KMU-innovativ Kosteneffiziente Bearbeitung von 3D-Bauteilen durch ein neuartiges Wasserstrahlkonzept (JetCut3D)

Problemstellung
Die industrielle Fertigung steht vor der Herausforderung, immer mehr schwer zerspanbare Hochleistungswerkstoffe schnell und ohne Wärmeeintrag zu bearbeiten. Dabei werden trotz steigender Bauteilkomplexität und hoher Qualitätsansprüche kurze Produktionszeiten und niedrige Kosten erwartet. Die bisher eingesetzten konventionellen Bearbeitungsverfahren stoßen zunehmend an technologische Grenzen. Eine Alternative bieten sogenannte nicht-konventionelle Verfahren, wie beispielsweise Wasserstrahlschneiden, deren Potenzial bisher nur im geringen Maße genutzt werden. Der Wasserstrahl kann schneiden, bohren, abtragen und reinigen. Während das Schneiden einfacher zweidimensionaler Geometrien bereits industriell etabliert ist, waren die Prozessabläufe auf die dreidimensionale Bearbeitung bislang noch nicht zuverlässig übertragbar.

Ziel
Das KMU-innovativ-Projekt JetCut3D hatte das Ziel, eine Prozesssteuerung zu entwickeln, die präzise auf die veränderliche Wirkung des Wasserstrahls reagiert. Dabei wurden insbesondere die Hochdruckkomponenten zur Strahlerzeugung im Hinblick auf die gestiegenen Anforderungen erarbeitet.

Vorgehensweise
Die technischen Voraussetzungen wurden mittels Anlagen mit 5-achsiger Werkzeugführung und Systemdrücken von 6.000 Bar bereitgestellt und ein ganzheitliches Konzept entwickelt, um die Prozess- und Systemeigenschaften bereits im Vorfeld der Fertigung zu berücksichtigen. Als Besonderheit weist der Wasserstrahl in der dreidimensionalen Bearbeitung eine kontinuierliche Wechselwirkung mit dem Werkstück auf. Hierzu wurde eine hoch dynamische Prozessführung zur Beherrschung zahlreicher technologischer Parameter entwickelt. Durch die Integration von Expertenwissen und Softwareunterstützung wurde das Verfahren auch für weniger erfahrene Anwender zugänglich gemacht. Hierzu wurden die einzugebenden Maschinendaten auf die zur Erfüllung der Bearbeitungsaufgabe notwendigen Parameter beschränkt. Möglich wurde diese Vereinfachung durch eine Verknüpfung aktueller Prozessparameter mit den Basisdaten zur Beschreibung des Maschinenverhaltens.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Der vorliegende übergreifende Ansatz von Prozessmodellierung, daran angepassten Systemkomponenten und die Unterstützung des Werkers durch eine verfahrensspezifische Softwarelösung eröffnet der Nutzung der Wasserstrahltechnologie neue Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere im dreidimensionalen Bereich, der bisher nur Spezialisten vorbehalten war. Die Lösung bietet einen wesentlichen Produktivitätsvorteil besonders bei Materialien, die sich mit konventionellen Verfahren nur sehr schwer bearbeiten lassen. Damit können zukünftig mittlere und kleine Firmen auf diese Technologie zugreifen und den Wettbewerbsvorteil für ihr Unternehmen nutzen.

• Aixpath GmbH
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• H. G. Ridder Automatisierungs-GmbH