Fertigungstechnik

Multifunktionale Laserwerkzeuge für Leichtbau und E-Mobility

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Gemeinsam mit drei Industriepartnern entwickelt das Fraunhofer ILT multifunktionale Laserwerkzeuge, die den Spagat zwischen Flexibilität und Produktivität beherrschen.

Schneiden, Schweißen und additiv fertigen mit einem Laser in einer Maschine – diese Innovation steht im Mittelpunkt des NRW-Leitmarkt-Projekts MultiPROmobil und soll der blechverarbeitenden Industrie signifikante Produktivitäts- und Qualitätsvorteile verschaffen. Vier Partner entwickeln darin multifunktionale Laserwerkzeuge, um die wechselhaften produktionstechnischen Herausforderungen neuer, elektromobiler Fahrzeugkonzepte zu beherrschen. Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT koordiniert das Vorhaben, das im November 2018 startete und insbesondere kleine und mittlere Unternehmen anspricht.

Schnell wechselnde Produkte, schwankende Losgrößen und neuartige Fertigungskonzepte zwingen im hybriden Leichtbau für die Elektromobilität zum Spagat zwischen Flexibilität und Produktivität. „In volatilen Märkten ist die Lasertechnik im Zusammenspiel mit der Digitalisierung prädestiniert für eine wirtschaftliche Produktion“, erklärt Dr. Dirk Petring, Gruppenleiter Makrofügen und Schneiden am Fraunhofer ILT und Koordinator des Verbundprojekts „Multifunktionale Robotertechnologie mit universellem Laserwerkzeug für trennende, fügende und additive Fertigungsprozesse im semi-bionischen E-Mobil-Leichtbau – MultiPROmobil“. Gemeinsam mit Bergmann & Steffen, CAE Innovative Engineering und dem Laser Bearbeitungs- und Beratungszentrum (LBBZ) entwickelt das ILT einen multifunktionalen Laser-Bearbeitungskopf und eine Robotertechnologie fürs flexible, wirtschaftliche Fertigen von Blechbaugruppen.

Fliegender Wechsel zwischen den Aufgaben

Zum Einsatz kommt ein Kombikopf von Laserfact, den die Wissenschaftler in den letzten Jahren stetig weiterentwickelten. Er soll künftig nicht nur das integrierte Schneiden und Schweißen sondern auch das Generieren additiver Strukturen ermöglichen. Letzteres funktioniert bereits mit einem austauschbaren Düsenmodul. Aktuell arbeiten die Projektpartner daran, den Kombikopf so zu optimieren, dass er alle drei Prozesse in einer Fertigungsanlage im „fliegenden Wechsel“ ausführen kann – ohne Optik- und Düsenwechsel.

Im Fokus steht zudem die Entwicklung einer intelligenten Auslegungs- und Simulationssoftware für eine optimierte Prozesskette. Mit „Digital Twins“ werden Maschinen, Prozesse und zu fertigende Bauteile von CAE Innovative Engineering digital abgebildet, sodass sich Kennwerte für die Prozessketten ermitteln und verbessern lassen.

Auf Basis der hochflexiblen Prozesskette legen die Projektpartner neue Fahrzeugkomponenten digital aus und erproben und bewerten die entwickelte Technologie. In einer industriellen Umgebung beim LBBZ wird ein Roboter, der alle drei Fertigungsdisziplinen beherrscht, semi-bionische Fahrzeugstrukturen per Laser fertigen. Als erstes Anwendungsbeispiel wird der Dreieckslenker eines Elektrofahrzeugs konstruktiv optimiert und in der multifunktionalen Laser-Roboterzelle ohne Werkzeugwechsel geschnitten, geschweißt und mit additiven Strukturen verstärkt. Eine besondere Bedeutung kommt dabei der Flexibilität der Spanntechnik zu, die von Bergmann & Steffen entwickelt wird. Zukünftig sollen je nach Baugruppengröße und erforderlicher Taktzeit auch mehrere multifunktionale Roboter zum Einsatz kommen.

Die Projektpartner prognostizieren eine Steigerung der Engineering-Effizienz und eine Reduktion der Inbetriebnahmezeiten je um etwa 30 %. Zudem wollen sie die Stückkosten und den Ressourcenverbrauch um mindestens 20 % reduzieren. „Mit der agilen, lasergestützten Fertigung lassen sich Prozessketten fürs Herstellen von Blechbaugruppen mit Blick auf das schrittweise Einführen der Elektromobilität flexibel und skalierbar gestalten«, so Petring.

Die am ILT entwickelt Technik mit dem Kombikopf von Laserfact kommt in der Industrie bereits zum Einsatz. MultiPROmobil spricht mit der Weiterentwicklung nun insbesondere kleinere und mittlere Unternehmen an, die einen wichtigen Beitrag zum Zukunftsmarkt der E-Mobility leisten.

Das Projekt wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung und des Landes NRW gefördert. (mw)

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