Verbesserter Wasserstrahlkopf kompensiert Abweichungen schnell und präzise

Das Wasserstrahlschneiden ist schwer zu beherrschen, da der Wasserstrahl im Laufe des Bearbeitungsprozesses häufig seine Form und Wirkrichtung ändert. Darum ist es heute noch recht unattraktiv für Unternehmen, die ressourcenschonende Bearbeitungsmethode einzusetzen. Auch gibt es für komplexe Anwendungen des Wasserstrahls noch keine zusammenhängenden Softwaretools für die Prozessauslegung. Ein Forschungsteam des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT aus Aachen hat nun ein umfassendes Konzept – bestehend aus einem verbesserten Wasserstrahlkopf und einer neuen Software – entwickelt, um das Wasserstrahlschneiden zu vereinfachen und die Schnittqualität zu optimieren. Das Team des Fraunhofer IPT arbeitete hierfür mit dem Aachener Softwareunternehmen Aixpath GmbH und dem Wasserstrahlmaschinenhersteller H.G. Ridder GmbH aus Hamm im öffentlich geförderten Forschungsprojekt „Jet Cut 3D – Kosteneffiziente Bearbeitung von 3D-Bauteilen durch ein neuartiges Wasserstrahlkonzept“ zusammen.

Mit der neuen Methode lassen sich Bearbeitungsprozesse einstellen, die deutlich präziser als bisher die veränderliche Dynamik des Wasserstrahls berücksichtigen. Die Forscherinnen und Forscher analysierten dazu zunächst intensiv das Verhalten des Wasserstrahls unter verschiedenen Einsatzbedingungen. Die gewonnenen Daten nutzten sie, um zu berechnen, wann, wo und wie die Wirkrichtung des Wasserstrahls während des Prozesses variiert und er seine Form ändert. Um die Schnittqualität zu verbessern, ermittelten sie verschiedene Kompensationsmethoden für solche Abweichungen und integrierten passende Algorithmen dafür in die Steuerungssoftware. Die Ergebnisse flossen in ein neu entwickeltes CAX-Modul zur Bahnplanung für das Wasserstrahlschneiden ein, das die Siemens-NX-Bahnplanungs-Software ergänzt.

Mit dem ebenfalls im Forschungsprojekt „Jet Cut 3D“ entwickelten Wasserstrahlkopf können die Kompensationsmethoden auf plötzliche Abweichungen im laufenden Bearbeitungsprozess realisiert werden, denn er kann besonders schnell und präzise in fünf Achsen gehoben, gesenkt, gekippt und gedreht werden. Anhand verschiedener Bauteilgeometrien, beispielsweise einem Zahnrad aus Aluminium, erprobten die Forscherinnen und Forscher die Funktionsweise des Kopfes im Zusammenspiel mit der Software und erzielten eine durchweg sehr gute Bearbeitungsqualität. Mit den erzielten Ergebnissen haben die Projektpartner einen wichtigen Beitrag geleistet, um das Wasserstrahlschneiden als alternative Bearbeitungsmethode komplexer Bauteile zu etablieren. Nach den erfolgreichen Tests soll das Gesamtpaket aus Bearbeitungskopf und Software nun so erweitert werden, dass es auch für andere Fertigungsprozesse wie das Wasserstrahlfräsen angewandt werden kann. Das CAX-Modul könnte damit künftig auch für die Bahnplanung weiterer Wasserstrahlverfahren genutzt werden.