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Hauptzeitparallel kombinierte Prozesse bieten Vorteile

Hybride Produktionstechnik: Entscheidender Beitrag zum Ausbau der Technologieführerschaft
Hauptzeitparallel kombinierte Prozesse bieten Vorteile

Hauptzeitparallel kombinierte Prozesse bieten Vorteile
Neuer Verfahrensansatz und systemtechnische Umsetzung des laserunterstützten Fräsens Bild: IPT
Der Erhalt von Arbeitsplätzen in Hochlohnländern stellt die Produktionstechnik vor die Herausforderung zum weiteren Ausbau der Technologieführerschaft. Die hybride Produktionstechnik kann hierzu einen entscheidenden Beitrag leisten. Die Prozess-Komplexität hybrider Technologien erschwert das Kopieren.

Der Begriff „Hybrid“ wird in der Produktionstechnik sowohl prozessseitig als auch systemseitig verwendet. Hybride Prozesse sind dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Mechanismen miteinander hauptzeitparallel kombiniert werden. Ziel ist es, die Nachteile von einzelnen Verfahrensmechanismen durch die Verfahrenskombination zu reduzieren oder durch eine gezielt lokale Manipulation der Werkstoffeigenschaften die Bearbeitungsprozesse effizienter zu gestalten, indem Prozesskräfte und der Werkzeugverschleiß reduziert und die Leistungsfähigkeit gesteigert werden.

Die laserunterstützte Hybrid-Bearbeitung kombiniert beispielsweise eine laserinduzierte Werkstoffentfestigung mit der konventionellen Bearbeitung wie der Zerspanung (Drehen, Fräsen, Bohren), dem Umformen (Drückumformen, Tiefziehen, Biegen, Prägen) oder dem spanlosen Scherschneiden. Mit dem laserunterstützten Drehen und Fräsen können sprödharte Hochleistungskeramiken mit geometrisch bestimmter Schneide bearbeitet werden. Neueste Entwicklungen ermöglichen eine in der Frässpindel integrierte Laserstrahlführung. Hierbei wird der Laserstrahl vor der rotierenden Schneide ausgekoppelt und synchron zur Spindeldrehung gepulst, so dass ausschließlich die Zerspanungszone vor dem Schneideneingriff bestrahlt und hierdurch entfestigt wird.
Im Vergleich zu bisherigen Ansätzen des laserunterstützten Fräsens (Positionierung des Laserbrennflecks vor dem Fräswerkzeug) konnten die Prozesskräfte und der Werkzeugverschleiß beim Bearbeiten von Inconel und Siliziumnitridkeramik signifikant reduziert werden. Mit dem laserunterstützten Drückumformen wird der Umformgrad des Bauteils lokal in der Umformzone deutlich gesteigert. Das laserunterstützte Scherschneiden ist ein neues Hybrid-Verfahren, das erstmals konventionelle Stanz-/Nibbelmaschinen wie auch Exzenterpressen dazu befähigt, im Normalschneidverfahren durchgängige Glattschnitte bei gleichzeitiger Reduktion der Schneidkräfte, des Schnittschlags und der Geräusch-Emissionen zu erzielen. Die Überlagerung von Ultraschallschwingungen mit einem Schleifprozess ermöglicht eine Steigerung der Abtragsvolumina bei gleichzeitiger Reduzierung des Schleifscheibenverschleißes. In der industriellen Praxis hat sich das ultraschallunterstützte Schleifen bereits zum Bearbeiten von keramischen Zahnimplantaten etabliert.
Hybride Produktionsmaschinen sind dadurch gekennzeichnet, dass sie mechanische, thermische oder auch chemische Bearbeitungsverfahren in einer Maschine abbilden. So ermöglicht zum Beispiel die Kombination der konventionellen Zerspanung (Drehen, Fräsen, Bohren) mit der Lasermaterialbearbeitung (Laserhärten, Laserauftragschweißen, Laserstrukturierung) die vollautomatische Komplettbearbeitung in einer Aufspannung der Bauteile bei durchgängiger Prozessdatenkette. Durch diese Funktionalitätserweiterung von Werkzeugmaschinen wird die Fertigungsflexibilität und -tiefe insbesondere bei der Fertigung komplexer Bauteile, etwa für den Werkzeug- und Formenbau, erhöht. Hierdurch werden Liege-, Rüst- und Transportaufwände reduziert, so dass sich die Durchlaufzeiten verkürzen. Hybride Werkzeugmaschinen sind bereits seit vielen Jahren in der Industrie etabliert. Lb/hw
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