KMU-innovativ Modulares Spannsystem für die mehrseitige Bearbeitung von additiv gefertigten Bauteilen ohne manuelles Umspannen (AllSpann)

Problemstellung
Additive Fertigungsverfahren haben in den vergangenen Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Durch den schichtweisen Aufbau der Bauteile ist die Fertigung von Werkstücken mit nahezu beliebiger Geometrie möglich. Zur Herstellung präziser Endkonturmaße sowie Funktionsflächen werden additiv gefertigte Bauteile spanend nachbearbeitet. Zur Bearbeitung müssen die Bauteile in den Maschinen sicher eingespannt sowie in Bereichen erhöhter Nachgiebigkeit ggf. abgestützt werden. Aufgrund der komplexen Bauteilgeometrie können bekannte Ansätze der Spannplanung nur mit erheblichem Personal- und Zeitaufwand angewendet werden. Es fehlt an Betriebsmitteln, die insbesondere bei geringen Losgrößen wirtschaftlich einsetzbar sind und flexibel auf Bauteile mit hohem Geometrie-Variationsgrad angepasst werden können.

Zielsetzung
Das Ziel des KMU-innovativ-Projektes ist daher die Entwicklung eines Spannsystems zur mehrseitigen Bearbeitung von additiv gefertigten Bauteilen. Das geplante ALL-seitige SPANNsystem, kurz „AllSpann“, wird zu einem Befähiger, um Planungs- und Rüstaufwand beim Spannen geometrisch komplexer Werkstücke erheblich zu reduzieren.

Vorgehensweise
Zur Zielerreichung ist die kurzzeitige Freigabe einzelner Spannflächen während der Bearbeitungsoperation von entscheidender Bedeutung. Dazu wird ein kompakter, hochdynamischer Aktor entwickelt, der eine flexible Anpassung der Spannmodulposition ermöglicht. Zusätzlich wird die Höhe der Spannkraft über die inhärenten sensorischen Fähigkeiten des elektrischen Antriebs bestimmt. Die Erfassung des Betriebszustands und die Regelung der Spannkraft übernimmt eine zu erarbeitende zentrale Steuerungseinheit. Ihre weitere Funktion ist die kontinuierliche, gegenseitige Lagedetektion zwischen Spannsystem und Werkzeug. Dazu werden in die intelligente Aufspannplatte eingebettete Positionsmarken genutzt, um die Spannmodulposition und -orientierung zu ermitteln. Die Spannmodule werden ferner mit einem Formspannelement ausgestattet, das eine Negativform der zu spannenden Objektoberfläche bildet. Nach erfolgreicher prototypischer Umsetzung erfolgt ein abschließender Leistungsnachweis anhand von Analogiebauteilen in der Fertigungsumgebung.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Aufgrund der Fähigkeit zum Einspannen komplexer, oft wechselnder Konturen in Kombination mit der automatisierten Werkstückfreigabe, weist AllSpann hohes Potenzial auf, bisherige Spannkonzepte im Bereich der additiven Fertigung zu ersetzen. Die Anzahl zeitintensiver manueller Umspannvorgänge kann deutlich reduziert werden. Darüber hinaus lässt sich das Spannsystem überall dort anwenden, wo nachgiebige Werkstücke mit schwankenden Abmessungen zur spanenden Bearbeitung eingespannt werden müssen, beispielsweise zur Bearbeitung von Guss- und Schmiedeteilen. Die Fähigkeit zur automatisierten Spannung komplexer Konturen erlaubt die Erweiterung des Anwendungsportfolios auf den Bereich der Handhabungs- und Fügetechnik, z. B. im Automobilkarosseriebau.

• Lauscher Präzisionstechnik GmbH
• Leibniz Universität Hannover
• Spreitzer GmbH & Co. KG