Das Robotic Screw Extrusion Additive Manufacturing (Robotic SEAM) ist ein neuartiges 3D-Druck Verfahren welches in der vom DLR Institut für Fahrzeugkonzepte betriebenen hybriden Fertigungszelle Yizumi SpaceA zum Einsatz kommt. Die Anlage ermöglich die Verarbeitung von kostengünstigen Standardgranulaten mit hohen Aufbauraten und kommt z.B. in der Fertigung von Strukturteilen für die DLR Next Generation Car Familie zum Einsatz.
Den Kern der Zelle bilden vier kompakte Einschneckenextruder, die die additive Fertigung auf Basis von Standardgranulaten erlauben und dabei von Industrierobotern geführt werden. Hier werden die räumlichen Freiheitsgrade des Positioniersystems mit der Flexibilität des Extrusionssystems im Bereich der verfügbaren und verarbeitbaren Materialien kombiniert, wodurch bislang von der additiven Fertigung nicht erschlossene Produktbereiche bedient werden können. Es sind insbesondere die hohe Fertigungsgeschwindigkeit, große Bauteildimensionen sowie die Verarbeitung hochgefüllter Materialien z.B. für Strukturbauteile zu nennen.
Neben der rein additiven Fertigung wird auch die hybride Fertigung, also die Kombination verschiedener Verfahrenstypen und Materialien in einem Bauteil, im Projekt untersucht. Beispielsweise können bestehende Halbzeuge oder Bauteile mit additiven Strukturen bedruckt werden, um diese zu verstärken oder anderweitig zu funktionalisieren. Dabei wird die gesamte Prozesskette, vom Bauteildesign, der Qualifizierung von Materialien und Materialkombinationen, über die intelligente Planung und Erzeugung der Roboterbahnen und des Fertigungsdatensatzes bis hin zur Überwachung des Fertigungsprozesses und der integrierten Qualitätssicherung betrachtet.
Digitale Prozesskette für Robotic SEAM
Digitale Prozesskette für Robotic SEAM (oben) und Forschungsfelder am Institut (unten)
Ein besonderer Fokus liegt auf digitalen Verfahren, mit denen die digitale Prozesskette schneller, robuster und einfacher bedienbar und damit die Fertigung verlässlicher und produktiver wird. Die Verfahren beinhalten unter anderem die Entwicklung von KI-Modellen zur Vorhersage des Extrusionsverhaltens und zur beschleunigten Materialqualifizierung, die Entwicklung eines Softwaretools für die Erweiterung des Anwendungsbereiches von additiven Feritungsverfahren, die Entwicklung spezialisierter Slicing-Algorithmen insbesondere für den hybriden Fertigungsansatz, der Aufbau und Einsatz eines digitalen Anlagenzwillings für die Trajektorienoptimierung und ein umfassendes in-line Datenerfassungssystem zur Erzeugung digitaler Bauteilzwillinge.
Additive Fertigung für industrielle Anwendungen im Fahrzeug
Additive Fertigungsverfahren (AM) können die Möglichkeit bieten, den zukünftigen Anforderungen an Mobilität und die dafür benötigten Fahrzeuge zu begegnen. Insbesondere die Aussicht auf (teil-)autonomes Fahren eröffnet neue Nutzungskonzepte und dadurch Ansprüche an eine flexible Struktur und ein individualisierbares Interieur. Hinzu kommt, dass die Modell- und Entwicklungszyklen immer kürzer werden. Diese Entwicklungen stellen eine große Herausforderung an die Produktion und besonders an deren Flexibilität.
Dadurch, dass AM Verfahren in der Regel ohne bauteilspezifisches Werkzeug auskommen, können sie im Prinzip geometrisch verschiedene Bauteile ohne zusätzliche Rüstzeiten nacheinander produzieren. Die Flexibilität ist in dieser Hinsicht also gegeben, jedoch mangelt es den meisten Verfahren an Produktivität und Materialauswahl. Das Verfahrensprinzip des Robotic SEAM adressiert die genannten Limitierungen und kann in neuen Bereichen Einsatz finden, die bislang von konventionellen Verfahren wie Spritzguss bedient wurden. Vor allem die hybride additive Fertigung auf bestehenden Strukturen zur Funktionalisierung und Individualisierung ist an dieser Stelle ein vielversprechender Ansatz.
Additive Fertigungsverfahren (AM) können die Möglichkeit bieten, den zukünftigen Anforderungen an Mobilität und die dafür benötigten Fahrzeuge zu begegnen. Insbesondere die Aussicht auf (teil-)autonomes Fahren eröffnet neue Nutzungskonzepte und dadurch Ansprüche an eine flexible Struktur und ein individualisierbares Interieur. Hinzu kommt, dass die Modell- und Entwicklungszyklen immer kürzer werden. Diese Entwicklungen stellen eine große Herausforderung an die Produktion und besonders an deren Flexibilität.
Additive Fertigung für industrielle Anwendungen im Fahrzeug
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Additive Fertigung für industrielle Anwendungen im Fahrzeug
Additive Fertigungsverfahren (AM) können die Möglichkeit bieten, den zukünftigen Anforderungen an Mobilität und die dafür benötigten Fahrzeuge zu begegnen. Insbesondere die Aussicht auf (teil-)autonomes Fahren eröffnet neue Nutzungskonzepte und dadurch Ansprüche an eine flexible Struktur und ein individualisierbares Interieur. Hinzu kommt, dass die Modell- und Entwicklungszyklen immer kürzer werden. Diese Entwicklungen stellen eine große Herausforderung an die Produktion und besonders an deren Flexibilität.
Ziel dieses Projektes ist es, die Hemmnisse dieses noch jungen Verfahrens zu identifizieren und entsprechende Lösungen zu entwickeln, welche einen breiteren Einsatz ermöglichen und unterstützen. Dies funktioniert nur unter Berücksichtigung der gesamten Prozesskette, insbesondere der digitalen.
