Entwicklung von thermisch gespritzten Schichtverbundwerkstoffen durch Optimierung robotergestützter Brennerbewegungsabläufe

Die Beschichtungsverfahren des Thermischen Spritzens haben auf Grund der Vielfalt an Werkstoffen, die zum Beschichten eingesetzt werden können, sowie der Wirtschaftlichkeit der Prozesse große Akzeptanz in der Industrie gefunden. Bei diesen Verfahren beeinflussen die Brennerbewegungsform und die Relativgeschwindigkeit zwischen Brenner und Substrat in hohem Maße den Wärmeeintrag in das zu beschichtende Bauteil. Die technische Beherrschung solch komplexer Prozesse bei einem klaren Trend zur Erhöhung der Variantenvielfalt und der zu beschichtenden Bauteilgeometrien macht bei einem industriellen Einsatz dieser Verfahren eine stärkere Prozeßautomatisierung, insbesondere die Steuerung der Anlagen zur Handhabung der unterschiedlichen Brenneraggregate, unentbehrlich. Zur Erschließung des Marktpotentials für hochwertige Beschichtungen komplex geformter Bauteile ist ferner die Integration von CAD- Modellen und Werkzeugen für die 3D-Formerfassung unverzichtbar. Wenn nun aber die Schichtverbundeigenschaften nicht allein von den Werkstoffpaarungen sondern wenn im Ergebnis die bauteilgestaltbezogenen Vorgänge des Wärmeund Stoffübergangs maßgeblich sind, ergibt sich eine starke Abhängigkeit von der Bewegungsform bzw. der relativen Kinematik zwischen Werkstück und Beschichtungsaggregat und letztlich von dem winkel- und spritzabstandsabhängigen kompletten Bewegungspfad. Bis heute werden Bewegungsabläufe zur Bauteilbeschichtung mit Hilfe von Industrierobotern durchgeführt und die Bewegungsprogramme überwiegend mit Online-Programmierverfahren generiert, bei denen der Roboter während der Programmierdauer nicht für Produktionsaufgaben zur Verfügung steht. Ferner ist hier die Integration der Programmerstellung in eine CAD/CAP/CAM- Informationskette kaum möglich. Offline-Programmierverfahren hingegen ermöglichen die Entwicklung durchgängiger Informationsketten zwischen den Bereichen Konstruktion, Prozeßplanung und AV sowie Produktion. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit, wird eine Methode zur automatischen Generierung geeigneter Brennerbewegungsformen für das Beschichten von komplexen Bauteilgeometrien unter Verwendung der Offline-Roboterprogrammierung entwickelt. Die erstellten Werkzeuge erlauben eine Anpassung der Brennerbewegung unter Berücksichtung des Einflusses der Position sowie des Geschwindigkeitsprofils des Brenners auf die Schichteigenschaften, indem diese Effekte in einer CFD- und anschließenden FEM-Simulation analysiert werden. Die Generierung der Brennerbewegungsform erfolgt anhand der geometrischen Beschreibung des zu beschichtenden Bauteils und wird erst im letzten Schritt in der entsprechenden Robotersteuerungssoftware implementiert, so dass die Verwendung bei unterschiedlichen Robotersystemen ermöglicht wird.