Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »DelTAM«
Alles aus einem Guss: Produktionstrend Megacasting
Ein Automobil besteht aus vielen Teilen, die in konventionellen Verfahren separat konstruiert, gefertigt und aufeinander abgestimmt sein müssen. Die Fertigung und die Montage der einzelnen Komponenten sind zeit- und kostenaufwendig. Um diese kleinteilige und komplexe Fertigung zu optimieren, kristallisiert sich in der Automobilproduktion der Trend zum sogenannten »Megacasting« heraus.
Bei diesem Verfahren werden großformatige Aluminiumbauteile in eine zusammenhängende Gussform gegossen, anstatt für jedes Einzelteil eine eigene Form vorzuhalten und diese abschließend zu montieren. Das eingesetzte Druckgussverfahren ist bereits seit vielen Jahren in der Automobilindustrie bekannt. Die skalierten Prozesse für diese Art von Großbauteilen werden »Megacasting« oder auch »Gigacasting« genannt. Massive Karosseriebauteile lassen sich auf diese Weise schnell und nachhaltig fertigen. Einige namhafte Automobilunternehmen wie Tesla oder VW, setzen dieses Gießverfahren in bereits in ihrer Produktion ein.
Werkzeugform und Bauteil mit dem Laser bearbeiten
Doch der Effizienzsteigerung durch weniger Montageschritte der Einzelteile stehen höhere Aufwände für die Nachbearbeitung, teurere Werkzeugformen sowie eine herausfordernde Verteilung der Schmelze entgegen. Um alle Bearbeitungsschritte des Pre- und Postprozesses effizient und automatisiert durchzuführen, brauchen produzierende Unternehmen neue, auf den Anwendungsfall abgestimmte Lasertechnologien.
Hier setzt ein Deutsch-Koreanisches-Konsortium mit dem Forschungsprojekt »DelTAM« an: Das Forschungsteam entwickelt im Projekt ein multifunktionales 6-Achs-Lasersystem, mit dem sich Aluminiumgussteile automatisiert bearbeiten lassen.
Schneiden, Entgraten, Strukturieren und Beschichten – im Projekt kommen verschiedene Lasertechnologien zum Einsatz: Als vorbereitende Prozessschritte strukturiert und beschichtet das Projektteam die Werkzeugform mit dem Laser, um eine optimale Verteilung der Schmelze im Werkzeug und einen hohen Verschleißschutz für eine langlebige Druckgussform zu erzielen. Auch bei der Nachbearbeitung setzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf die Hochleistungs-Laserstrahlung, um überschüssiges Aluminiumgussmaterial zu entfernen und Rauheiten auf dem Bauteil zu entgraten.
Die automatisierte Bearbeitung des Aluminiums mit dem Laser ist auch deshalb eine besondere Herausforderung, weil das Material stark reflektiert und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Um die Komplexität der großen Druckgussbauteile zu beherrschen, führen die Roboter flexible 6-Achs-Bewegungen mit einem großen Abstand zwischen der Laseroptik und dem Bauteil durch.
Deutsch-Koreanisches Know-how für die effiziente und nachhaltige Produktion
Während das Fraunhofer IPT und das Fraunhofer IAPT die Lasersysteme Prozesse entwickeln, liegt der Schwerpunkt der koreanischen Projektpartner auf der Automatisierung und Digitalisierung der Bearbeitungsprozesse. Sie optimieren den Fertigungsprozess unter anderem durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI).
Das Lasersystem vereint vielfältige Lasertechnologien, KI-gestütztes Machine Learning und 6-Achs-Robotik in einer Anwendung. Es erlaubt damit eine präzise Bearbeitung aus mehr als 300 mm Entfernung und generiert automatisch an das Produkt angepasste Bearbeitungspfade.
Besonders Zulieferer für die E-Mobilität profitieren von den digitalen und real-time-fähigen Bearbeitungskonzepten durch Schnelligkeit, Materialeinsparung, Bearbeitungseffizienz und Präzision: Die Gussbauteile lassen sich damit rund 30 Prozent schneller herstellen als mit den konventionellen Verfahren. Der Anteil der manuellen Nacharbeit reduziert sich sogar um die Hälfte. Bis zu 10 Prozent eingespartes Material führt zu einer weiteren Verringerung der Herstellungskosten. Damit leistet das Projekt nicht nur einen Beitrag zu den deutschen und koreanischen Nachhaltigkeitszielen, sondern und spart durch die hochflexible und automatisierte Produktion großer Gussbauteile gleichzeitig Kosten in der industriellen Fertigung.
Projektkonsortium
Projektkoordination: Yulimtech, Korea
Projektpartner
- DRAutotech, Korea
- EVLaser, Korea
- Korea Textile Machinery Convergence Research Institute, Korea
- Daegu Mechatronics & Materials Institute, Korea
- Korea Automotive Technology Institute, Korea
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Deutschland
- Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT, Deutschland
Förderhinweis
Fördergeber: Ministry of Trade, Industry and Energy of South Korea (MOTIE)
Förderprogramm: Joint R&D Project of the Global Industrial Technology Cooperation Center (GITCC)
Förderkennzeichen: P246800137
Projektträger: Korea Institute for Advancement of Technology (KIAT)