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Durchbruch bei Planung und Bearbeitung?

Fertigen per Wasserstrahl

Ein Abrasivwasserstrahl bearbeitet Bauteile effektiv und fast verschleißfrei. Doch die komplexe Prozessführung und -steuerung verhinderte bislang den Durchbruch dieser Technologie in der Fertigung. Am Fraunhofer IPT entstanden jetzt ein neuer Wasserstrahlkopf und eine Software, um diese Fertigungstechnik besser und zugänglicher zu machen.

(Bild: Fraunhofe IPT)

(Bild: Fraunhofe IPT)

Das Wasserstrahlschneiden ist schwer zu beherrschen, da der Wasserstrahl im Laufe des Bearbeitungsprozesses häufig seine Form und Wirkrichtung ändert. Das macht die im Grunde aussichtsreiche und ressourcenschonende Bearbeitungsmethode für Firmen bislang unattraktiv. Hinzu kommt, dass es keine zusammenhängenden Softwaretools für die Prozessauslegung auf dem Markt gibt. Jetzt entwickelten ein Team des Fraunhofer IPT gemeinsam mit dem Aachener Softwareunternehmen AixPath und dem Wasserstrahlmaschinenhersteller H.G. Ridder aus Hamm im geförderten Forschungsprojekt ‚JetCut3D – Kosteneffiziente Bearbeitung von 3D-Bauteilen durch ein neuartiges Wasserstrahlkonzept‘ eine Software und einen Bearbeitungskopf, um das Wasserstrahlschneiden zu vereinfachen und die Schnittqualität zu verbessern. Mit der Methode sollen sich Bearbeitungsprozesse einstellen lassen, die deutlich präziser als bisher die veränderliche Dynamik des Wasserstrahls berücksichtigen.

CAx-Modul zur Bahnplanung

Die Forscherinnen und Forscher analysierten dazu zunächst das Verhalten des Wasserstrahls unter verschiedenen Einsatzbedingungen. Diese Daten nutzten sie, um zu berechnen, wann, wo und wie die Wirkrichtung des Wasserstrahls während des Prozesses variiert und er seine Form ändert. Um die Schnittqualität zu verbessern, ermittelten sie verschiedene Kompensationsmethoden für solche Abweichungen und integrierten passende Algorithmen in die Steuerungssoftware. Die Ergebnisse flossen in ein CAx-Modul ein, das die Siemens-NX-Bahnplanungs-Software ergänzt.

Abweichungen kompensieren

Ein ebenfalls neuer Wasserstrahlkopf kompensiert die plötzlichen Abweichungen im laufenden Bearbeitungsprozess, indem er besonders schnell und genau in fünf Achsen gehoben, gesenkt, gekippt und gedreht wird. Anhand verschiedener Bauteilgeometrien, beispielsweise einem Zahnrad aus Aluminium, erprobten die Forscherinnen und Forscher die Funktionsweise des Kopfes im Zusammenspiel mit der Software und erzielten eine durchweg sehr gute Bearbeitungsqualität. Mit ihrer Arbeit wollen die Projektpartner einen wichtigen Beitrag leisten, das Wasserstrahlschneiden als Bearbeitungsmethode komplexer Bauteile zu etablieren.

Nächstes Ziel: Fräsen

Nach den erfolgreichen Tests soll das Gesamtpaket aus Bearbeitungskopf und Software 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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