CAM: Dem Laser leichtes Spiel gemacht

Von Dr.-Ing. Andreas Kach

Der flexible Laserstrahl bietet mit seiner lokal steuerbaren Energieeinbringung sehr gute Möglichkeiten, bestehende Werkzeuge durch gezielte Bestrahlung widerstandsfähiger zu machen oder durch Materialauftrag nachträglich zu verändern. So lassen sich beispielsweise durch das Laserstrahlhärten bei Ziehstempeln oder Schnittwerkzeugen die Standzeiten deutlichen erhöhen. Verschlissene Werkzeuge müssen nicht ausrangiert werden. Ausgebrochene Kavitäten können mittels Laserauftragsschweißen schichtweise aufgebaut und dann wieder auf Maß gefräst werden. Zudem lässt sich sehr schnell auf Form- oder Umrissänderungen reagieren. Damit der Laser den gewünschten Effekt am Werkzeug erzielt, ist die Führung des Laserstrahls entlang spezieller Leitkurven eine unbedingte Voraussetzung. Zudem gilt es, die Technologie perfekt auf die Form abzustimmen.

Schnelle und komfortable Programmierung

Hierbei hilft die Offline-Programmierung. Basierend auf dem 3D-Modell müssen Konturen und Bewegungsbahnen erzeugt werden. Bei den angesprochenen speziellen Fertigungsverfahren gestaltet sich dies um einiges komplexer als beispielsweise beim klassischen Laserstrahlschneiden. In bestehenden Offline-Programmiersystemen, beispielsweise der CENIT FASTSUITE, wurden daher ganz neue Funktionalitäten integriert. Diese ermöglichen eine einfache und komfortable Programmierung. D-Offline-Programmiersysteme für Maschinen und Roboter basieren oftmals auf Standardlösungen, etwa der Product-Lifecycle-Management- (PLM-) Infrastruktur von Dassault Systèmes. Die Vorteile: der Anwender verfügt über eine weltweit akzeptierte Plattform für durchgängige PLM-Prozesse, leistungsfähige und skalierbare Funktionen sowie über etablierte Methoden. Zudem gewährleisten sie die volle Kontrolle über die CAD-Daten sowie deren Logik und eine effiziente Datenübernahme und -aufbereitung. Die Unabhängigkeit von Roboterherstellern sorgt bei einem Roboter-„Zoo“ darüber hinaus für eine standardisierbare Programmiermethodik. Auch die Integration weiterer Roboterhersteller stellt keine Hürde dar.

Mehr Prozesssicherheit

Für das Laserstrahlhärten von Werkzeugen wird ein prismatischer Laserstrahl eingesetzt, der über den zu härtenden Bereich entlang von speziellen Leitkurven geführt wird. Hierbei kommt es infolge konzentrierter Energieeinbringung zu einem schnellen Aufheizen und durch die anschließende Wärmeableitung ins Bauteilinnere zu einer raschen Abkühlung. Moderne Systeme bieten hierzu spezielle Feature-Technologien für Radien- und Schneidkantenbereiche. Ausgehend von geometrischen und technologischen Vorgaben werden die Leitkurven sowie die dazugehörigen Werkzeugbahnen für das Laserstrahlhärten automatisch erzeugt. Wenn die Lasereinwirkfläche in Radienbereichen die Radiusbreite nicht überstrahlen sollte, werden beidseitig nochmals eine oder mehrere Bahnen erzeugt. Einzustellen ist beim Härten von Schneidkanten neben der Geometrie und der Lasereinwirkfläche auch das seitliche Aufmaß der Einwirkfläche zur Schnittkante. Nach Auswahl der zu härtenden Schnittkante wird die Leitkurve – eine speziell korrigierte Mittelpunktsbahn – erzeugt. Die Härtebahnen können anschließend durch die Simulation auch auf Überlappung getestet werden. Dies verhindert ein unerwünschtes Anlassen. Insgesamt führt eine solche Verfahrenstechnik zu mehr Prozesssicherheit und unterstützt den Anwender bei Bahnkorrekturen.

Spezielle Feature-Technologien

Beim schichtweisen Laserauftragsschweißen wird der Zusatzwerkstoff über eine Zuführeinrichtung raupenförmig auf das Werkstück aufgetragen. Gemäß dem heutigen Stand der Technik erzielt man die besten Ergebnisse beim Auftragsschweißen, wenn die Fläche in Teilbereiche – so genannte Auftragszellen mit unterschiedlichen Bearbeitungsrichtungen – aufgeteilt wird. Diese Vorgehensweise stellt einen entscheidenden Durchbruch zur Beherrschung dieser komplexen Technologie dar. Ähnlich wie für das Laserhärten wurde die Konturselektion um eine spezielle Feature-Technologie für das Laserstrahlauftragsschweißen erweitert. Nach dem Spezifizieren der Auftragsaufgabe, zum Beispiel durch Angabe der Soll-/Ist-Flächen und Begrenzungskurven, lassen sich so die Werkzeugbahnen schichtweise erstellen. Wird mehrlagig aufgetragen, entstehen automatisch Offsetflächen als Grundlage für den nächsten Schichtauftrag. Auf diesen Offsetflächen werden Bahnen mit entsprechenden technologischen Events sowie An- und Abfahrtswege angelegt. Die Bahnerzeugung stoppt selbständig, wenn gemäß den Vorgaben keine weitere Schicht erzeugt werden muss. Das bedeutet, der Auftrag entspricht der Soll-Geometrie. Nach der Maschinensimulation des Auftragsschweißens beziehungsweise des Härtens und eingehenden Kollisionsüberprüfungen kann das fertige NC- oder Roboterprogramm ausgegeben und auf die Anlage überspielt werden.
Neue Fertigungstechnologien, egal ob für Roboter oder Maschinen, setzen sich immer dann durch, wenn sie Bestehendes effizienter machen. Gerade in Spezialbereichen wie dem Laserstrahlhärten oder dem Laserauftragsschweißen müssen sich diese neuen 3D-Prozesse schnell und einfach in die Offline-Programmiersysteme integrieren lassen. Daran müssen sich moderne Fertigungslösungen messen lassen.

Vorteile der neuen 3D-Programmierlösungen für das Laserstrahlhärten und Laserauftragsschweißen:

• effizienter Verfahrenseinsatz dank hohem Automatisierungsgrad

• enorme Zeitersparnis

• Aufwandsreduzierung für die Modellaufbereitung durch intelligente Funktionen

• effiziente Programmierung durch automatische Werkzeugbahnerzeugung

• gezielter Investitionsschutz

• spezielle Simulationsfunktionen zur Überlapperkennung sichert das Werkzeug

• Maschinensimulation verhindert Werkzeugkollisionen

• Integrierte Look-Ahead-Funktion reduziert Beschleunigungen und Belastungen der mechanischen Komponenten sowie der Antriebe