Wu, Hongjian

Rotational symmetry parts are common and essential in industrial applications. Cold spray additive manufacturing (CSAM) is an attractive and rapidly developing solid-state material deposition process, providing an efficient and convenient method for producing such parts, as it allows for the rapid formation of high-quality, large-volume 3D objects. Since there is no highly reactive liquid phase involved in this process, the deposited material is free of oxides. As compared to conventional additive manufacturing methods, cold spraying enables to reduce the production costs and times. In this work, a general implementation method for CSAM of rotating symmetry casing parts is presented. Here, the developed application can handle rotational symmetry parts of arbitrary geometry in the form of CAD files to generate precise toolpaths. Robot offline programming allows for process simulation, analysis, and optimization. Additionally, modelling of robot kinematics is employed to evaluate the effect of the planned toolpaths on the spraying process, ensuring efficient and precise manufacturing processes.

Das Kaltgasspritzen entwickelt sich zu einem Verfahren mit großem Potenzial für die Reparatur metallischer Bauteile, insbesondere für das Aufbringen von hitze- und oxidationsempfindlichen Materialien. In diesem Zusammenhang ermöglicht der Einsatz von Automatisierung und Robotik eine flexible Steuerung des Reparaturprozesses. Um einen optimalen Reparaturprozess zu gewährleisten, müssen die verschiedenen Anforderungen des robotergeführten Kaltgasspritzens bereits in der simulativen Planungsphase berücksichtigt werden. Herkömmliche Trajektorien zum Materialauftrag berücksichtigen jedoch oft nicht die bei Reparaturen zu beachtenden geometrischen Randbedingungen des Materialaufbaus, den effizienten Materialeinsatz und die zugrundeliegenden Einschränkungen der Roboterkinematik. In dieser Arbeit wird daher ein Konzept zur automatisierten Trajektorienplanung und anschließenden Trajektorienoptimierung zur Reparatur durch robotergeführtes Kaltgasspritzen beschrieben. Das Ziel ist es, eine optimierte Trajektorie zu erzeugen, die die Anforderungen des Kaltgasspritzens und der Roboterkinematik berücksichtigt, um eine qualitativ hochwertige Reparatur und einen effizienten Materialeinsatz zu gewährleisten. Dazu gehören die Minimierung des überschüssigen Materials und die Minimierung des Rucks bei der Roboterbewegung. Die Ergebnisse zeigen die erfolgreiche Anwendung der initialen Trajektorienplanung und der anschließenden Trajektorienoptimierung für die Bauteilreparatur durch Kaltgasspritzen.