenfalls im Forschungsprojekt entwickelten Wasserstrahlkopf können die Kompensationsmethoden auf plötzliche Abweichungen im laufenden Bearbeitungsprozess realisiert werden, denn er kann in fünf Achsen gehoben, gesenkt, gekippt und gedreht werden.

Anhand verschiedener Bauteilgeometrien, beispielsweise einem Zahnrad aus Aluminium, wurde die Funktionsweise des Kopfes im Zusammenspiel mit der Software erprobt. Die Forschenden erzielten dabei eine durchweg sehr gute Bearbeitungsqualität.

Nach den Tests soll das Gesamtpaket aus Bearbeitungskopf und Software nun so erweitert werden, dass es auch für andere Fertigungsprozesse wie das Wasserstrahlfräsen angewandt werden kann. Das CAx-Modul könnte damit künftig auch für die Bahnplanung weiterer Wasserstrahlverfahren genutzt werden.


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