Prozesskette zur variantenflexiblen Herstellung hybrider Leichtbaustrukturen durch Einsatz umformender, additiver und subtraktiver Fertigungsverfahren (HyLight3D)

Die steigende Nachfrage nach individuell gefertigten Produkten führt zu einer wachsenden Varianten-vielfalt und damit einhergehend zu einer Verringerung der zu fertigenden Losgrößen. Insbesondere die Produktion von Multi-Material-Bauteilen stellt die Industrie vor Herausforderungen, aufgrund der belast-baren Verbindung zwischen artfremden Materialien sowie die zugleich kostengünstige und varianten-flexible Fertigung von kleinen Losgrößen. Das Ziel des Verbundprojektes ist daher die Umsetzung und exemplarische Validierung einer industriell skalierbaren, robotergestützten Prozesskette zur Herstel-lung von Metall-Kunststoff-Bauteilen. Für die Erreichung des Ziels wurden innerhalb des Projektes ver-schiedene Roboterendeffektoren und entsprechende Bahnplanungsansätze entwickelt. Darüber hin-aus standen die Prozessentwicklung der roboterbasierten Fertigung und die experimentelle Erprobung der entwickelten Prozesse im Vordergrund.
Auf Basis der Endeffektoren für die metallseitige Oberflächenstrukturierung und dem endkonturnahen Kunststoff-3D-Druck konnte gezeigt werden, dass die in Aluminium eingebrachten Oberflächenstruktu-ren eine zuverlässige Verbindung zwischen Metall und Kunststoff ermöglichen. Für den innerhalb der Prozesskette anschließenden Fräsprozess wurde eine adaptive Spanerfassung entwickelt, welche die Späne prozessnah erfasst und einen Spanerfassungsgrad von bis zu 95% erreicht. Der Fräsprozess wird dabei über die Erfassung der Spindelleistung geregelt, sodass verschiedene Materialien mit zuge-hörigen Parametern (Vorschub, Spindeldrehzahl) bearbeitet werden können.
Für die exemplarische Validierung der Prozesskette wurde anhand eines Erlanger Trägers (einer weit-verbreiteten Testgeometrie aus dem Bereich der Automobilindustrie) ein Demonstrator gefertigt sowie eine Machbarkeitsstudie an einem Rahmen einer Kniegelenksprothese (Ottobock) begonnen. Hierzu sind Aluminiumgrundkörper erarbeitet worden, auf welchen automatisiert Strukturen zur Verklamme-rung des aufgedruckten Kunststoffs aufgebracht werden konnten. Abschließend wurde das Metall-Kunststoff-Bauteil spanend in seiner Endkontur definiert.
Es ist davon auszugehen, dass die industrielle Anwendung der im Forschungsprojekt untersuchten skalierbaren, robotergestützten Prozesskette die Produktion von individuell gefertigten Bauteilen in kleinen und mittleren Stückzahlen nachhaltig verändern wird.