BCT: Individuelle Bauteile automatisiert bearbeiten

Zum Beispiel im Werkzeug- und Formenbau sowie bei der Herstellung und Reparatur von Triebwerkskomponenten unterscheidet sich die reale Bearbeitung vom zuvor geplanten Vorgehen. Bauteile sind nicht an der Position und in der Orientierung gespannt wie vorgesehen, oder sie weisen individuelle Form-Unterschiede z.B. auf Grund fertigungsbedingter Schwankungen oder Abnutzungen durch den Betrieb auf. Die Berücksichtigung dieser Abweichungen erfordert meist eine aufwendige, manuelle Bearbeitung. Doch das muss nicht sein!
BCT-Lösungen erfassen Position und Form jedes einzelnen Werkstücks vor der Bearbeitung und übertragen eine vordefinierte Strategie auf diese Bauteile. Für jedes Bauteil gesondert, und trotzdem automatisiert! Das nennen wir Adaptive Bearbeitung. Erfahren Sie hier mehr über Entwicklungen, Anwendungen und Lösungen. Fragen Sie uns, wie wir auch Ihre Probleme lösen können!

Ihre Vorteile:

– Automatische Berücksichtigung individueller Bauteilfomen.
– Entfall eines langwierigen manuellen Ausrichteprozesses.
– Reduzierung der Anforderungen an die Vorrichtung, was wiederum die Kosten senkt.
– Verringerung des Ausschusses.
– Minimierung der manuellen Nacharbeit.

OpenARMS

Ist neben variirender Aufspannlagen auch die individuelle Form der Bauteile zu berücksichtigen, so kommt BCT’s System OpenARMS (open Adaptive Repair and Manufacturing Software) zum Einsatz. Die Einbindung unterschiedlicher CAD- und NC-Formate, erlaubt eine reibungslose Zusammenarbeit mit kundenspezifischen Systemen. OpenARMS lässt sich an verschiedenste NC-Steuerungen anschließen und das integrierte Messmodul unterstützt taktile oder optische Sensoren. Basierend auf Information über das aktuelle Bauteil erfolgt die geometrische Anpassung der Fertigungsprogramme, bei der Vorgaben automatisch auf jedes einzelne, individuell geformte Bauteil übertragen werden. Die enge Anbindung an NC-Maschinen ermöglicht – trotz individueller Unterscheide der Bauteile – eine automatische Bearbeitung, ähnlich einer Serienfertigung.

OpenARMS bildet das Bindeglied zwischen der CAD/CAM-Beschreibung der Bauteile und den realen, individuellen Bauteilen. Die Adapation ist nicht auf spezielle Fertigungsverfahren beschränkt. So werden Turbinenschaufeln gefräst oder geschliffen, das Laser-Pulver-Auftragschweissen gewinnt durch Anpassung der Bahnen an Präzision. Bei der Bearbeitung von Kohlefaser-Verbundbauteilen ermöglicht OpenARMS einen gezielten Materialabtrag als Vorstufe einer Reparatur…

Erfahren Sie in unserer Broschüre mehr über Entwicklungen, Anwendungen und Lösungen, oder Testen Sie uns!

Ihre Vorteile:

– Berücksichtigung individueller Form und Lage der Bauteile
– Integrierte Erfassung von Bauteil-Form und -Lage, optisch oder taktil
– Automatisierte Bearbeitung durch direkte Anbindung an die Bearbeitungsmaschinen.
– Einhaltung enger Toleranzen auch bei individuellen Formen

Flugzeug-Triebwerke und Gas-Turbinen

Fan
Neuteil: Bei der End-Bearbeitung geschmiedeter Rohlinge werden Schwingungsdämpfer (Snubber) entsprechend der Soll-Geometrie (nominal) gefräst: Durch Adaption wird ein einen sanften Übergang in die Schaufelfläche erreicht. Andere Anwendungen sind die Profilierung der Ein- und Austrittskanten sowie die Bearbeitung der Plattform.
Reparatur: Re-Konturieren der Eintrittskante

Verdichter
Neuteil: End-Bearbeitung linear reibgeschweisster Blisks
Reparatur: Re-Konturieren aufgeschweisster oder gepatchter Tips bzw. Ein- und Austrittskanten. Auftragschweissen für Tip-Repair

Brennkammer
Reparatur: Bei der Riss-Reparatur helfen adaptive Systeme, komplexe Reparaturen/Schweissprozesse zu automatisieren. Hierbei werden geeignete Strategien abhängig von der Schadensgröße ausgewählt.

Turbine
Reparatur: Bei einer Tip-Reparatur erfasst OpenARMS die individuelle Form und Lage der jeweiligen Schaufel berücksichtigt diese bei der anschließenden Re-Profilierung durch Fräsen/Schleifen. siehe Systemintegration.
Reparatur: Unterstützung des Schweissprozesses zum Wiederherstellen der Dichtprofile im Bereich des Tips.

Turbinen-Leitschaufeln
Reparatur: Hohe Belastungen führen zu einer Veränderung des Schaufel-Profils. Nach einem vorhergehenden Lötprozess ermöglicht die Adaptive Bearbeitung das automatisierte Reprofilieren und damit die Wiederherstellung der Treibwerksleistung.

Blisk-Fertigung
Neuteil: OpenARMS entfernt die beim Reibschweissen von Blisks benötigten Halte-Elemente und erzeugt einen sanften Übergang in den Ringraum. Der kompletten Arbeitsablauf (Messung, Berechnung, Ausführung) wird durch OpenARMS kontrolliert.

Gedruckte Bauteile

Nachbearbeitung gedruckter Bauteile
Nach dem „Druck“ werden Funktionsflächen, Bohrungen und andere funktionale Elemente durch subtraktive Verfahren wie Fräsen erstellt, für den Bauprozess benötigte Stützstrukturen entfernt. Trotz fertigungsbedingter Schwankungen der Geometrie ermöglicht die Adaption sanfte Übergänge zwischen den einzelnen Bereichen.

Hybride Bearbeitung
Hybride Fertigungsverfahren innerhalb einer Maschine sind aktuelle Einsatzbereiche für die Adaptive Bearbeitung, die hierbei sowohl den LMD Materialauftrag sowie das anschließende Reprofilieren durch Fräsen oder Schleifen unterstützt.
Eine weitere Anwendung besteht in der Anbringung/Addition spezieller Funktionselemente auf Basisbauteilen mittels Laserauftragschweissen (mass customisation).

Hybride Maschinen
Bei der Reparatur von Turboladern kontrolliert OpenARMS die Kombination aus additiven und subtraktiven Prozessen (hybrid). Nach dem Ausfräsen von Beschädigungen, werden diese auf derselben Maschine mit Material aufgefüllt und anschließend beigearbeitet.

In gleicher Weise lassen sich auch abgenutzte Werkzeuge lokal reparieren. Beschädigte Bereiche werden entfern, der Materialauftrag wird vorbereitet. Im Anschluss an den Materialauftrag stellt ein Fräsprozess die gewünschte Geometrie wieder her.

Bearbeitung von Kohlefaserbauteilen

Neuteil: Bei vielen Schritten der Composite-Fertigung bereiten Geometrieabweichungen Probleme. Die Automatisierung mit konventionellen NC-Prozessen stößt hierbei an die Grenzen. Mit der geometrisch adaptiven Bearbeitung lassen sich diese Aufgaben jedoch meistern.

Verglichen mit der relativ einfachen Montage metallischer Komponenten ist die Montage von Composite-Bauteilen auf Grund großer Abmessungen und Formabweichungen aufwendiger. Dabei nimmt die Größe der Bauteile stetig zu. Durch die gleichzeitig reduzierten Toleranzen wird eine geometrisch adaptive Bearbeitung immer wichtiger.

Typische Anwendung von OpenARMS-PostM sind das adaptive Nachfräsen von Bauteilen mit Aufmaßen (sacrificial machining) sowie das Post-machining von Kontaktflächen zur Verringerung des Aufwands beim nachfolgenden Shimming.

Reparatur: Kohlefaserbauteile weisen häufig individuelle Formen/Beschädigungen auf, deren Reparatur ein großflächiges Entfernen erfordert (Scarfing). Diese per Hand auszuführen ist sehr belastend. Die Adaptive Bearbeitung kann eine Reparatur automatisiert vorbereiten, indem das Bauteil zunächst gescannt wird und basierend darauf dann eine Anpassung der Bearbeitung erfolgt.

Hintergrund: Das Prinzip der Adaptiven Bearbeitung

Die BCT Lösung zur Berücksichtigung individueller Bauteilformen

Im Gegensatz zur klassischen Fertigung berücksichtigt die Adaptive Bearbeitung neben der individuellen Aufspann-Situation auch die individuelle Form der jeweiligen Bauteile. BCT’s Systeme realisieren damit die automatische Bearbeitung individueller Bauteile. Die Adaptive Bearbeitung setzt die Kenntnis des Soll-Zustands und der aktuellen, realen Situation voraus. Der Unterschied dient als Eingabe zur Berechnung einer angepassten, adaptierten Bearbeitung.
Der Soll-Zustand wird meist im CAD/CAM System (1/2) definiert. Zum Importieren stehen CAD/NC-Schnittstellen zur Verfügung. Die Offenheit des BCT Systems ermöglicht eine Zusammenarbeit mit unterschiedlichen CAD/CAM-Systemen. Anwender können immer die für die Aufgabe am besten geeigneten Werkzeuge einsetzen.
Der Ist-Zustand (3) wird entweder direkt taktil oder optisch erfasst, oder Messwerte anderer Systemen werden eingelesen. Das Ergebnis der Adaption ist ein an Position und/oder Bauteilgeometrie angepasstes NC-Programm (4). Zur automatisierten Bearbeitung lassen sich die BCT-Lösungen an NC-Maschinen oder Roboter mit unterschiedlichen Steuerungen anschließen

Die Adaptive Bearbeitung optimiert so z.B. die Fertig-Bearbeitung geschmiedeter Rohteile. Die Reparatur hochwertiger, individuell geformter Bauteile (z.B. Turbinenschaufeln) wird durch Erfassung und Berücksichtigung der jeweiligen Geometrie erst möglich. Achtung: Die Adaption ist nicht auf spezielle Fertigungsverfahren beschränkt. Neben Fräsen und Schleifen unterstützen wir auch generative Verfahren (3D-Druck) z.B. durch die Anpassung der Bahnen zum Laser-Auftragschweissen. Aber, bei allen Anwendungen bildet ein vom Kunden/BCT vordefiniertes NC-Programm den Ausgangspunkt für eine Anpassung.

OpenFIT

Sowohl bei der Herstellung von Neuteilen als auch bei der Reparatur treten häufig Probleme bei der exakten Ausrichtung von Bauteilen auf. Gründe sind fertigungsbedingte Abweichungen der Bauteile, einfache Vorrichtungen oder Unterschiede in deren Handhabung:
– trotzdem muss die Bearbeitung des Bauteils an der geplanten Position erfolgen.
– es gilt, Aufmaße bei der Nachbearbeitung gegossener/gedruckter Rohteile zu berücksichtigen, so dass die Endgeometrie auch in den Gussrohling ‚passt‘.

Die beiden Softwarepakete BestFit und VolumeFit lösen solche oder ähnliche Aufgaben. Beide Systeme erfassen die Lage der Bauteile innerhalb der Maschine mittels eingebautem Messmodul zum taktilen Messen, oder entsprechende Daten werden aus anderen Systemen importiert.

BestFit passt die Position und Orientierung einer geplanten Bearbeitung so an, dass die Abweichungen minimiert werden.

VolumeFit berücksichtigt darüber hinaus auch noch Aufmaße dort, wo die Bearbeitung erfolgt. So ist sichergestellt, dass auf allen zu bearbeitenden Flächen entsprechende Aufmaße zur Verfügung stehen. Beide Verfahren passen NC-Programme an, die vom Kunden zuvor mit CAM-Systemen generiert worden sind.

Ihre Vorteile:

– Entfall eines langwierigen, manuellen Ausrichteprozesses.
– Senkung der Anforderungen an die Vorrichtung und damit verbunden Kostenreduzierung.
– Kontrolle über das Bearbeitungs-Aufmass (VolumeFit)
– Einbindung in den derzeitigen Prozessablauf ohne großen Aufwand

Anwendungen

Kompensation von Aufspannfehlern
Serienteile eigespannt in eine einfache Vorrichtung weisen Unterschiede in der Orientierung auf. Die Lage der Bauteile wird gemessen. Die NC-Programme werden entweder direkt angepasst oder unverändert(!) innerhalb eines neuen Koordinatensystems auf der Maschine ausgeführt.

Nacharbeit 3D gedruckter Teile
Bohrungen, Passungen und Funktionsflächen werden nach dem eigentlichen Druck mittels klassischer Fertigungsmethoden wie Fräsen oder Bohren erstellt. Zur korrekten Orientierung der Bearbeitungen wird die Lage des Bauteils innerhalb der NC Maschine gemessen. Zur Steigerung der Genauigkeit berücksichtigt die Kompensation zusätzlich die Freiheitsgrade der Vorrichtung.

Nacharbeit von Gussteilen
An größeren Gussteilen sind Flansche etc. zu bearbeiten. Dazu wird die Lage des Bauteils als auch das lokale Aufmaß an den Bearbeitungsstellen berücksichtigt. Die Information über Lage/Aufmaße erhält man entweder durch direktes Messen in der Bearbeitungsmaschine, oder durch den Import extern gemessener Daten.

OpenSCAN

Um individuell geformte Bauteile oder spezielle Aufspannsituation im Rahmen einer adaptiven Bearbeitung berücksichtigen zu können, müssen zunächst die Unterschiede zur nominellen Situation (CAD) ermittelt werden. Hierzu verfügen alle adaptiven Systeme über integrierte/angeschlossene Messtechnik.

Im einfachsten Fall lassen sich die Unterschiede mit schaltenden Tastern ermitteln. Meist sind sie bereits vom Maschinenhersteller in NC-Maschinen integriert und ermöglichen verlässliche Messungen einzelner Punkte. Die BCT Lösungen zur Adaptiven Bearbeitung verfügen über integrierte Mess-Module mit denen sich Messabläufe definieren und Ergebnisse anzeigen lassen.

Erfordert die Bearbeitungsaufgabe jedoch eine große Anzahl Messpunkte, so ist das Laser-Linien-Scannen besser geeignet. Dabei werden die Abstände eines auf das Bauteil projizierten Streifens zum Sensor punktweise ausgewertet. Das Verfahren ist sehr schnell und liefert gleichzeitig eine große Anzahl an Messpunkten. Mit OpenSCAN lassen sich diese Messvorgänge definieren. Spezielle Kompensationen erhöhen die Genauigkeit der Messungen – insbesondere, wenn diese aus unterschiedlichen Richtungen erfolgen.
Datenblatt

Ihre Vorteile:

– Messung des Bauteils in der Maschine
– Kurze Messzeiten bei hoher Auflösung
– Erfassung von Bauteilzuständen für unterschiedliche Zwecke

Anwendungen

Erfassung der Geometrie von Karbonfaser-Bauteilen
Beim Schäften von Werkstücken aus Verbundmaterial müssen einzelne Lagen definiert abgetragen werden. Die Kenntnis der Bauteilgeometrie ist hierbei Grundvoraussetzung. Die flächige Erfassung erfolgt schnell und genau mittels Laser-Linien-Scan.

Reprofilierung von Ein- und Austrittskanten von Fan-Schaufeln
Die aktuelle Form der Ein- und Austrittskanten wird in einem ersten Prozessschritt erfasst. Das Laser-Linien-Scannen liefert hierzu die entsprechenden Daten, hoher Genauigkeit. Mit Hilfe der Ist-Daten berechnete die Software dann die NC-Programme zur Wiederherstellung des gewünschten Profilverlaufs.

3D Druck
Zur Kontrolle von Zwischenergebnissen nach dem Auftragen einer Anzahl an Lagen beim Laser-Auftragschweissen dient ein Scan mit einem Laser-Linien-Sensor. Der erfasste Zustand kann dann verwendet werden, um die nachfolgenden Prozessschritte anzupassen.

Systemintegration

Adaptive Systeme bestehen immer aus der Kombination von Messtechnik und NC-Maschinen. Eine automatisierte Bearbeitung erfordert den Austausch von Informationen und Daten zwischen den einzelnen Komponenten. Um dies zu realisieren ist OpenARMS meistens direkt an die Bearbeitungsmaschine angebunden. Dies erlaubt das Senden von Messprogrammen, das Empfangen der Messergebnisse sowie die Übertragung und Ausführung der angepassten NC Programme. Wir unterstützen die gängigsten Steuerungstypen, fragen Sie uns.

BCT liefert neben der Software auch die passende Sensorik zur Erfassung der Ist-Geometrie, die Spannelemente bis hin zu kompletten Anlagen inklusive NC-Maschinen Ihrer Wahl.

Anwendungsorientierte Einweisungen in die Systeme garantieren deren schnellen und wirtschaftlichen Einsatz und sind daher selbstverständlich. Anwender werden in die Lage versetzt, eigene Projekte einzurichten und eigene Prozesse zu definieren.

Ihre Vorteile:

– Lieferung des Komplettsystems aus einer Hand
– Reibungslose Integration unterschiedlicher Komponenten
– Abbildung komplexer Prozessabläufe

Gelieferte Systeme

Die BCT Systeme
Wir liefern Komplett-Systeme für die Adaptive Bearbeitung. Zu unseren Kunden gehören die Großen der Luftfahrt-Überholungsbranchen wie auch Airlines und Hersteller von Gas- und Dampfturbinen.
Bei der Entwicklung setzen wir auf ein modulares Konzept, so dass wir kunden-spezifische Lösungen relativ schnell realisieren können.
Alle installierten Lösungen sind direkt mit dem jeweiligen Kunden abgestimmt und für die speziellen Anforderungen maßgeschneidert.
Unsere Kontakte zu Maschinen- und Steuerungs-Herstellern sichern Ihnen eine Lösung auf dem aktuellen Stand der Technik.

Aus Gründen der Vertraulichkeit können wir hier leider nicht konkreter werden. Aber auch Sie möchten Ihre Lösung sicher nicht gern hier veröffentlich sehen. Daher: Sprechen Sie uns an.

OpenDATA

Einen Prozess kann man nur verbessern, wenn man genug Informationen über ihn hat. Betrachtet man einen Fräsprozess, so lassen sich Schwingungen und Fräskräfte, Drehzahlen und Vorschub messen. Auch beim Laserauftragschweissen kann ein Vielzahl an Parametern von der Laserleistung bis hin zur Schmelzbad-Temperatur erfasst werden.

Mit OpenDATA lässt sich nun auch die Frage beantworten, wo, bezogen auf das Bauteil, welche Werte gemessen worden sind! Diese örtliche Auflösung erlaubt einen schnellen und praxisgerechten Einblick in den jeweiligen Prozess und liefert somit verlässliche Informationen zur Optimierung oder zur Überwachung.

OpenDATA verbindet Positionsinformationen von der Maschine mit den Messwerten externer Sensoren.
Auch für Ihre Problemstellung finden wir eine Lösung!

Ihre Vorteile:

– Präzise Zuordnung der Messwerte zum Bauteil selbst
– Unterstützung der verschiedensten Sensoren (National Instruments Schnittstelle)
– Übersichtliche Darstellung der Messwerte

Anwendungen

Temperatur-Messung beim Laser-Auftragschweissen
Im Rahmen eines Projekts mit dem Institut für Lasertechnik ILT in Aachen werden Schmelzbad-Temperaturen aufgezeichnet und den Positionen auf dem Bauteil zugeordnet. Dies erlaubt eine tiefere Einsicht in den Prozess und eröffnet den Forschern neue Analysen und Auswertungen, die letztendlich wieder zur Optimierung des Prozesse herangezogen werden können.