Maschinen- und Systemtechnik zur effizienten Herstellung großformatiger 3D-Formwerkzeuge mit Designoberflächen (eVerest)

Problemlage
Oberflächeneigenschaften im Hinblick auf z. B. optische oder haptische Funktionen werden immer mehr zum Qualitätsmerkmal von Produkten. Speziell strukturierte Oberflächen werden mitunter schon zur Reibungsminimierung in Verbrennungsmotoren oder als optische Funktionsflächen im Bereich der LED-Beleuchtung eingesetzt. Eine gegenüber dem Stand der Technik neue und vielversprechende Technologie ist die Strukturierung mittels (ultra-) kurz gepulster Laserstrahlung. Das Verfahren bietet den Vorteil der vollständig digitalen Prozesskette sowie der Erweiterung des Narbspektrums um neuartige Strukturen. Allerdings ist die zur Verfügung Maschinentechnik insbesondere für große Bauteile nur mit einem erheblichen Grundwissen zur Laserabtragtechnik einsetzbar und erlaubt durch die heute eingesetzten Laser lediglich Abtragsgeometrien > 50 µm. Speziell die Programmierung und Maschinenbedienung ist aktuell ohne wesentliche Kenntnisse der Laserabtragverfahren nicht möglich.

Zielstellung
Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer hochflexiblen Maschinentechnik zur Präzisions-Laserbearbeitung, mit der bei höchsten geometrischen Auflösungen im Mikrometerbereich ohne wesentliche Kenntnisse der eigentlichen Technologie funktionale Strukturen in Werkzeugen und Bauteilen erzielt werden können. Dabei werden alle notwendigen Teilbereiche einer Laserbearbeitung in das Maschinen- und Bedienkonzept integriert wie z. B das virtuelle Design des Produktes inkl. Abwicklung und Visualisierung der Strukturen unter Einbeziehung neuer Möglichkeiten der Laseroberflächenbearbeitung. Außerdem steht die signifikante Weiterentwicklung der Systemtechnik zur Steigerung der effektiven Abtragrate im Mittelpunkt des Projekts.

Vorgehensweise
Dazu wird ein ganzheitlicher Ansatz zur Herstellung der Funktionen verfolgt, beginnend mit dem Bedienkonzept zur Auslegung der funktionalen Strukturen auf der Basis eines virtuellen Designs und der Funktion des Produktes. Dabei werden die vielfältigen Möglichkeiten der Laserstrukturierung und des Laserpolierens mit berücksichtigt. Die maschinentechnische Umsetzung erfolgt auf der Basis einer neuartigen Strahlquelle mit umschaltbarer Pulsdauer zur Steigerung der effektiven Abtragsraten, einer hochdynamischen Strahl-Scantechnik und einer 8-Achs-Simultanbearbeitung. Mit einer Maschinentechnik, die Geometrien im gesamten Größenspektrum von 1-1000 µm auf komplex geformten Werkzeugen erzeugen lässt, wird dem stark steigenden Bedarf nach einer hochflexiblen Fertigungstechnik für funktionale Bau-teiloberflächen Rechnung getragen. Schließlich werden mit diesen Entwicklungen und Forschungsarbeiten neuartige Design- und Funktionsstrukturen untersucht und unter industriellen Produktionsbedingungen evaluiert.

Ergebnisverwertung
Durch diese hochintegrierte und bezüglich des Datenflusses und der Technologieintegration neuartige Maschinentechnik soll der Aufwand zur Herstellung einer funktionalen Oberfläche gegenüber dem Stand der Technik um mehr als 50 v. H. reduziert werden. Mit diesem Anspruch kann der deutsche Werkzeugmaschinensektor Maßstäbe in einem von Designflexibilität und Bauteilfunktionalität geprägten Umfeld Maßstäbe setzen. Die Entwicklungen aus eVerest lassen sich neben der Strukturierung von Armaturentafeln auf die Herstellung z.B. haptisch optimierter Gebrauchsgüter, tribologisch beanspruchter Präzisionsbauteile und strömungsoptimierte Großbauteile der Luftfahrtindustrie übertragen. Durch die Beteiligung marktführender Maschinenhersteller und Anwender ist eine direkte Nutzung der Projektergebnisse in neuen Maschinen und funktionellen Produkten gegeben.

• Amphos GmbH
• DMG MORI Ultrasonic Lasertec GmbH
• Fachhochschule Münster
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• Precitec Optronik GmbH
• RWTH Aachen
• SCANLAB GmbH
• VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT