Ziel der Entwicklung
Das Ziel des Forschungsprojektes bestand in der umfassenden Entwicklung und Analyse einer hybriden Werkzeugaufnahme mit integriertem Dämpfungssystem, die insbesondere für Anwendungen im Bereich der Zerspanungstechnik konzipiert wurde. Diese Werkzeugaufnahme sollte primär mittels des Laserpulverbettverfahrens (Laser Powder Bed Fusion, LPBF) gefertigt werden, wobei die Integration des Dämpfungssystems bereits während des additiven Herstellungsprozesses erfolgen sollte. Zusätzlich war die Fertigung im Hybriddruckverfahren vorgesehen, bei dem die additive Fertigung auf eine konventionell hergestellte HSK-63-Werkzeugschnittstelle aufgesetzt werden sollte. Ein zentrales Ziel des Dämpfungssystems war es, Schwingungen bei rotierenden Werkzeugen signifikant zu reduzieren, um dadurch die Bearbeitungsgenauigkeit zu erhöhen und die Standzeit der Werkzeuge zu verlängern.
Ein weiterer wichtiger Aspekt des Projektes war die Reduzierung der Herstellungskosten. Durch die angestrebte Fertigungsweise sollte die Werkzeugaufnahme in einem Stück gefertigt werden, wodurch teure Montagearbeiten entfallen, die bei der Herstellung mehrerer Bauteile erforderlich wären. Diese Kostenersparnis in Kombination mit der verbesserten Herstellungsgenauigkeit trägt dazu bei, die wirtschaftliche Effizienz des gesamten Prozesses zu steigern.
Um die definierten Entwicklungsziele zu erreichen, wurde eine systematische und interdisziplinäre Vorgehensweise gewählt, die sich in mehrere aufeinanderfolgende Arbeitspakete gliederte. Diese umfassten die konzeptionelle Auslegung und Konstruktion des Dämpfungssystems sowie die Entwicklung additiv herstellbarer Federelemente, die speziell auf die mechanischen Anforderungen des Dämpfersystems abgestimmt wurden. Im Anschluss an die Entwicklung erfolgte die prototypische Fertigung der Werkzeugaufnahmen im LPBF-Verfahren, gefolgt von umfassenden Untersuchungen zur Bewertung und Optimierung der Prototypen hinsichtlich ihrer mechanischen und dämpfungstechnischen Eigenschaften.
Die im Rahmen des Projektes entwickelte hybride Werkzeugaufnahme sollte nicht nur den strengen Anforderungen an Schwingungsdämpfung gerecht werden, sondern auch die wirtschaftlichen Aspekte der Fertigung durch eine effiziente und präzise Herstellung verbessern. Dabei lag der Fokus auf der Optimierung der Dämpfungselemente und der Geometrien der Federelemente sowie der gezielten Abstimmung des Gesamtsystems auf spezifische Betriebsbedingungen. Die Kombination dieser innovativen Ansätze zielt darauf ab, eine marktfähige Lösung zu entwickeln, die sowohl in der Forschung als auch in der industriellen Praxis breite Anwendung finden kann und somit einen signifikanten Fortschritt im Bereich der Werkzeugtechnik darstellt.
Durch die erfolgreiche Integration und Validierung des Dämpfungssystems im praktischen Einsatz wurde das Potenzial dieser neuen Technologie eindrucksvoll demonstriert, was die Grundlage für zukünftige Entwicklungen in der Zerspanungstechnik legt.
Vorteile und Lösungen
Um die gesteckten Ziele der Entwicklung einer hybriden Werkzeugaufnahme mit integriertem Dämpfungssystem zu erreichen, wurde ein systematischer und interdisziplinärer Lösungsansatz gewählt. Der Schlüssel zu diesem Erfolg lag in der Kombination innovativer Fertigungstechnologien mit einem tiefen Verständnis der mechanischen Anforderungen an das Dämpfungssystem. Durch die Integration des Dämpfungssystems während des additiven Herstellungsprozesses konnten die Vorteile der additiven Fertigung optimal genutzt werden, was sowohl die Herstellungsgenauigkeit als auch die Kostenreduktion förderte.
Der Lösungsansatz begann mit einer umfassenden Analyse der Anforderungen an das Dämpfungssystem. Dies beinhaltete die Untersuchung von Schwingungen, die bei rotierenden Werkzeugen auftreten, sowie der mechanischen Eigenschaften der verwendeten Materialien. Auf Grundlage dieser Analysen wurden verschiedene Konzeptvarianten entwickelt, die die Schwingungsdämpfung gezielt optimieren sollten. Dabei wurde besonderes Augenmerk auf die Gestaltung der Federelemente gelegt, die essenziell für die Funktionalität des Dämpfersystems sind.
Ein entscheidender Schritt in diesem Prozess war die Verwendung des Laserpulverbettverfahrens (LPBF) zur additiven Fertigung der Werkzeugaufnahme. Dieses Verfahren ermöglicht eine präzise Herstellung komplexer Geometrien, die mit konventionellen Fertigungsmethoden schwer zu realisieren wären. Darüber hinaus wurde ein Hybriddruckverfahren eingesetzt, bei dem die additive Fertigung auf eine bereits konventionell hergestellte HSK-63-Werkzeugschnittstelle aufsetzte. Diese Vorgehensweise gewährleistete eine effiziente Nutzung der Fertigungskapazitäten und reduzierte die Herstellungszeiten erheblich.
Die Integration des Dämpfungssystems bereits während des Herstellungsprozesses war ein weiterer entscheidender Vorteil. Anstatt separate Komponenten zu fertigen und zu montieren, wurde die gesamte Werkzeugaufnahme in einem Stück hergestellt, was Montagekosten und -aufwand minimierte. Durch diesen innovativen Ansatz konnte auch die Stabilität und Genauigkeit der Werkzeugaufnahme verbessert werden, da potenzielle Fehlerquellen durch die Montage eliminiert wurden.
Im weiteren Verlauf des Projekts wurde die Funktionalität der entwickelten Prototypen umfassend getestet. Durch simulationsgestützte Analysen konnten die Schwingungs- und Dämpfungseigenschaften präzise ermittelt werden. Hierbei spielte die Entwicklung und Validierung von Federelementen eine zentrale Rolle, da diese Elemente direkt die Dämpfungseigenschaften des Gesamtsystems beeinflussen. Durch iterative Optimierungsprozesse wurden Geometrien und Materialien angepasst, um die bestmögliche Dämpfung zu erzielen.
Ein wichtiger Aspekt der Lösungsfindung war die Validierung der Prototypen unter realen Einsatzbedingungen. Die durchgeführten Tests ergaben, dass die neuen Werkzeugaufnahmen nicht nur die geforderten Schwingungsdämpfungseigenschaften aufwiesen, sondern auch die Bearbeitungsgenauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Werkzeugaufnahmen signifikant verbessert werden konnte. Dies bestätigte den Erfolg des gesamten Entwicklungsprozesses und der gewählten Lösungsansätze.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch eine enge Verzahnung von Forschung, Entwicklung und praktischer Anwendung sowie durch den Einsatz innovativer Fertigungstechniken die gesteckten Ziele erreicht wurden. Die entwickelte hybride Werkzeugaufnahme stellt somit eine marktfähige Lösung dar, die sowohl in der Forschung als auch in der Industrie breite Anwendung finden kann.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Zielgruppe für die entwickelte hybride Werkzeugaufnahme mit integriertem Dämpfungssystem umfasst vornehmlich Unternehmen und Fachleute im Bereich der Zerspanungstechnik. Dazu zählen Maschinenbauunternehmen, Werkzeughersteller, Automobilhersteller sowie Firmen in der Luft- und Raumfahrtindustrie, die auf hochpräzise Bearbeitungsverfahren angewiesen sind. Die Entwicklung ist jedoch besonders an KMU´s adressiert, die an innovativen Technologien zur Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit und Standzeiten interessiert sind.
Anwender profitieren von der Entwicklung auf mehrere Arten. Erstens ermöglicht die verbesserte Dämpfung des Systems eine Reduzierung von Vibrationen während des Zerspanungsprozesses, was zu einer erhöhten Bearbeitungsgenauigkeit und einer signifikanten Verlängerung der Standzeit der Werkzeuge führen kann. Dies trägt nicht nur zur Reduzierung der Produktionskosten bei, sondern verbessert auch die Qualität der produzierten Teile, was für viele Unternehmen von entscheidender Bedeutung ist. Zweitens ermöglicht die integrierte additive Fertigung die Herstellung der Werkzeugaufnahme in einem Stück, wodurch Montagezeiten und -kosten minimiert werden.
Der Transfer der Forschungsergebnisse in Anwenderunternehmen erfolgt durch gezielte Kooperationen und Partnerschaften mit Industriefirmen. Workshops und Schulungen werden angeboten, um die Vorteile der neuen Technologie zu demonstrieren und das Wissen über die Implementierung in bestehende Produktionslinien zu verbreiten. Zudem werden Prototypen für Testzwecke bereitgestellt, um die Anwendung der Technologie in der Praxis zu ermöglichen. Die enge Zusammenarbeit mit strategischen Partnern und Anwendern fördert den Wissensaustausch und ermöglicht eine zügige Anpassung der Technologie an spezifische Anforderungen der Branche.
Die erwarteten wirtschaftlichen Effekte für unsere Einrichtung sind vielschichtig. Durch die Entwicklung und Implementierung innovativer Technologien werden neue Geschäftsfelder erschlossen, die nicht nur die Wettbewerbsfähigkeit der Einrichtung steigern, sondern auch zur Schaffung von Arbeitsplätzen führen können. Darüber hinaus wird die Forschungs- und Entwicklungskompetenz gestärkt, was zu einer höheren Attraktivität für zukünftige Forschungsprojekte und Kooperationen führt.
Bereits existierende Anwendungsbeispiele in der Industrie zeigen, dass vergleichbare Technologien, die Schwingungen reduzieren und die Bearbeitungsgenauigkeit erhöhen, zu signifikanten Effizienzsteigerungen und Kostensenkungen geführt haben. Das entwickelte Dämpfersystem wird ähnliche Ergebnisse anstreben und bietet die Möglichkeit, auf die spezifischen Anforderungen unterschiedlicher Branchen angepasst zu werden, wodurch ein breites Anwendungsspektrum entsteht.
Insgesamt zielt die hybride Werkzeugaufnahme mit integriertem Dämpfungssystem darauf ab, den Anwendern signifikante Vorteile in der Zerspanungstechnik zu bieten und gleichzeitig nachhaltige wirtschaftliche Effekte zu erzielen, die sowohl der Einrichtung als auch der Branche zugutekommen.
