Kinematische Schmelzbadbeherrschung für die additive Fertigung mit Hochleistungswerkstoffen im Lichtbogenschweißverfahren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Burkhard Corves; Professor Dr.-Ing. Uwe Reisgen
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Fügetechnik und Trenntechnik ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442454814

Die additive Fertigung mit Lichtbogenschweißverfahren gehört gemäß ISO/ASTM 52900 zur Prozesskatogerie DED-Arc (Direct Energy Deposition Arc). Unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit ist die additive Fertigung mit dem Plasmaschweißverfahren insbesondere für die Reparatur (z.B. Verschleißausgleich) oder Erweiterung bestehender Bauteile (z.B. Rohrflansch) aus Hochleistungswerkstoffen von großem Interesse. Um auf beliebigen Oberflächen additiv zu fertigen, wird eine Kombination aus Trajektorienplanung auf Basis realer Oberflächen und einem stabilen Materialauftrag benötigt. Beide Aspekte sind in Bezug auf das WIG- oder Plasmaschweißverfahren weitestgehend unerforscht. Das zu entwickelnde ROS2-basierte System bietet hierfür eine hervorragende Basis, da Kinematik, Sensorik und Aktorik in einem offenen System verschmolzen werden. Viele bereits vorhandene Funktionen lassen sich zu diesem Ziel (im Zuge der Fortsetzung) hin weiterentwickeln. Zentraler Befähiger ist der Zugriff auf die drei Ebenen der Offline-, In-Process- und Real-Time Planung/Regelung und der kooperativen Umsetzung zwischen Schweißtechnik und Robotik. Abweichend zum Vorgängerprojekt soll die Prozesskette aufgebrochen werden, durch den Einsatz von dualen Quaternionen ergänzt, und die Planungszyklen pro Pfadsegment durchlaufen werden. Dies öffnet die Planung für Analysen (bspw. auf Basis eines Laser-Linien-Scanners) und einer darauf erneut angepassten in-Process Pfad- und Trajektorienplanung. Ein real-time Zugriff auf die Trajektorie ermöglicht weiterhin die Anpassung der Trajektorie im Prozess (bspw. als Abstandsregelung zwischen Bauteil und Schweißbrenner, vergleichbar zu AVC jedoch in 6D). Als Bedingung für eine fehlerfreie Ausgangsbasis der Offline-Planung soll zunächst eine automatisierbare Kalibrierung der Komponenten Roboter, Schweißkopf und Sensor zueinander umgesetzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Markus Schmitz; Dr.-Ing. Rahul Sharma