RapidSheet

Schnelle Prototypenerstellung von Blechteilen mit intelligenten 3D-Druckwerkzeugen

Die wirtschaftliche Herstellung von kundenspezifischen Blechteilen in kleinen Losgrößen ist eine Herausforderung in der industriellen Produktion. Da das konventionelle Tiefziehen teure Werkzeuge erfordert, ist die inkrementelle Blechumformung (IBU) eine geeignete Alternative. Dabei formt ein Umformstempel das Blech über ein Gegenwerkzeug um. Anstelle eines mit einer separaten Werkzeugmaschine gefrästen Gegenstempels soll im Projekt RapidSheet eine additive Fertigung des Gegenstempels mit dem IBU-Verfahren in einer einzigen Werkzeugmaschine kombiniert werden. Um nicht nur die Geschwindigkeit, sondern auch die Genauigkeit des IBU-Verfahrens zu erhöhen, muss die Geometrieabweichung, die durch die Durchbiegung des Umformstifts entsteht, korrigiert werden. Zu diesem Zweck wird eine prozessbegleitende Messung der Werkzeugdurchbiegung untersucht.

Um die Werkzeugdurchbiegung optisch mit geringer Unsicherheit in einem großen Bearbeitungsvolumen zu messen, wird ein neuartiges Multisensorsystem aufgebaut, bei dem jeder Sensor aus einem Kamerachip und einer Maske besteht. Eine an der Werkzeugspitze angebrachte LED wirft einen Schatten auf die Kamera, so dass die Position der Werkzeugspitze aus dem Bild des Schattens ausgewertet wird. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass eine seitliche Positionsmessunsicherheit eines einzelnen Sensors von weniger als 15 µm bei einem Blickwinkel von ±4,3° und einem Abstandsbereich zwischen 100 mm und 500 mm erreicht werden kann. Damit sind die Anforderungen an die Sensorik bereits erfüllt. Allerdings erweist sich die Messunsicherheit der axialen Positionskomponente mit einem einzelnen Sensor für die Messung der Werkzeugdurchbiegung als nicht ausreichend. Daher muss die axiale Komponente durch Triangulation mit den Daten der benachbarten Sensoren bestimmt werden.

Nun soll das Multisensorsystem mit dem Ziel einer dreidimensionalen Positionsmessung mit ausreichender Unsicherheit im gesamten Bearbeitungsvolumen realisiert werden. Weiterhin wird ein handelsüblicher Beschleunigungssensor eingebunden, der die hochfrequenten Auslenkungen misst. Schließlich wird das kombinierte Messsystem bei einer in-situ Messung der Werkzeugauslenkung im IBU validiert.

Laufzeit:01.01.2021-31.12.2022
Fördergeber:BMWK - Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
Förderprogramm:CORNET - Collective Research Networking
Förderkennzeichen:290 EBG
Projektträger:AiF - Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V.
Partner: