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Ein Blick in die Zukunft des Wasserstrahlschneidens

: Flow


Keine Technologie entwickelt sich unabhängig von äußeren Einflüssen: Anforderungen von Kunden, das Technologie-Umfeld, sozioökonomische Trends oder Entwicklungen im Produktionsumfeld sind hierbei prägend. Diese Faktoren zu analysieren und darüber nachzudenken, welchen Einfluss sie auf die Weiterentwicklung der Technologie in Zukunft haben werden, hat Dr. Mohamed Hashish, Senior Vice President Technology der Flow International Corporation, in seinem Vortrag auf dem Flow-Technologie-Tag in Bretten getan und gemeinsam mit verschiedenen Experten der Branche Interessierten und Anwendern einen Ausblick auf die Zukunft des Wasserstrahlschneidens gegeben.

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Nach Ansicht von Hashish wird es in naher Zukunft etliche Veränderungen beim Wasserstrahlschneiden geben, die im Wesentlichen von Umweltfaktoren und Kundenanforderungen beeinflusst sind. Steigende Kosten für Energie, Stahl und Wasser fordern eine effizientere Nutzung der eingesetzten Rohstoffe. Daher müssen Pumpen bei möglichst geringem Energieeinsatz max. Schneiddrücke erzeugen – Schneiddrücke von 9.000 bar seien in greifbarer Zukunft durchaus denkbar.

Um bei steigenden Stahlpreisen dennoch bezahlbare Anlagen bauen zu können, müssen zudem die Stahlteile einer Wasserstrahlanlage künftig weniger oder kleiner, dabei jedoch langlebiger werden. Gefordert wird u. a.: Flexibilität der Anlagen, kürzere Taktzeiten, Zuverlässigkeit, einfache Installation und Instandhaltung, Sicherheit, einfache Bedienbarkeit und geringe Kosten. Gleichzeitig wird auch die Bearbeitung von dreidimensionalen Geometrien im Zusammenhang mit Wasserstrahlanlagen immer mehr zum Thema.

Dreidimensionale Formen bearbeiten

All dies sind Trends am Markt, die die Entwicklung der Wasserstrahltechnologie beeinflussen werden, darin stimmten alle Referenten des Flow-Technologie-Tages überein. DI Andrzej Grzesiak vom Frauenhofer-Institut-Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) referierte als unabhängiger Experte über Anforderungen an Systempartner bei der Herstellung komplexer 3D-Komponenten. Hierbei hob er die Wasserstrahltechnologie besonders hervor ¬– für das dreidimensionale Schneiden großer Teile sowie für das Bearbeiten von Verbundwerkstoffen, die vor allem in der Flugzeugindustrie immer stärker eingesetzt werden.

Als
greifbare Zukunftsaussicht sprach Grzesiak das Mikroschmieden an. In diesem generativen Verfahren wird Metallpulver mit einem Wasserstrahl auf ein Werkstück „geschossen“, wo es eine homogene Verbindung mit dem Werkstück eingeht. Nachbearbeitung ist dann mit der Fräse möglich. Dieses Beispiel zeigt einen weiteren Zukunftstrend: Wasserstrahlschneiden wird vermehrt auch in Kombination mit anderen Fertigungstechnologien eingesetzt bzw. immer stärker in den gesamten Fertigungsprozess integriert werden.

Prozessintegration spart Kosten

Die Integration verschiedener Anlagen zu einer gesamten Prozesskette verkürzt Produktionszeiten und hilft dabei, Material effektiver einzusetzen. Ralf Möller, Business Manager Aerospace bei Flow Europe, verdeutlichte in seinem Vortrag anhand von Beispielen aus der Automobil- und der Flugzeugindustrie die Wichtigkeit von komplexen Maschinenzentren: „Wenn Sie bedenken, wie groß die zu bearbeitenden Teile in der Flugzeugindustrie meist sind, wird schnell klar, dass man diese nicht für einzelne Prozessschritte von Anlage zu Anlage transportieren will. Das kostet nicht nur wertvolle Bearbeitungszeit, sondern erhöht auch das Risiko, die Bauteile während des Transports zu beschädigen. Optimal sind also komplexe Maschinenzentren oder Roboterzellen, die alle Bearbeitungsschritte an einer Stelle ausführen. Das kann dann z. B. bedeuten, dass neben einer Wasserstrahlachse auch eine Achse mit einer konventionellen Spindel und einem Werkzeugwechsler integriert wird, Vorrichtungen zum Verfahren des Schneidkopfs über lange Strecken notwendig werden oder dass man Messtechnik zur Qualitätssicherung in der Anlage einbaut, damit bereits während der Herstellung Fehler entdeckt und behoben werden können. Auch beim Schneidkopf werden spezielle Konzepte benötigt wie Side-Fire-Lösungen für beengte Räume oder 6-Achs-Systeme für dreidimensionale Bearbeitung. Weil hier ein Strahlauffangbecken nicht mehr die geeignete Lösung ist, muss der Schneidkopf einen Catcher-Cup zum Auffangen des Wasserstrahls mitführen.“

Flexible Fixierungslösungen gefordert

Die Bearbeitung
räumlich ausgedehnter dreidimensionaler Teile fordert zwangsläufig flexible Fixierungslösungen. „Hier sehe ich einen großen Trend“, meint Hashish. „Viele Anbieter kennen sich noch nicht gut genug mit Haltevorrichtungen für Bauteile aus, die mit dem Wasserstrahl bearbeitet werden. Es gibt nämlich große Unterschiede darin, wie man Werkstücke fürs Wasserstrahlschneiden oder für die Bearbeitung mit konventionellen Werkzeugen fixieren muss, da der Wasserstrahl auf das Material eine deutlich geringere laterale Kraft ausübt.“ Hierfür hat das Brettener Unternehmen den Flow PAC-Actuator entwickelt, der in ein Haltegestell eingebaut wird. Der korrosionsbeständige Actuator hat einen Hub von etwa 900 mm und wird mit Saugnäpfen zur Fixierung zwischen 75 und 150 mm angeboten. Dank exzentrischer Anordnung des Saugnapfes auf quadratischer Grundplatte, kann der Haltepunkt in einem gewissen Rahmen flexibel positioniert werden – je nachdem in welche Richtung verdreht der Actuator eingebaut wird. Und weil die richtige Fixierung wesentlicher Teil des gesamten Bearbeitungsprozesses ist, liefert die zu den Wasserstrahlanlagen bereitgestellte CAD-Software (Computer Aided Design) nicht nur Informationen fürs CAM (Computer Aided Manufacturing), sondern auch Angaben zum Verstellen der Fixierungsvorrichtungen, entsprechend des jeweiligen Werkstücks.

Nikolai D'Agostino, CENIT AG Systemhaus, verdeutlichte, welche Schritte ein Wasserstrahldienstleister vom Erhalt der CAD-Daten des Kunden bis zur Übertragung des CNC-Codes durchlaufen muss und wie die Software FlowTRIM ihn bei den einzelnen Schritten unterstützt.

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Bericht in folgenden Kategorien:
2-D-Wasserstrahlschneidanlagen, CAD/CAM

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