Eine Methode zur Online-Korrektur eines robotergeführten Additiven Fertigungsprozesses

Abstract

Der Einsatz von Industrierobotern in der Additiven Fertigung erhöht die nutzbaren Freiheitsgrade und das verfügbare Bauvolumen gegenüber konventionellen additiven Fertigungssystemen deutlich, sodass der Prozess auch auf gekrümmten Flächen ausführbar ist und größere Bauteile gefertigt werden können. Aus dem Vergleich zwischen der Genauigkeit moderner Industrieroboter und den üblichen Schichthöhen des Fused Deposition Modelings wird deutlich, dass Prozessfehler aus der Ungenauigkeit des Industrieroboters resultieren können. Im Rahmen dieser Dissertation wird daher eine Methode zur Online-Korrektur des robotergeführten Fused Deposition Modelings entwickelt. Dazu werden zunächst die Grundlagen dieses Prozesses, der Flexibilisierung der Additiven Fertigung durch Industrieroboter und des robotergeführten Fused Deposition Modelings aufgearbeitet und Anforderungen, die es zu berücksichtigen gilt, abgeleitet. Weiter werden veröffentlichte Methoden zur Überwachung des Fused Deposition Modelings und zur Korrektur robotergeführter additiver Fertigungsprozesse betrachtet und deren Anwendbarkeit auf die untersuchte Problemstellung überprüft. Aufbauend auf den Grundlagen und den betrachteten Methoden wird die Methode zur Online-Korrektur des robotergeführten Fused Deposition Modelings entwickelt. Diese besteht aus den drei Schritten: Erfassung von Messdaten, Berechnung des Düsenabstands sowie Identifikation und Korrektur von Abweichungen. Zur Erfassung des laufenden Prozesses werden zwei Laserlinientriangulationssensoren eingesetzt, die seitlich neben der Druckdüse am Flansch des Roboters montiert sind. In den erfassten Messdaten, die anhand der Bewegungsrichtung des Industrieroboters reduziert werden, wird aus dem Oberflächenprofil des Bauteils und der Intensität der reflektierten Laserstrahlen die Kante der aktuellen Schicht lokalisiert. Aus den in den Messdaten beider Sensoren lokalisierten Druckschichtkanten wird auf den aktuellen Abstand der Druckdüse zum zu bedruckenden Untergrund geschlossen. Abweichungen werden im Abgleich mit den Planungsdaten des Prozesses erkannt und mithilfe der Roboterführung korrigiert. Die entwickelte Methode wird auf dreiValidierungsexperimente angewendet und deren Eignung zur Online-Korrektur des robotergeführten Fused Deposition Modelings anhand der Bewertung der erzielten Ergebnisse mittels der gestellten Anforderungen festgestellt.