Projekt Rob4M

ROBOTIK: vom CAD File zum 3D Bauteil

In der Luftfahrtindustrie spricht man von der Buy to Fly Ratio (BTF oder B2F) die angibt, wie hoch der Werkstoffaufwand (Halbzeug) im Verhältnis zum finalen Produkt (Fertigteil) ist. Dieses Verhältnis kann bei 10:1 oder sogar darüber hinaus liegen, d.h. 100 kg Halbzeug wird benötigt, um ein finales Bauteil mit 10 kg herzustellen (Abbildung 7). Mit dem Rob4M System wird eine Herstellung mit einer Buy to Fly Ratio von 1,5:1 oder kleiner angestrebt.

Die Vision hierbei ist, 3D-Bauteile mit einer Abmessung von > 1 Meter mittels eines „Plasma Metal Deposition“ Verfahrens herzustellen. Als Anwendungsbeispiele seien hier Maschinenbauelemente, Fahrzeugbauelemente (mittelfristig) oder Flugzeugkomponenten (langfristig) genannt.

RHP hat in den vergangenen Jahren das Plasma Metal Deposition Verfahren aufgebaut und genutzt, um das sogenannte 4M System – „Machine for Multi Material Manufacturing“ zu entwickeln. Ein Portalsystem mit 3 Achsen konnte aufgebaut und dabei bereits Bauteile mit Abmessungen von etwa 500 mm sowie auch Multimaterial-Werkstoffe hergestellt werden.

Ziel des Projektes ist der Aufbau einer nächsten Generation zur additiven Herstellung von großformatigen Bauteilen. Bislang gibt es bei der additiven Herstelltechnologie eine große Konzentration auf Pulverbettverfahren. Diese ermöglichen die Herstellung von sehr komplexen Bauteilen, allerdings sind diese in ihrer Größe limitiert durch Aufbauraten, die im Bereich von etwa 0,5 kg/Stunde liegen.

Plasma bzw. Lichtbogen unterstützte Prozesse

Die Anfänge der Nutzung einer auf Lichtbogen (Arc) basierenden Technologie zur Herstellung von Freiflächen wurden in den 1960er Jahren in Deutschland durch Firmen wie Krupp, Thyssen und Sulzer gelegt, die durch Nutzung von Lichtbogenschweißanlagen bereits erste große Bauteile (Ringe/Rohre) mit einfacher Geometrie realisieren konnten. Ein Großteil der Forschungsaktivitäten zur Nutzung dieser Technologie für das additive Fertigungsverfahren beschäftigt sich mit dem Gas Metal Arc Welding (GMAW) bzw. Gas Tungsten Arc Welding oder dem Plasma Transferred Arc (PTA) Welding bzw. dem Plasma Arc Wire (PAW) Welding Verfahren. Diese Schweißverfahren basieren auf der Nutzung eines Lichtbogens und Zuführung von Metallpulvern oder Metalldrähten. Diese Prozesse werden in einem breiten Umfang für das Schweißen sowie Ausbessern von Werkzeugen sowie zum Aufbringen von Verschleißschutzschichten eingesetzt. Während der Laser oder Elektronenstrahl bereits in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, um im Pulverbett oder mittels Auftragsverfahren über Pulver oder Drähten 3D-Konturen zu erzeugen und bereits jahrelang im Einsatz sind, werden die Lichtbogenverfahren, insbesondere das Plasma-Lichtbogen-Verfahren, hauptsächlich für die Herstellung von verschleißbeständigen Schichten, für Oberflächen-Reparaturen oder für das Schweißen eingesetzt.

Im Gegensatz zur Nutzung der Pulverbettverfahren haben die Plasma-Lichtbogen-Verfahren deutliche Vorteile in der Baurate sowie in der Verwendung von Ausgangsmaterialien. Während Pulverbettverfahren eine sehr enge Korngröße mit hoher Sphärizität erfordern und damit sehr teure Rohstoffe eingesetzt werden müssen, verwendet der Plasma Metal Deposition Prozess entweder sehr grobe Pulverfraktionen (die deutlich günstiger sind) oder Draht aus dem Ausgangsmaterial. Besonders bei der Verwendung des Drahtes ergeben sich eine Reihe von Vorteilen wie geringer Sauerstoffgehalt, einfachere Eingangskontrolle oder auch günstigeres Material (bei Standardwerkstoffen im Vergleich zu Pulver).

PMD Plasma Metal Deposition

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