Eén laserkop voor snijden, lassen en 3D printen

Snijden, lassen en 3D printen met één laser in één machine is een innovatie die de plaatbewerkende industrie aanzienlijke productiviteits- en kwaliteitsvoordelen biedt. Dat is de kern van het Duitse project MultiPROmobil. Vier partners ontwikkelen hierin multifunctionele lasergereedschappen om de wisselende productietechnische uitdagingen van nieuwe elektromobiele voertuigconcepten te beheersen. Het project is eind vorig jaar gestart en kan vooral voor kleine en middelgrote ondernemingen interessante resultaten opleveren.

Snel wisselende producten, variërende seriegroottes en nieuwe productieconcepten: in de hybride lichtbouw en bij de elektromobiliteit zijn nieuwe ontwikkelingen nodig om de gewenste flexibiliteit op een goede manier te combineren met productiviteit. “In volatiele markten is de lasertechniek in samenspel met de digitalisering daarbij een voorbestemde oplossing voor een economische productie”, verklaart Dirk Petring, teamleider macro-verbinden en snijden bij Fraunhofer ILT en coördinator van het project MultiPROmobil (Multifunktionale Robotertechnologie mit universellem Laserwerkzeug für trennende, fügende und additive Fertigungsprozess im semi-bionischen E-Mobil-Leichtbau).

Zonder optiek- en nozzlewissel
Samen met Bergmann & Steffen, CAE Innovative Engineering en het Laser Bearbeitungs- und Beratungszentrum (LBBZ) ontwikkelt Fraunhofer ILT een multifunctionele laserbewerkingskop en een robottechniek voor de flexibele en economische bewerking van plaat samenstellingen. Daarbij wordt een combikop ingezet van Laserfact, die de afgelopen jaren door de wetenschappers is doorontwikkeld. Deze moet in de toekomst niet alleen geïntegreerd snijden en lassen mogelijk maken maar ook het genereren van additieve structuren. Dat laatste functioneert reeds met een uitwisselbaar nozzlemodel. Momenteel werken de projectpartners eraan de combikop zo te optimalieren dat hij alle drie processen in één productieststeem in ‘vliegende wissel’ kan uitvoeren, zonder optiek- en nozzlewissel.

Intelligente software
Eveneens een centraal onderdeel van het project is de ontwikkeling van een intelligente ontwerp- en simulatiesoftware voor een optimale procesketen. Met digital twins worden machines, processen en te produceren onderdelen door projectpartner CAE Innovative Engineering digitaal afgebeeld, zodat kernwaarden voor de procesketen kunnen worden vastgesteld en verbeterd. Gebruik makend van de hoogflexibele procesketen kunnen de MultiPROmobil partners nieuwe voertuigcomponenten digitaal afbeelden en dan de ontwikkelde technologie testen en evalueren. In een industriële omgeving bij projectpartner LBBZ gaat een robot, die alle drie productiedisciplines beheerst, semi-bionische voertuigstructuren middels laser produceren. Als eerste toepassingsvoorbeeld wordt een driehoekige wieldraagarm van een elektrische auto constructief geoptimaliseerd en in een multifunctionele laserrobotcel zonder gereedschapswissel gesneden, gelast en met additieve structuren versterkt. Van bijzonder belang is hierbij de spantechniek, die door Bergman & Steffen is ontwikkeld. In de toekomst zullen al naar gelang de omvang van de samenstellingen en de gewenste doorlooptijd ook meerdere multifunctionele robots in hoogflexibele productiecellen worden ingezet.

De bewerking van een automotive structuurdeel met de multifunctionele laserkop.

Meegroeien met e-mobiliteit
De projectpartners voorspellen een groei van de engineering-efficiency en een reducering van de opstarttijden van ongeveer 30 procent. Bovendien willen ze de kosten per stuk en het grondstoffenverbruik met minstens 20 procent reduceren. “Met flexibele, lasergestuurde productie kunnen de procesketens voor de productie van plaatsamenstellingen flexibel en schaalbaar worden opgezet, zodat ze geleidelijk aan mee kunnen groeien met de stapsgewijze invoering van de elektromobiliteit”, aldus Petring. De bij Fraunhofer ILT uitgevonden techniek met de combikop van Laserfact wordt in de industrie reeds ingezet, bijvoorbeeld bij het snijden en lassen van bandeinden in de coating- en inspectielijnen in de staalindustrie alsmede in de productie van hoognauwkeurige metaal samenstellingen. MultiPROmobil spreekt met de doorontwikkeling van de combikop nu vooral kleinere en middelgrote ondernemingen aan, die een belangrijke bijdrage aan de toekomstige markt voor e-mobiliteit zullen hebben. Het project MultiPROmobil heeft een looptijd van drie jaar en wordt gesubsidieerd door de Duitse overheid en Europese fondsen. Fraunhofer zal uitgebreid aandacht aan deze ontwikkeling besteden op de grote laservakbeurs World of Photonics, van 24 tot en met 27 juni in München.