Entwicklung eines Systems zum roboterbasierten CO2-Strahlspanen großvolumiger und geometrisch komplexer Leichtbauwerkstoffe

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Marcus Petermann, seit 5/2022
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Leichtbau, Textiltechnik ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440959989

Das angestrebte System zum CO2-Strahlspanen, bei welchem das Schneidmedium Wasser durch verdichtetes Kohlendioxid ersetzt wird, vereint die Vorteile des Wasserhochdruckstrahl-schneidens und des CO2-Strahlens. Das Verfahren bietet ein stets scharfes Schneidwerkzeug, einen kontinuierlichen Späneabtransport, eine geringe thermische Belastung des Werkstücks sowie eine trockene und rückstandsfreie Bearbeitung. Durch die Sublimation des Schneidmediums kurz nach dem Einsatz entfallen nicht wertschöpfende Reinigungsprozesse, womit das Verfahren direkt als Werkzeugmaschine oder Produktionsverfahren in Prozessketten eingesetzt werden kann. Weiterhin ergeben sich Vorteile für eine Kosten- und Ressourceneffiziente Anwendung, wie sie in modernen Produktionsprozessen angestrebt wird.Dem Konsortium liegen umfangreiche Erkenntnisse aus der eigenen Grundlagenforschung vor. Diese führten mit der Herstellung und Beschreibung eines für diverse Probematerialien temporär schneidfähigen CO2-Freistrahls zum Machbarkeitsnachweis und einem dazugehörigen Patent. Verschiedene technologische und ökonomische Risiken verhindern jedoch noch die Vorbereitung einer möglichen Anwendungs- und Verwertungsphase. Für eine solche bedarf es eines arbeitsfähigen und kontinuierlichen CO2-Freistrahls, eines Nachweises der verfahrens- und fertigungstechnischen Leistungsfähigkeit sowie der ökonomischen Einsatzfähigkeit durch die Bereitstellung eines automatisierten Demonstrators und der Bereitstellung von Erkenntnissen zu möglichen Materialempfindlichkeiten. Daher wird im beantragten Vorhaben die Validierung der anlagentechnischen Voraussetzungen eines kontinuierlichen CO2-Freistrahls sowie der fertigungstechnischen Einsatzfähigkeit für die Bearbeitung von Leichtbauwerkstoffen angestrebt. Darüber hinaus soll die produktionstechnische und wirtschaftliche Einsatzfähigkeit des Gesamtsystems zur robotergestützten Bearbeitung validiert und eine Prototypanlage für den industriellen Einsatz umgesetzt werden.Marktanalysen weisen auf eine zunehmende Verbreitung der unter dem Begriff Oberflächen- und Strahltechnologien zusammenfassbaren Verfahren hin. Sie ergeben, dass es sich im Bereich der Anbieter und Hersteller um einen bedeutenden und KMU-dominierten Wachstumsmarkt mit kleinen, mittleren und großen industriellen Anwendern von der Automobil- über die Medizintechnik bis hin zur Luft- und Raumfahrttechnik handelt. Mit den Alleinstellungsmerkmalen des zu validierenden Verfahrens ist gerade in diesen Branchen mit einem hohen Innovationspotential zu rechnen. Für das Validierungsvorhaben soll der Fokus auf den Bereich der Faserverbundkunststoffe (FVK) gelegt werden. Die Validierung adressiert so einen engen Material-, jedoch einen weiten Branchenbereich. Die zunehmende Bedeutung von Leichtbauwerkstoffen in den Branchen Energie, Luftfahrt sowie in der Automobilindustrie lassen das Anwendungspotential des CO2-Strahlspanens gegenüber diesem Werkstoffspektrum als besonders aussichtsreich erscheinen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: CTC GmbH Stade; FFT Produktionssysteme GmbH & Co. KG
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Stefan Pollak
• Kooperationspartner: Christian Mohnke; Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckhard Weidner, bis 5/2022