Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »AdaptCAD«
Industrielle Werkstücke bestehen oft nicht mehr aus einfachen Geometrien wie Zylinder- oder Kegelflächen, sondern aus dreidimensionalen Oberflächen, die sich mit konventionellen Fertigungsverfahren wie dem Fräsen nur in simultan fünfachsigen Prozessen fertigen lassen. Gleichzeitig wächst am Markt der Wunsch nach kundenindividuellen Produkten für die Bauteile oft in sehr kleinen Stückzahlen gefertigt werden. Für das hochkomplexe Design von Bauteilen werden heute computerbasiert 3D-CAD-Modelle erstellt. Der Fertigungsplaner kann anschließend die geplante Fertigung durch modellgestützte Maschinensimulationen vorab prüfen.
Allerdings sind selbst bei einer präzisen Planung das 3D-CAD-Modell und das reale Werkstück meist nicht deckungsgleich. Die Ungenauigkeiten des Modells ziehen sich durch die folgenden Produktionsprozesse und in der Simulation werden nicht alle realen Effekte berücksichtigt. Dadurch können Fehler während der Fertigung entstehen und die geforderte Bauteilqualität und Abmessungen nicht erreicht werden. Meist sind mehrere Durchläufe von Planung, Simulation und Fertigung nötig, um das gewünschte Fertigungsergebnis zu erzielen. So entstehen nicht nur hohe Durchlaufzeiten, sondern auch ein hoher Ausschuss.
Schnellerer Algorithmus für CAD-Modelle verbessert die Bauteilqualität
Ziel des Projekts »AdaptCAD« war es, Abweichung zwischen dem 3-D-CAD-Modell und dem realen Bauteil zu erkennen und zu minimieren. Indem das CAD-Modell an das tatsächliche Fertigungsergebnis angepasst wird, wird der Planungsaufwand für Folgeprozesse signifikant reduziert.
Um das Projektziel zu erreichen, konstruierte das Team im ersten Schritt ein 3-D-CAD-Modell des Demonstrator-Bauteils. Während des Fertigungsprozesses wurden mithilfe geeigneter Erfassungslösungen hochfrequente Maschinen- und Sensordaten der Werkzeugmaschine erfasst. Diese wurden automatisiert in eine Datenbank übertragen und strukturiert gespeichert.
Die Daten nutzte das Team, um die tatsächliche Geometrie des Werkstücks mit dem im Vorfeld konstruierten CAD-Modell abzugleichen und das Modell entsprechend der Abweichungen anzupassen.
Neuer Algorithmus adaptiert dreidimensionale Modelle und ermöglicht die angepasste Bahnplanung von Folgeprozessen
Die zentrale Aufgabe im Projekt war die Entwicklung eines Algorithmus, der erstmals die Adaption von dreidimensionalen Modellen erlaubt. Als Basis diente ein bereits bestehender Algorithmus für die zweidimensionale Modellierung, den das Aachener Forscherteam für die dreidimensionale Modellierung erweiterte und optimierte. Dabei galt es, ein Modell nicht nur auf numerischer Basis zu konstruieren, da numerische Modelle entweder ungenau sind, oder zu lange Rechenzeiten benötigen. Zudem lassen sich numerische Modelle nur schwer für die CAM-Bahnplanung von Folgeprozessen verwenden.
Der »AdaptCAD«-Ansatz basiert auf einem analytischen Modell. Mit diesem Verfahren konnten die Projektpartner direkt auf dem angepassten CAD-Modell die Bahnplanung der Folgeprozesse vornehmen.
Der Algorithmus wurde in ein kommerzielles CAD/CAM-System integriert. Im letzten Projektabschnitt fertigte das Team gemeinsam mit einem Partner aus dem Automobilsport in mehreren Versuchsreihen erfolgreich Demonstratorbauteile.
Projektpartner
- CP autosport GmbH, Büren
- Exapt Systemtechnik GmbH, Aachen
- ModuleWorks GmbH, Aachen
Projektförderer
Das Forschungsvorhaben »AdaptCAD« wurde vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) in Nordrhein-Westfalen gefördert.
Projektträger
Projektträger Jülich, Forschungszentrum Jülich GmbH