Smart Production @ HAW.X0

Seit einigen Jahren hat die Digitalisierung und Automatisierung in den Bereich der Fügetechnik und besonders in die Schweißtechnik Einzug gehalten. Im Sinne der digitalen Produktion Industrie 4.0 wird am Institut für Werkstoffkunde und Schweißtechnik (IWS) zu diesem Themengebiet intensiv und erfolgreich geforscht. Insbesondere beschäftigt man sich im Rahmen des Forschungsvorhabens „Smart Production @ HAW.X0“, welches aus dem Zukunftsfond der Hochschule Finanziert wird, mit der Automatisierung der Fügeprozesse, der generativen Fertigung sowie der Digitalisierung der Lehre.

Das Ziel des Forschungsvorhabens „Smart Production @ HAW.X0“ besteht somit darin, den Studierenden die Techniken moderner automatisierter Verfahren und Anlagen (Stand der Technik) im Bereich der Generierung und Rekonditionierung durch entsprechende Vorlesungen, Labore und Bachelor- sowie Masterarbeiten zu vermitteln. Darüber hinaus sollen den Studierenden Methoden vermittelt werden, um den Faktor „Mensch“ bei der Einführung von automatisierten Verfahren in Betrieben besser berücksichtigen zu können. Ferner sollen die Studierenden die gesamte Produktkette von der Planung bis hin zur Realisierung einer Komponente unter dem Aspekt des Generierens und Rekonditionierens kennenlernen. Dadurch wird eine Erhöhung der Arbeitsmarktfähigkeit von HAW-Studierenden angestrebt und darüber hinaus ein Alleinstellungsmerkmal als Qualitätsprädikat für die Absolventen realisiert. Damit sollen gleichzeitig die seitens der Industrie kommunizierten Anforderungen an die Ausbildung der Absolventen erfüllt werden.

Bei der Automatisierung von Schweißprozessen spielen Schweißroboter eine entscheidende Rolle. Mit deren Hilfe lassen sich Schweißungen reproduzierbar und mit stets guter Qualität durchführen. Auch die Flexibilität der Roboter macht sie gegenüber anderen Anlagen, wie z.B. Portalanlagen, für die Industrie attraktiv. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde am Institut für Werkstoffkunde und Schweißtechnik (IWS) an der HAW- Hamburg ein Roboter aus dem Hause KUKA für Forschungszwecke angeschafft. Der KUKA KR125 (siehe Abbildung 1) ist ein 6-Achsen-Industrieroboter mit einer KRC2-Steuerung. Dieser Roboter besitzt eine max. Traglast von 125kg und hat einen Arbeitsbereich von ca. 2 x 2m. Durch diesen Roboter werden typische in der Industrie laufende Maschinen am Institut berücksichtigt. Um auch laserbasiertes Schweißen mittels Roboter durchzuführen, befindet sich der Roboter innerhalb einer Laserzelle. Diese Laserzelle wurde durch Studenten innerhalb von Projekten entworfen und gebaut. Alle Sicherheitsvorschriften für den Einsatz eines Klasse 4 Lasers wurden dabei berücksichtigt und umgesetzt.

Um die unterschiedlichen Schweißprozesse zu automatisieren, müssen Komponenten wie Roboter, Schweißstromquelle, Laseranlage und diverse Sensoren miteinander kommunizieren können. Hierfür wurde eine übergeordnete Steuerung in die Anlagentechnik des Instituts implementiert, in welcher die sämtlichen Anlagen und Sensoren integriert sind. Mit Hilfe dieser Erweiterung ist es am Institut möglich, unterschiedlichste Schweißprozesse roboterbasiert automatisiert durchzuführen. Anhand dieser Anlage kann man den Studenten die generative Fertigung in seiner vollen Bandbreite erläutern. Weiterhin lassen sich Projekte und Abschlussarbeiten auf dem Gebiet der Schweißtechnik, der Qualitätssicherung sowie der Automatisierung am Institut für Werkstoffkunde und Schweißtechnik durchführen.

Das roboterbasierte Schweißen ist von den Programmierkenntnissen des Bedieners stark abhängig. Somit beschäftigt man sich im Rahmen des Forschungsvorhabens „Smart Production @ HAW.X0“ am Institut unter anderem mit der Problematik, wie man mit einem Roboter ohne Programmierkenntnisse wirtschaftlich schweißen bzw. umgehen kann. Hierfür wurde eine Möglichkeit geschaffen, die sowohl einfach wie genial ist.

In Abbildung 2 ist der Ablauf einer Programmerstellung mithilfe der eigens entwickelten Methode dargestellt. Die Vorteile dieser Entwicklung sind unumstritten. Der Bediener benötigt keine bzw. nur sehr geringe Programmierkenntnisse, um den Roboter zu bedienen. Es werden keine kostenintensiven CAD/CAM Systeme benötigt. Des Weiteren besteht das Potential der Methode zum metallischen 3D-Druck. Mit diesem Vorgehen ist es nun am Institut möglich, anspruchsvolle Geometrien zu generieren und zu schweißen. Die ersten Ergebnisse sind der Abbildung 3 zu entnehmen.

Die Abbildung 4 zeigt weitere Ergebnisse im Bereich der metallischen additiven Fertigung am Institut für Werkstoffkunde und Schweißtechnik (IWS) an  der HAW- Hamburg.