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Forschungsziel: Für die Erschließung der weltweit hart umkämpften Wachstumsmärkte nehmen die optischen Technologien eine Schlüsselstellung ein. Im Vordergrund stehen neuartige, anspruchsvolle optische Komponenten aus Glas mit hoher geometrischer Komplexität und Genauigkeit sowie verbesserten optischen Eigenschaften. Die Technologie des Präzisionsblankpressens zur Herstellung von Glaslinsen hat sich hierbei etabliert. Die dafür benötigten Werkzeugeinsätze sind jedoch bislang geprägt durch einen kosten- und zeitintensiven Handarbeitsteil in der Fertigung durch unterschiedliche Schleifprozesse sowie manueller Polierarbeiten. Vor diesem Hintergrund besteht der Bedarf einer automatisierten Schleif- und Polierbearbeitung, die im Forschungsvorhaben GriP angegangen wird. Ziel war es, ein integriertes Fertigungssystem zur automatisierten Bearbeitung hochpräziser Formeinsätze aus Hartmetall und Nickelbasis-Legierungen zu entwickeln und aufzubauen.
Guido Pongs +49 241 531077-12
guido.pongs@aixtooling.de
Dipl.-Ing. Roland Heintz
+49 721 608-25136
roland.heintz@kit.edu
Problemstellung
Die heutige Fertigung hochpräziser Formeinsätze für das Präzisionsblankpressen; also das indirekte (replikative) Fertigen von optischen Komponenten – ist durch Vor- und Feinschleifprozesse und ein abschließendes Handpolieren sowie finales Beschichten charakterisiert. Die vielen einzelnen Verfahrensschritte und vor allem das hohe handwerkliche Geschick und die Erfahrung des jeweiligen Mitarbeiters bei der Handpolitur sind entscheidend für eine hohe Güte und Qualität der Formeinsätze. Für die Fertigung in Hochlohnländern ist es daher wichtig, möglichst effiziente Prozesse und wenig Warte- oder Stillstandzeiten (z.B. beim Umrüsten) zu erreichen um gegen dem asiatischen Markt bestehen zu können.
Projektziel
Das Ziel des Projekts bestand in der Entwicklung einer neuartigen Verfahrenskombination, die einen Prozessschritt weniger besitzt und die Schleif- und Polierbearbeitung in einer gemeinsamen Werkzeugmaschine ermöglicht. Ein wesentlicher Vorteil generiert sich daraus, dass das Werkstück nicht mehr umgespannt werden muss und somit der Rundlauffehler in einer Aufspannung deutlich geringer ausfällt. Zudem wird die Bearbeitungszeit insgesamt geringer und das bearbeitete Werkzeug damit günstiger.
Vorgehensweise
Zunächst wurden Anforderungen definiert, die sich aus dem neuen Prozess für die Bearbeitung von Formeinsätze aus Hartmetall, insbesondere für Nickelbasis-Legierungen ergeben. Darauf aufbauend wurden die Anforderungen an den Prozess definiert und mehrere Verfahrensschritte innerhalb einer Maschineneinheit zusammengefasst. Die dann folgenden Bearbeitungsschritte wurden aufeinander abgestimmt. Insbesondere die Polierarbeiten, die bislang per Hand ausgeführt wurden, sind durch eine intelligente Prozesssteuerung in den automatischen Prozzessablauf integriert worden. Das neue Fertigungssystem beinhaltet eine Datenerfassung, die prozessrelevante Informationen verarbeitet, um den Schleif- und Polierprozess online zu charakterisieren und die Prozessführung zeitnah zu regeln. Durch die Kombination der beiden Fertigungsverfahren, dem Schleifen und Polieren, in einer Maschine muss das Werkstück nur einmal eingespannt werden. Daraus resultieren gegenüber den gängigen Fertigungsabfolgen eine erhebliche Steigerung der Verfahrensflexibilität und -stabilität sowie eine deutliche Zeitersparnis.
Anwendungspotenzial und Ergebnisse
Die in diesem Vorhaben entwickelte Verfahrenskombination hat für die beteiligten Firmen ein hohes wirtschaftliches Potential, da der Markt für hochspezialisierte optische Komponenten stetig wächst. Während der Markt für einfache, in großen Stückzahlen gefertigte Optiken überwiegend von Asien behauptet wird, ist der europäische Markt für optische Komponenten durch kleine Stückzahlen verbunden mit einer hohen Präzision und einer hohen geometrischen Vielfalt gekennzeichnet. Durch dieses Verfahren wird es in Zukunft möglich, komplexe Herstellungsverfahren, die heutzutage noch kosten- und zeitintensive Handarbeit benötigen, zu automatisieren. Der Optikbranche wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, das eine internationale Wettbewerbsfähigkeit sichert.
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