Forschen heisst, die Zukunft gestalten!

Um auch in Zukunft innovative Fertigungslösungen anbieten zu können, beteiligt BCT sich an nationalen und internationalen Forschungsvorhaben.
Diese Projektarbeit erlaubt einen frühzeitigen Einblick in Probleme und Trends der Fertigungsindustrie. Im Bereich additiver Fertigung (3D-Druck) konnte BCT sein Portfolio um die Adaption von LMD-Programmen sowie um ein Modul zur Nachbearbeitung additiv gefertigter Bauteile ergänzen.
Bei der Bearbeitung von Bauteilen mittels Roboter helfen unsere Entwicklungen, Bauteile vor/während der Bearbeitung zu erfassen. Dadurch lassen sich höhere Genauigkeiten erzielen und belastende Arbeiten automatisieren (Schäften und Bearbeiten von CFK-Strukturen). Eine aktuelle Auswahl unserer Forschungsaktivitäten finden sie auf dieser Seite.
Ist unsere Expertise auch für Ihr Innovationsvorhaben interessant, prüfen wir gern, ob und wie wir einen Beitrag leisten können. Sprechen Sie uns an!

ProLMD

Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer wirtschaftlichen Prozesskette mit Systemtechnik und laserbasierten, additiven Prozessen (LA). Die Ergebnisse des Projekts werden an Demonstrator-Bauteilen der beteiligen Industriepartner validiert. Die ProLMD-Systemtechnik basiert auf Industrierobotern. Dies senkt Kosten und steigert die Flexibilität hinsichtlich Bauteilgeometrie und -größe. Weitere Vorteile entstehen aus der Entwicklung eines flexiblen Schutzgassystems, welches nur dort Schutzgas verwendet, wo es nötig ist. Neue Laserbearbeitungsköpfe, die mit Draht als auch mit Pulver als Zusatzwerkstoff arbeiten, sowie ein für die hybride Fertigung geeignetes CAM-System runden die Systementwicklung ab. Parallel werden für mehrere Werkstoffe, sowohl in Draht- wie auch Pulverform, LA-Prozesse erforscht. Als Basis für eine Verwendung in hochbelasteten Bauteilen werden ausführliche Materialuntersuchungen durchgeführt und eine geometrische Überprüfung der aufgebauten Bauteile implementiert.

TitelProLMD
DauerVon Bis
KonsortiumViele Partner aus ganz Deutschland
LeitungKUKA-Industries

Hybrid-additive Fertigung von Großbauteilen mit Laserauftragschweißen (LMD)

Vier Jahre, drei Roboter, acht Partner

Es ist immer wieder erstaunlich, was unterschiedliche Partner erreichen, wenn alle konsequent mit einem Ziel arbeiten: So entstehen im BMBF-Forschungsprojekt ProLMD in Teamarbeit neue Hybrid-Prozesse, die konventionelle Fertigungsverfahren und das Laserauftragschweißen (LMD) zu einem neuen Fertigungsansatz vereinen.

Den Beginn markiert 2016 eine Forschungsidee. Es geht um die Entwicklung wirtschaftlicher und robuster Systemtechnik für das LMD-Verfahren, basierend auf einem Knickarm-Roboter, sowie ihre Integration in eine Prozesskette für hybride Fertigung, blickt Jan Bremer, Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT aus Aachen, zurück. Dabei bewegen wir uns entlang der Prozesskette für die roboterbasierte hybrid-additive Fertigung und erforschen verschiedene dafür notwendige Technologien. Das Spektrum der Inhalte deckt dabei alles von Bearbeitungsköpfen, Roboter- und Schutzgassystemen über die Schweißprozesse bis zur Qualitätssicherung und Software ab.

Was „hybrid“ konkret in der Praxis heißt, zeigen drei Anwendungen der Systempartner MTU Aero Engines (Aufbau von Funktionselementen an einer Triebwerkskomponente), Airbus (Bauteilverstärkung durch 3D-Verrippung) und Mercedes-Benz (Anpassung eines Presswerkzeuges in der Karosseriefertigung). Im Mittelpunkt steht die lokale Verstärkung oder Veränderung konventionell gefertigter Bauteile. Im Projekt liegt der Fokus dabei auf der Fertigung. Die entwickelten Technologien erlauben jedoch auch Reparaturanwendungen.

Diese Beispiele zeigen, was wir unter hybrider Fertigung verstehen, sagt Wissenschaftler Bremer. Es ist die flexible Verbindung der Vorteile aus verschiedenen Fertigungsverfahren, da es beliebige konventionelle Herstellverfahren mit LMD zu einer durchgängigen Prozesskette vereint. Die Flexibilität zeigt sich auch im Projekt bei den Industriepartnern, die ihre Demonstratoren vor der LMD-Funktionalisierung durch Rollformen (Airbus), Gießen (Mercedes-Benz) oder Schmieden (MTU) herstellen.
Für den Wissenschaftler ist es außerdem ein schönes Beispiel, wie sich komplexe Variantenvielfalt in der Herstellung vereinfachen lässt. Man fängt zum Beispiel mit dem Stanzen und Besäumen eines Basisteils immer auf die gleiche Art und Weise an, erklärt Bremer. Die Varianten werden dann später mit Hilfe von LMD hergestellt. Der Anwender kann also weiterhin seine Stanzanlage nutzen, um dann aber z. B. Verstärkungen additiv aufzutragen. Durch das LMD-Verfahren und die in ProLMD entwickelten Technologien können wir dabei extrem flexibel und automatisiert agieren. Das entspricht unserer Leitidee: Additive Manufacturing – aber nur dort in der Prozesskette, wo es Mehrwert bedeutet.

Mit diesem Ziel im Visier arbeiten die Aachener zusammen mit insgesamt sieben Industriepartnern an einer hocheffizienten, modularen LMD-Zelle, die sich mit geringem Aufwand in eine bestehende Prozesskette integrieren lässt.
Für maximale Anwendungsflexibilität werden Prozesse sowohl für Draht als auch Pulver als Zusatzwerkstoff entwickelt. Am Fraunhofer ILT entstand u. a. eine Bearbeitungsoptik zur Erzeugung eines Ringstrahls für das koaxiale Laserauftragschweißen, die im ProLMD-Verbundprojekt weiterentwickelt und genutzt wird. Diese Optik erzeugt einen Ring mit gleichmäßiger Intensitätsverteilung und bietet damit Richtungsunabhängigkeit beim Schweißen. Im Rahmen des Projektes werden dabei Prozesse mit Auftragsraten im Bereich von 1 bis 2 kg/h bei hoher geometrischer Auflösung entwickelt.

Doch warum kommt ein mehrachsiger Roboter zum Einsatz? Für ihn spricht der sehr große Bauraum, seine Flexibilität und die einfache Zugänglichkeit, erläutert Bremer. Wir können in der Versuchsanlage mithilfe von bis zu acht Achsen ein fast beliebig komplexes Bauteil von allen Seiten bearbeiten. Die Anlagentechnik lässt sich dabei mit Robotern erstaunlich preiswert realisieren. Fokus des Projektes ist die Bearbeitung von komplexen Großbauteilen. Bauteile bis zu 1,2 Tonnen Gewicht und einem Durchmesser von zwei Metern können wir auf der Roboteranlage bearbeiten, berichtet der Wissenschaftler.

Die Aufgabenteilung der anderen Systempartner ist klar definiert: Der Geschäftsbereich Lasertec der KUKA Industries GmbH & Co. KG in Würselen übernimmt die Projektleitung und Zellintegration, während sich die Laserline GmbH aus Mülheim-Kärlich um die Strahlquelle und Optik kümmert. Die M. Braun Inertgas-Systeme GmbH, Garching (bei München), ist für den Bau einer Schutzgaszelle zuständig, während die Dortmunder BCT Steuerungs- und DV-Systeme GmbH Software und anlagenintegrierte Messtechnik entwickelt.

Flexibel wird die Plug-in-Lösung, weil sie nach dem Blackbox-Prinzip funktioniert. Uns interessiert nicht, was vorher oder nachher mit dem Bauteil passiert, betont Bremer. Wir arbeiten nicht ein statisches CAD-Modell ab, sondern nutzen dank robuster Systemtechnik und Software in adaptiven Prozessen auch die reale Geometrie. Durch intelligente Algorithmen kann sich die Zelle auch extremen Bauteilabweichungen anpassen und diese kompensieren. Die Betonung liegt dabei bei Hard- und Software auf robust – vom Laserkopf, Roboter bis hin zum flexiblen Schutzgaskonzept und geeigneter angepasster Bahnplanungsalgorithmen. Ein Hinweis, dass das Fraunhofer ILT nicht nur den Schweißprozess weiterentwickelt, sondern auch weitere wichtige Aspekte wie den Einfluss der Robotergenauigkeit auf die Prozesssicherheit und Bauteilqualität erforscht.

Während Projektleiter KUKA in Würselen den Roboter in einer flexiblen Schutzgaszelle oxidationsempfindliche Werkstoffe wie Titan prozesssicher schweißen lässt, arbeiten die Aachener ohne Zelle bei den nickel- und eisenbasierten Werkstoffen mit lokal aus der Düse ausströmendem Schutzgas. Wenn die Auftragsrate höher ausfällt, verwenden sie nach Bedarf zusätzlich einige  wenige Zentimeter große  Schutzgasglocke. Auf diese Weise kommen alle drei Lösungen mit deutlich weniger teurem Schutzgas aus“, so Bremer. „Das senkt die Betriebskosten erheblich. Innovative Prozesse sind dabei nicht nur Forschungsgegenstand, sondern auch Alltag am Fraunhofer ILT. Bei den ersten Versionen der lokalen Schutzgasglocke hatten wir bei höheren Auftragsraten thermische Probleme, berichtet der Forscher. Da unsere Forscherkollegen im pulverbettbasierten selektiven Laserschmelzen (LPBF) aber bereits seit einigen Jahren an der Verarbeitung von Kupfer arbeiten, konnten wir mit ihrer Unterstützung auf einer Forschungsanlage das Bauteil mit innenliegenden Kühlstrukturen additiv aus Kupfer fertigen und das Problem so lösen. Für ihn ist es ein Beispiel dafür, was sich ergeben kann, wenn ein Institut fachübergreifend Lösungen mitentwickelt.

Mehr über die Erfolge proaktiven Teamworks  erfahren die Teilnehmer auf dem „AKL‘20 – International Laser Technology Congress“ bei Vorträgen (6. Mai: Forum Additive Fertigung, 7. Mai: Session zu Laser Powder Bed Fusion  LPBF sowie am 8. Mai: Session zu Laser Material Deposition LMD) und Vorführungen (7. Mai: Lasertechnik Live) bei der Besichtigung einer großen und einer kompakteren Roboterzelle für die additive Fertigung am Fraunhofer ILT. Auf diese neueste Entwicklung sind die Projektteilnehmer besonders stolz: Mit zusätzlicher finanzieller Unterstützung durch das BMBF entsteht eine preiswertere Variante der ProLMD-Roboteranlage für kleine und mittlere Unternehmen (KMU), die auf dem AKL‘20 erstmals der Öffentlichkeit gezeigt wird. „Wir haben die Lösung von einem 3,1 m langen Roboterarm und 90 kg Traglast auf etwa 2 m und 60 kg Traglast herunter skaliert“, berichtet der Wissenschaftler. „Am großen Roboter zeigen wir dabei den neuen Drahtkopf, in der kleinen Zelle geht es um pulverbasiertes LMD, maschinenintegrierte Geometrievermessung und das neue CAM-Modul.“ Mit der neuen Zelle beweisen die Aachener in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern, dass sich auch eine kompakte Zelle für KMU realisieren lässt, die nochmals deutlich weniger als ein typisches Bearbeitungszentrum kostet.

Autor: Nikolaus Fecht im Auftrag des Fraunhofer ILT

Everest

Mit dem Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen (EHLA) steht ein res- sourcenschonendes, flexibles und wirtschaftliches Verfahren zur Verfügung, das für Beschichtungen, Reparaturen sowie die Additive Fertigung eingesetzt werden kann.
Neben robusten Prozessen für Walzen für die Chemie- und Papierindustrie, sollen Systeme zur Geometrieerfassung, zur Bahnplanung für Reparaturen und additive Fertigung sowie zur Prozessüberwachung entwickelt und in eine Demonstrations- anlage integriert werden.

BCT GmbH ist einer der Partner dieses Forschungsvorhabens und bearbeitet die Datenaufnahme innerhalb der EHLA-Maschine sowie die Berechnung der Auftragsprogramme aus den Prozessdaten.

Gefördert wird das Projekt durch Mittel aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 2014-2020 „Investitionen in Wachstum und Beschäftigung“.

TitelEverest
Dauer01.03.2017 - 29.02.2020
Konsortium4 Partner aus Deutschland
LeitungFraunhofer ILT
Everest Logo

DigitalCMM

Das Forschungsprojekt „DigitalCMM – Digital Coordinate Measurement Machine“ befasst sich mit der automatisierten Analyse von Prozessdaten wie z.B. der Fräskräfte, um basierend darauf direkt nach der Fertigung eines Bauteils auf einer Werkzeugmaschine Rückschlüsse auf die Qualität und tatsächliche Geometrie ziehen zu können. Um den Bearbeitungsprozess digital aufzunehmen wird die Maschine hierzu mit zusätzlichen Sensoren ausgestattet. Ziel des Projekts ist die Vermeidung einer nachträglichen und aufwendigen Vermessung des Bauteils.

BCT GmbH ist einer der fünf Partner dieses Forschungsvorhabens und bearbeitet die Datenaufnahme innerhalb der Maschine sowie die Berechnung der IST-Geometrie aus den Prozessdaten.

Gefördert wird das Projekt durch Mittel aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 2014-2020 „Investitionen in Wachstum und Beschäftigung“.

TitelDigitalCMM
Dauer01.2019 - 12.2021
Konsortium5 Partner aus Deutschland
LeitungFraunhofer IPT
Logo DigitalCMM

HyProCell

The objective of this EU funded research project is to develop and demonstrate a new concept of multi-process production cell, featuring both, additive and subtractive manufacturing connected over ICT platforms

The developed concept will be implemented at industrial (pilot facility) level to validate it in real settings, manufacturing real parts and measure the benefits (TRL5 -> TRL7).

BCT contributes to this project supporting the DED machine with measuring devices for capturing the real part geometry and with corresponding adjustment methods to align the parts or to adapt the NC programs to the individual needs.

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 723538.

TitelDevelopment and validation of integrated multiprocess HYbrid PROduction CELLs for rapid individualized laser-based production — HyproCell
Dauer11.2016 – 10.2019
Konsortium13 Partner aus ganz Europa und der Schweiz
LeitungDr. Alberto Echeverría (Lortek)

OpenHybrid

Der Focus dieses Projekts liegt in der Entwicklung von Fertigungs-Lösungen, die sowohl additive als auch subtraktive Fertigungsverfahren innerhalb einer Maschine verwenden. Dabei wird eine große Bandbreite von Maschinen, angefangen von einer klassischen Werkzeugmaschine bis hin zu Portalmaschinen unterstützt. Das Ziel ist die Realisierung einer durchgängigen, nicht unterbrochenen Prozesskette auf einer Maschine. Es kommen sowohl pulver- als auch drahtbasierte Verfahren zum Einsatz.

Die untersuchten Verfahren eignen sich für die Erstellung neuer Bauteile und insbesondere zur Reparatur hochwertiger Komponenten aus metallischen Werkstoffen.

BCT ist im Rahmen dieses Projekts an der Entwicklung spezieller Softwarelösungen beteiligt, die dem Bediener einen vereinfachten Zugriff auf komplexe Technologien ermöglichen. Adaption wird eingesetzt, um additive als auch subtraktive Verfahren an die jeweiligen Bauteile anzupassen.

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 723917.

TitelDeveloping a novel hybrid AM approach which will offer unrivalled flexibility, part quality and productivity — OpenHybrid
Dauer10.2016 – 09.2019
Konsortium14 Partner aus ganz Europa und der Schweiz
LeitungProf. Dr. David Wimpenny (MTC, Coventry)

AMAZE

Im Rahmen von AMAZE, dem größten europäischen Forschungsvorhaben im Bereich der Additiven Fertigung wurden unterschiedliche AM Verfahren untersucht und verbessert, um so die Leistungsfähigkeit der Systeme sowie die Qualität der Teile zu erhöhen. Unterstützt wurden diese Arbeiten durch neu entwickelte Simulationen und zerstörungsfreie Untersuchungsmethoden.

Neben der Einbringung adaptiver Ansätze in das LMD Verfahren war BCT im Bereich der Nacharbeit AM gefertigter Bauteile aktiv.

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 313781.

TitelAdditive Manufact. Aiming Towards Zero Waste and Efficient Production of High-Tech Metal Parts
Dauer01.2013 – 06.2017
Konsortium26 Partners aus ganz Europa
LeitungProf. Dr. David Wimpenny (MTC, Coventry)

MBFast18

Um die Herausforderungen der Serienfertigung von Großbauteilen auch in Zukunft meistern zu können, ist eine Abkehr vom klassischen Arbeitsablauf mit dem üblichen Transport der Bauteile von einem Prozess zum nächsten erforderlich. Im Rahmen des Projekts MBFast18 wurde untersucht, wie sich die Produktion Steigner lässt, wenn die Prozesse zum Bauteil kommen.

BCT war bei der Referenzierung einer lokalen Arbeitseinheit basierend auf Tracke-Daten beteiligt. Auf diese Weise kann eine Bearbeitungsmaschine mit begrenztem Arbeitsraum auf einem großen Bauteil sicher platziert werden. –> Video

TitelMobile Bearbeitung von Faserverbundstrukturen 2018 MBFast18
Dauer11.2015 – 04.2019
KonsortiumPartner aus Deutschland
LeitungFFT Produktionssysteme & IFAM Stade
MBFast18_Logo