Durchgängige Software-Struktur macht unabhängig von Prozessen Additiv mit Roboter und Lichtbogen

Durchgängige Software-Struktur macht unabhängig von Prozessen

Additiv mit Roboter und Lichtbogen

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Schon probiert, aus CAD-Daten die Programme aller Fertigungsschritte zu generieren? Ein gemeinsames Projekt von Cenit und Fanuc basiert auf dem Ansatz einer hybriden Fertigung. Die Machbarkeit wird in einem beispielhaften Prozess gezeigt, bei dem Auftragsschweißen als additives Verfahren dient.

„Es ist nicht das, wonach es aussieht.“ Ein Roboter schweißt Lage um Lage, legt anschließend das derart aufgebaute Metallteil in eine Robodrill-Maschine, wo es fertig gefräst wird. Das kann man so programmieren.

Bei dem von Fanuc und Cenit initiierten Projekt ist der sichtbare Ablauf auch durchaus wie beschrieben. Im Kern geht es um ein generatives Freiraumverfahren mit standardisierter Schweißtechnik, das mit einer bewährten spanenden Fertigung kombiniert wird. Die Programmierung von Roboter und Bearbeitungsmaschine erfolgt direkt aus den CAD-Daten des Bauteils über eine Programmiersoftware, die additive Verfahren mit der Offline-Programmierung für Roboter und Maschinen sowie moderne CAM-Strategien verbindet.

Additive Verfahren haben einen Stand erreicht, auf dem sie für zahlreiche Industrien attraktiv sind. Auftragsschweißen hat man beispielsweise bei der Reparatur von Turbinen und Generatoren schon zu einer technischen Reife gebracht, als der Begriff „Additive Fertigung“ dafür noch gar nicht gebräuchlich war. Alle einzelnen Prozessschritte beherrscht Fanuc oder trägt mit seinen Maschinen zu diesen Prozessschritten bei. Roboter zum Lichtbogenschweißen, für das Be- und Entladen von Maschinen sowie CNC-Bearbeitungsmaschinen gehören schon lange zur Fabrikautomation.

Für jeden einzelnen Prozessschritt gibt es jeweils spezifisch entwickelte Software. Diese Software ist jedoch immer für die jeweilige Bearbeitung oder auch für das Roboterhandling entwickelt und optimiert worden. Damit gibt es zwischen jedem einzelnen Verfahrensschritt möglicherweise ein Gap, das zu überwinden eine separate Schnittstelle erfordert.

Das muss auch anders gehen. Leo Bartevyan, Senior Account Manager, Digital Factory Solutions, Cenit AG: „Unser Beitrag über die ‚Fastsuite‘ ist die Prozessunterstützung über eine OLP/PLM-Software, die einen neuen Ansatz verfolgt. Dieser Ansatz schafft die Voraussetzungen dafür, dass nicht mehr die Maschine oder der Roboter programmiert werden, sondern der Konstrukteur oder auch das Werkstück mit seinen immanenten Daten selbst die Programmierung mit allen exakten Parametern für die jeweilige Technologie übernimmt.“

Vereinfacht gesagt geht es darum, direkt aus den CAD-Daten eine Roboterbahn oder ein Bearbeitungsprogramm zu generieren. Dabei soll es keine Rolle spielen, ob Material aufgetragen, transportiert oder abgetragen wird. Die Software, die Cenit derzeit entwickelt, stellt bisherige Gewohnheiten nicht nur infrage, sondern wirft sie über Bord. Dennoch: Auf den ersten Blick sieht der additive Prozess mit anschließender Bearbeitung nicht anders aus als ein konventionell programmierter Prozess. Es ist aber eben nicht das, wonach es aussieht.

Für Leo Bartevyan geht es auch nicht darum, den vorhandenen Prozess hier und da zu optimieren: „Wir entwickeln die nächste Software-Generation.“ Diese Software müsse so integrativ und gleichzeitig so flexibel sein, dass sie sich horizontal und vertikal an existierende Hardware und Steuerungsstrukturen anpassen kann. Oliver Moschner-Schweder, Product Manager Arc Welding, Fanuc Deutschland: „Im Fall von Fanuc ist es schon deshalb einfach, weil die Steuerungen von Robotern und die CNC von Bearbeitungsmaschinen grundsätzlich vergleichbar strukturiert sind.“

Es funktioniert „wirklich gut“

Zunächst wird das geplante Werkstück virtuell in einzelne Schichten zerlegt und für jede Schicht die Roboterbahn generiert. Damit hat man einen 2D-Prozess, der vom Lagenschweißen her bekannt ist. Die aus dem CAD-Programm generierten Bewegungsdaten findet Oliver Moschner-Schweder gelungen: „Das funktioniert wirklich gut.“ Getestet wird verständlicherweise mit handlichen Werkstückabmessungen. Eine Anfrage für ein 1500 mm langes Werkstück liegt vor. Grenzen geben die Reichweite des Roboters und der Bearbeitungsraum der Maschine vor. Prinzipiell gibt es für das Auftragsschweißen eine Reihe von sogenannten kalten Verfahren.

Moschner-Schweder: „Mit CMT funktioniert es derzeit am besten.“ Zu achten ist beim „Lichtbogendruck“ darauf, auch in den Randbereichen des Rohlings homogene Schichten zu erzeugen – ein Kriterium, das im Übrigen auch für das viel filigranere 3D-Drucken mit Metallpulver gilt. Die Bearbeitung eines additiv gefertigten Rohlings ist aber allemal schneller zu bewerkstelligen als dasselbe Teil aus dem Vollen zu fräsen und zu drehen. Und das große Plus der Additiven Fertigung: Bestimmte Teile lassen sich überhaupt nur mit solchen Verfahren herstellen. „Das Verfahren“, so Leo Bartevyan, „ist wirtschaftlich optimal für Prototypen, Einzelstücke und kleine bis mittlere Losgrößen geeignet.“

Wo welche Aufmaße zu berücksichtigen sind, wird zukünftiges Kernthema der Versuche. Auch lassen sich derzeit noch keine Prozesszeiten oder gar Einsparungen beziffern. Fest steht allerdings jetzt schon: Mit dem Auftragsschweißen lassen sich in einer vernünftigen Zeit Bauteile mit Abmessungen herstellen, wie es mit Pulverdruckverfahren nicht möglich wäre, jedenfalls nicht wirtschaftlich.

Cenit AG
www.cenit.com

Fanuc Deutschland GmbH
www.fanuc.eu


Die Ausstattung

  • Roboter: Arc Mate 100iD
  • Positionierer: zweiachsiger Dreh-/Kipptisch
  • Offline-Simulation: Roboguide & Fastsuite
  • Bearbeitung: Robodrill
  • Schweißsystem: Fronius TPS/i CMT
  • Softwarebasis: Fastsuite Edition 2 der Cenit AG
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