BCT: Individuelle Bauteile automatisiert bearbeiten

Zum Beispiel im Werkzeug- und Formenbau sowie bei der Herstellung und Reparatur von Triebwerkskomponenten unterscheidet sich die reale Bearbeitung vom zuvor geplanten Vorgehen. Bauteile sind nicht an der Position und in der Orientierung gespannt wie vorgesehen, oder sie weisen individuelle Form-Unterschiede z.B. auf Grund fertigungsbedingter Schwankungen oder Abnutzungen durch den Betrieb auf. Die Berücksichtigung dieser Abweichungen erfordert meist eine aufwendige, manuelle Bearbeitung. Doch das muss nicht sein!
BCT-Lösungen erfassen Position und Form jedes einzelnen Werkstücks vor der Bearbeitung und übertragen eine vordefinierte Strategie auf diese Bauteile. Für jedes Bauteil gesondert, und trotzdem automatisiert! Das nennen wir Adaptive Bearbeitung. Erfahren Sie hier mehr über Entwicklungen, Anwendungen und Lösungen. Fragen Sie uns, wie wir auch Ihre Probleme lösen können!

Ihre Vorteile:

+ Automatische Berücksichtigung individueller Bauteilformen.
+ Entfall eines langwierigen manuellen Ausrichteprozesses.
+ Reduzierung der Anforderungen an die Vorrichtung, was wiederum die Kosten senkt.
+ Verringerung des Ausschusses.
+ Minimierung der manuellen Nacharbeit.

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OpenARMS

Ist neben variirender Aufspannlagen auch die individuelle Form der Bauteile zu berücksichtigen, so kommt BCT’s System OpenARMS (open Adaptive Repair and Manufacturing Software) zum Einsatz.  Die Einbindung unterschiedlicher CAD- und NC-Formate, erlaubt eine reibungslose Zusammenarbeit mit kundenspezifischen Systemen. OpenARMS lässt sich an verschiedenste NC-Steuerungen anschließen und das integrierte Messmodul unterstützt taktile oder optische Sensoren. Basierend auf Information über das aktuelle Bauteil erfolgt die geometrische Anpassung der Fertigungsprogramme, bei der Vorgaben automatisch auf jedes einzelne, individuell geformte Bauteil übertragen werden. Die enge Anbindung an NC-Maschinen ermöglicht – trotz individueller Unterscheide der Bauteile – eine automatische Bearbeitung, ähnlich einer Serienfertigung.

OpenARMS bildet das Bindeglied zwischen der CAD/CAM-Beschreibung der Bauteile und den realen, individuellen Bauteilen. Die Adapation ist nicht auf spezielle Fertigungsverfahren beschränkt. So werden Turbinenschaufeln gefräst oder geschliffen, das Laser-Pulver-Auftragschweissen gewinnt durch Anpassung der Bahnen an Präzision. Bei der Bearbeitung von Kohlefaser-Verbundbauteilen ermöglicht OpenARMS einen gezielten Materialabtrag als Vorstufe einer Reparatur…

Erfahren Sie mehr über Entwicklungen, Anwendungen und Lösungen, oder Testen Sie uns!
Broschüre

Ihre Vorteile:

+ Berücksichtigung individueller Form und Lage der Bauteile
+ Integrierte Erfassung von Bauteil-Form und -Lage, optisch oder taktil
+ Automatisierte Bearbeitung durch direkte Anbindung an die Bearbeitungsmaschinen
+ Einhaltung enger Toleranzen, auch bei individuellen Formen

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Fan
Neuteil: Bei der End-Bearbeitung geschmiedeter Rohlinge werden Schwingungsdämpfer (Snubber) entsprechend der Soll-Geometrie (nominal) gefräst: Durch Adaption wird ein einen sanften Übergang in die Schaufelfläche erreicht. Andere Anwendungen sind die Profilierung der Ein- und Austrittskanten sowie die Bearbeitung der Plattform.
Reparatur: Re-Konturieren der Eintrittskante

Verdichter
Neuteil: End-Bearbeitung linear reibgeschweisster Blisks
Reparatur: Re-Konturieren aufgeschweisster oder gepatchter Tips bzw. Ein- und Austrittskanten. Auftragschweissen für Tip-Repair

Brennkammer
Reparatur: Bei der Riss-Reparatur helfen adaptive Systeme, komplexe Reparaturen/Schweissprozesse zu automatisieren. Hierbei werden geeignete Strategien abhängig von der Schadensgröße ausgewählt.

Turbine 
Reparatur: Bei einer Tip-Reparatur erfasst OpenARMS die individuelle Form und Lage der jeweiligen Schaufel berücksichtigt diese bei der anschließenden Re-Profilierung durch Fräsen/Schleifen. siehe Systemintegration.
Reparatur: Unterstützung des Schweissprozesses zum Wiederherstellen der Dichtprofile im Bereich des Tips.

Turbinen-Leitschaufeln
Reparatur: Hohe Belastungen führen zu einer Veränderung des Schaufel-Profils. Nach einem vorhergehenden Lötprozess ermöglicht die Adaptive Bearbeitung das automatisierte Reprofilieren und damit die Wiederherstellung der Treibwerksleistung.

Blisk-Fertigung
Neuteil: OpenARMS entfernt die beim Reibschweissen von Blisks benötigten Halte-Elemente und erzeugt einen sanften Übergang in den Ringraum. Der kompletten Arbeitsablauf (Messung, Berechnung, Ausführung) wird durch OpenARMS kontrolliert.

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Nachbearbeitung gedruckter Bauteile
Nach dem „Druck“ werden Funktionsflächen, Bohrungen und andere funktionale Elemente durch subtraktive Verfahren wie Fräsen erstellt, für den Bauprozess benötigte Stützstrukturen entfernt. Trotz fertigungsbedingter Schwankungen der Geometrie ermöglicht die Adaption sanfte Übergänge zwischen den einzelnen Bereichen.

Hybride Bearbeitung
Hybride Fertigungsverfahren innerhalb einer Maschine sind aktuelle Einsatzbereiche für die Adaptive Bearbeitung, die hierbei sowohl den LMD Materialauftrag sowie das anschließende Reprofilieren durch Fräsen oder Schleifen unterstützt.
Eine weitere Anwendung besteht in der Anbringung/Addition spezieller Funktionselemente auf Basisbauteilen mittels Laserauftragschweissen (mass customisation).

Hybride Maschinen
Bei der Reparatur von Turboladern kontrolliert OpenARMS die Kombination aus additiven und subtraktiven Prozessen (hybrid). Nach dem Ausfräsen von Beschädigungen, werden diese auf derselben Maschine mit Material aufgefüllt und anschließend beigearbeitet.

In gleicher Weise lassen sich auch abgenutzte Werkzeuge lokal reparieren. Beschädigte Bereiche werden entfern, der Materialauftrag wird vorbereitet. Im Anschluss an den Materialauftrag stellt ein Fräsprozess die gewünschte Geometrie wieder her.

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Neuteil: Bei vielen Schritten der Composite-Fertigung bereiten Geometrieabweichungen Probleme. Die Automatisierung mit konventionellen NC-Prozessen stößt hierbei an die Grenzen. Mit der geometrisch adaptiven Bearbeitung lassen sich diese Aufgaben jedoch meistern.

Verglichen mit der relativ einfachen Montage metallischer Komponenten ist die Montage von Composite-Bauteilen auf Grund großer Abmessungen und Formabweichungen aufwendiger. Dabei nimmt die Größe der Bauteile stetig zu. Durch die gleichzeitig reduzierten Toleranzen wird eine geometrisch adaptive Bearbeitung immer wichtiger.

Typische Anwendung von OpenARMS-PostM sind das adaptive Nachfräsen von Bauteilen mit Aufmaßen (sacrificial machining) sowie das Post-machining von Kontaktflächen zur Verringerung des Aufwands beim nachfolgenden Shimming.

Reparatur: Kohlefaserbauteile weisen häufig individuelle Formen/Beschädigungen auf, deren Reparatur ein großflächiges Entfernen erfordert (Scarfing). Diese per Hand auszuführen ist sehr belastend. Die Adaptive Bearbeitung kann eine Reparatur automatisiert vorbereiten, indem das Bauteil zunächst gescannt wird und basierend darauf dann eine Anpassung der Bearbeitung erfolgt.

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Die BCT Lösung zur Berücksichtigung individueller Bauteilformen

Im Gegensatz zur klassischen Fertigung berücksichtigt die Adaptive Bearbeitung neben der individuellen Aufspann-Situation auch die individuelle Form der jeweiligen Bauteile. BCT’s Systeme realisieren damit die automatische Bearbeitung individueller Bauteile. Die Adaptive Bearbeitung setzt die Kenntnis des Soll-Zustands und der aktuellen, realen Situation voraus. Der Unterschied dient als Eingabe zur Berechnung einer angepassten, adaptierten Bearbeitung.
Der Soll-Zustand wird meist im CAD/CAM System (1/2) definiert. Zum Importieren stehen CAD/NC-Schnittstellen zur Verfügung. Die Offenheit des BCT Systems ermöglicht eine Zusammenarbeit mit unterschiedlichen CAD/CAM-Systemen. Anwender können immer die für die Aufgabe am besten geeigneten Werkzeuge einsetzen.
Der Ist-Zustand (3) wird entweder direkt taktil oder optisch erfasst, oder Messwerte anderer Systemen werden eingelesen. Das Ergebnis der Adaption ist ein an Position und/oder Bauteilgeometrie angepasstes NC-Programm (4). Zur automatisierten Bearbeitung lassen sich die BCT-Lösungen an NC-Maschinen oder Roboter mit unterschiedlichen Steuerungen anschließen

Die Adaptive Bearbeitung optimiert so z.B. die Fertig-Bearbeitung geschmiedeter Rohteile. Die Reparatur hochwertiger, individuell geformter Bauteile (z.B. Turbinenschaufeln) wird durch Erfassung und Berücksichtigung der jeweiligen Geometrie erst möglich. Achtung: Die Adaption ist nicht auf spezielle Fertigungsverfahren beschränkt. Neben Fräsen und Schleifen unterstützen wir auch generative Verfahren (3D-Druck) z.B. durch die Anpassung der Bahnen zum Laser-Auftragschweissen. Aber, bei allen Anwendungen bildet ein vom Kunden/BCT vordefiniertes NC-Programm den Ausgangspunkt für eine Anpassung.

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OpenFIT

Bei der Bearbeitung von Bauteilen ist deren exakte Ausrichtung häufig ein Problem. Gründe sind z.B. fertigungs-bedingte Abweichungen der einzelnen Bauteile, einfach gehaltene Vorrichtungen oder aber Unterschiede bei deren Handhabung:
– trotzdem muss die Bearbeitung  an der geplanten Position erfolgen
– trotzdem sind Aufmaße bei der Bearbeitung gegossener/gedruckter Rohteile zu berücksichtigen, um die Fertigteil-Geometrie in das Rohteil ‚einzupassen‘.
Zusätzlich soll die Lösung:
– das CAM System möglichst nicht belasten
– bereits berechnete NC-Programm übernehmen
– die Eigenschaften der verwendeten Maschine und der Vorrichtung berücksichtigen

Mit OpenFIT lösen Sie solche oder ähnliche Aufgaben!
Zuerst importiert man das CAD-Modell des Bauteils/der Vorrichtung sowie das Bearbeitungsprogramm.
Definition und Ausführung der Messungen zur Lage-Erfassung der Bauteile innerhalb der Maschine erfolgen mittels integriertem Messmodul (taktiles Messen). Eine direkte Kommunikation mit der NC-Steuerung ermöglicht den automatischen Transfer von Mess-Programm und -Ergebnis.
Basierend darauf passt OpenFIT die Bearbeitung durch Berechnung einer neuen Orientierung an. Die Abweichungen ziwschen Soll und Ist-Lage werden minimiert. Es besteht sogar die Wahl, das NC-Programm selbst anzupassen, oder, noch eleganter, nur die neue Orientierung an die Maschine zu senden. Hierbei bleibt das NC-Programm unverändert! Es ändert sich lediglich die Orientierung, in der es ausgeführt wird.

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Mit dem Funktionsumfang BestFIT passen Sie Position und Orientierung einer geplanten Bearbeitung an.

Mit der erweiterten Funktionalität von VolumeFIT berücksichtigen Sie zusätzlich die Aufmaße an den Bearbeitungsbereichen und gewährleisten, dass hier entsprechendes Material für eine sichere Prozessführung zur Verfügung steht.
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Ihre Vorteile:

+ Entfall eines langwierigen, manuellen Ausrichteprozesses.
+ Senkung der Anforderungen an die Vorrichtung und damit verbundene Kostenreduzierung.
+ Kontrolle über das Bearbeitungs-Aufmaß (VolumeFIT)
+ Einbindung in den derzeitigen Prozessablauf ohne großen Aufwand
+ Keine Neuberechnung des NC Programms durch CAM nötig
+ Keine Änderung des NC-Programms bei „Frame“ Übertragung

Serienteile eingespannt in eine einfache Vorrichtung weisen Unterschiede in der Orientierung auf. Die Lage der Bauteile wird gemessen. Die NC-Programme werden entweder direkt angepasst oder unverändert(!) innerhalb eines neuen Koordinatensystems auf der Maschine ausgeführt.

Bohrungen, Passungen und Funktionsflächen werden nach dem eigentlichen Druck mittels klassischer Fertigungsmethoden wie Fräsen oder Bohren erstellt. Zur korrekten Orientierung der Bearbeitungen wird die Lage des Bauteils innerhalb der NC Maschine gemessen. Zur Steigerung der Genauigkeit berücksichtigt die Kompensation dabei zusätzlich die durch die Konstruktion noch verbliebenen Freiheitsgrade der Vorrichtung.

An größeren Gussteilen sind Flansche etc. zu bearbeiten. Dazu wird die Lage des Bauteils als auch das lokale Aufmaß an den Bearbeitungsstellen berücksichtigt. Die Information über Lage/Aufmaße erhält man entweder durch direktes Messen in der Bearbeitungsmaschine, oder durch den Import extern gemessener Daten.

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OpenSCAN

Um individuell geformte Bauteile oder spezielle Aufspannsituation im Rahmen einer adaptiven Bearbeitung berücksichtigen zu können, müssen zunächst die Unterschiede zur nominellen Situation (CAD) ermittelt werden. Hierzu verfügen alle adaptiven Systeme über integrierte/angeschlossene Messtechnik.

Im einfachsten Fall lassen sich die Unterschiede mit schaltenden Tastern ermitteln. Meist sind sie bereits vom Maschinenhersteller in NC-Maschinen integriert und ermöglichen verlässliche Messungen einzelner Punkte. Die BCT Lösungen zur Adaptiven Bearbeitung verfügen über integrierte Mess-Module mit denen sich Messabläufe definieren und Ergebnisse anzeigen lassen.

Erfordert die Bearbeitungsaufgabe jedoch eine große Anzahl Messpunkte, so ist das Laser-Linien-Scannen besser geeignet. Dabei werden die Abstände eines auf das Bauteil projizierten Streifens zum Sensor punktweise ausgewertet. Das Verfahren ist sehr schnell und liefert gleichzeitig eine große Anzahl an Messpunkten. Mit OpenSCAN lassen sich diese Messvorgänge definieren. Spezielle Kompensationen erhöhen die Genauigkeit der Messungen – insbesondere, wenn diese aus unterschiedlichen Richtungen erfolgen.
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Ihre Vorteile:

+ Messung des Bauteils in der Maschine mit dem Roboter
+ Kurze Messzeiten bei hoher Auflösung
+ Erfassung von Bauteilzuständen für unterschiedliche Zwecke

Beim Schäften von Werkstücken aus Verbundmaterial müssen einzelne Lagen definiert abgetragen werden. Die Kenntnis der Bauteilgeometrie ist hierbei Grundvoraussetzung. Die flächige Erfassung erfolgt schnell und genau mittels Laser-Linien-Scan.

Die aktuelle Form der Ein- und Austrittskanten wird in einem ersten Prozessschritt erfasst. Das Laser-Linien-Scannen liefert hierzu die entsprechenden Daten, hoher Genauigkeit. Mit Hilfe der Ist-Daten berechnete die Software dann die NC-Programme zur Wiederherstellung des gewünschten Profilverlaufs.

Zur Kontrolle von Zwischenergebnissen nach dem Auftragen einer Anzahl an Lagen beim Laser-Auftragschweissen dient ein Scan mit einem Laser-Linien-Sensor. Der erfasste Zustand kann dann verwendet werden, um die nachfolgenden Prozessschritte anzupassen.

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OpenDATA

Einen Prozess kann man nur verbessern, wenn man genug Informationen über ihn hat. Betrachtet man einen Fräsprozess, so lassen sich Schwingungen und Fräskräfte, Drehzahlen und Vorschub messen. Auch beim Laserauftragschweissen kann ein Vielzahl an Parametern von der Laserleistung bis hin zur Schmelzbad-Temperatur erfasst werden.

Mit OpenDATA lässt sich nun auch die Frage beantworten, wo, bezogen auf das Bauteil, welche Werte gemessen worden sind! Diese örtliche Auflösung erlaubt einen schnellen und praxisgerechten Einblick in den jeweiligen Prozess und liefert somit verlässliche Informationen zur Optimierung oder zur Überwachung.

OpenDATA verbindet Positionsinformationen von der Maschine mit den Messwerten externer Sensoren.
Auch für Ihre Problemstellung finden wir eine Lösung!

Ihre Vorteile:

+ Präzise Zuordnung der Messwerte zum Bauteil selbst
+ Unterstützung der verschiedensten Sensoren (National Instruments Schnittstelle)
+ Übersichtliche Darstellung der Messwerte

Im Rahmen eines Projekts mit dem Institut für Lasertechnik ILT in Aachen werden Schmelzbad-Temperaturen aufgezeichnet und den Positionen auf dem Bauteil zugeordnet. Dies erlaubt eine tiefere Einsicht in den Prozess und eröffnet den Forschern neue Analysen und Auswertungen, die letztendlich wieder zur Optimierung des Prozesse herangezogen werden können.

Laser

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Mittels LMD (Laser-Metal-Deposition) lassen sich spezielle Features durch Materialauftrag erzeugen/drucken. Komplette Bauteile werden generiert,  oder Bereiche an vorhandenen Bauteilen repariert und angepasst. LMD bietet eine hohe Flexibilität und ist nicht auf eine bestimmte Teilegröße beschränkt. Individuelle Bauteile lassen ausgehend von einer Basisausführung erstellen, indem spezialisierter Features aufgebaut werden. Das ermöglicht komplett neue Wege der Herstellung.
Aber: ein industrietauglicher, wirtschaftlicher Prozess benötigt mehr als nur den Materialauftrag. Bereiche, auf die ein bestimmter Werkstoff aufgetragen werden soll,  müssen zuvor erfasst werden. Aus dem Vergleich mit der gewünschten Zielgeometrie ergibt sich ein Volumen, welches per LMD generiert werden soll. Hierzu sind die einzelnen Lagen und die Bewegungen der Aufschweissdüse zu berechnen. Dies erfordert Kenntnisse des Prozesses, ohne die eine qualitativ hochwertige Aufschweissung nicht möglich ist.

OpenLMD fasst diese Schritte unter einer einheitlichen Bedieneroberfläche zusammen und führt den Anwender von der Erfassung der Basisgeometrie hin zu einem auf Maschinen/Robotern lauffähigen NC Programm. Ein einmal definierter Ablauf lässt sich später automatisiert wiederholen.

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Ihre Vorteile:

+ Zusammenfassung der Prozess-Schritte in einer einheitlichen Bedieneroberfläche
+ LMD typisches Know-How in die Bahnberechnung integriert
+ Unterstützung von NC-Maschinen und Robotern
+ Integrierte Maschinensimulation

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Systemintegration

Adaptive Systeme bestehen immer aus der Kombination von Messtechnik und NC-Maschinen. Eine automatisierte Bearbeitung erfordert den Austausch von Informationen und Daten zwischen den einzelnen Komponenten. Um dies zu realisieren ist OpenARMS meistens direkt an die Bearbeitungsmaschine angebunden. Dies erlaubt das Senden von Messprogrammen, das Empfangen der Messergebnisse sowie die Übertragung und Ausführung der angepassten NC Programme. Wir unterstützen die gängigsten Steuerungstypen, fragen Sie uns.

BCT liefert neben der Software auch die passende Sensorik zur Erfassung der Ist-Geometrie, die Spannelemente bis hin zu kompletten Anlagen inklusive NC-Maschinen Ihrer Wahl.

Anwendungsorientierte Einweisungen in die Systeme garantieren deren schnellen und wirtschaftlichen Einsatz und sind daher selbstverständlich. Anwender werden in die Lage versetzt, eigene Projekte einzurichten und eigene Prozesse zu definieren.

Ihre Vorteile:

+ Lieferung des Komplettsystems aus einer Hand
+ Reibungslose Integration unterschiedlicher Komponenten
+ Abbildung komplexer Prozessabläufe

Wenn gewünscht, liefern wir auch Komplett-Systeme für die Adaptive Bearbeitung.
Zu unseren Kunden gehören die Großen der Luftfahrt-Überholungsbranche wie auch Airlines und Hersteller von Gas- und Dampfturbinen sowie
ambitionierte Firmen im Bereich NC-Fertigung.
Unser modulares Konzept ermöglicht es uns, auf kunden-spezifische Anforderung schnell reagieren zu können. So erhalten Sie
Lösungen die auf Ihre speziellen Anforderungen maßgeschneidert sind.
Unsere Kontakte zu Maschinen- und Steuerungs-Herstellern sichern Ihnen eine Lösung nach dem aktuellen Stand der Technik.

Aus Gründen der Vertraulichkeit können wir hier leider nicht konkreter werden.  Sprechen Sie uns an.