KINEMATAM | Implementierung eines Handhabungssystems in eine additive Fertigungsanlage

Automatisierte Integration von Sensoren während des Laser-Strahlschmelzprozesses

Die Fertigungsindustrie in Deutschland steht dieser Tage vor großen Herausforderungen: Lohnkosten sind hoch und stetig steigend, Anforderungen an die Qualität und Reproduzierbarkeit von Komponenten wachsen und dennoch werden die meisten Montagevorgänge noch manuell durchgeführt. Der Bedarf an individualisierten Bauteilen mit integrierter Elektronik und hoher Bauteilkomplexität steigt und erfordert damit ein hohes Maß an Flexibilität bei der Fertigung. Diesen Herausforderungen der Industrie begegnet das Projekt KINEMATAM durch automatisierte Integration von Sensoren beim Laser-Strahlschmelzen (PBF-LB/M).

Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie
© StMWi

Sensorintegration durch automatisiertes Handhabungssystem

Dem aktuellen Stand der Technik entsprechend wurde einer Laser-Strahlschmelzanlage ein automatisiertes Handhabungssystem hinzugefügt. Dieses Handhabungssystem ist in der Lage, bei einer Unterbrechung des PBF-LB/M-Prozess, Sensoren automatisiert in eine im Bauteil vorgesehene Kavität zu integrieren. Im ersten Schritt ist eine Pulverentfernung notwendig, anschließend das Einlegen des Sensors in die Kavität und abschließend die Fixierung des Sensors, sowie ein Verschluss der Kavität, um den PBF-LB/M-Prozess wiederaufnehmen zu können. Dieses Verfahren lässt an jeder Stelle im Bauteil die Integration von Elektronik zu. Dabei sind die integrierten Sensoren vollkommen von Umwelteinflüssen abgeschirmt, von außen unsichtbar und werden ohne Einflussnahme auf die äußere Bauteilgeometrie mit minimaler Bauteilschwächung integriert. Die Funktionsdichte eines metallischen PBF-LB/M-Bauteils wird so ohne Nachbearbeitungsaufwände oder Personaleinsatz in einem automatisierten Fertigungsprozessablauf maximiert. Ein zum Patent angemeldetes Verfahren ermöglicht es zudem Leiterbahnen flexibel in das metallische Bauteil miteinzudrucken und mit den integrierten Sensoren zu verbinden. So können Sensordaten über diese Leiterbahnen an externe Systeme übertragen und anschließend ausgewertet werden. Zudem wurden im Rahmen des Projekts Konzepte entwickelt, um mittels RFID-Technik Signale aus einer vollständig mit Metall verschlossenen Kavität drahtlos nach außen übermitteln zu können.

Pedal aus AlSi10Mg mit integriertem Dehnungsmessstreifen
© Fraunhofer IGCV
Abbildung 1: Pedal aus AlSi10Mg mit integriertem Dehnungsmessstreifen
RFID-Ring
© Fraunhofer IGCV
Abbildung 2: RFID-Ring
Messung der Leitfähigkeit einer additiv gefertigten RFID-Antenne
© Fraunhofer IGCV
Abbildung 3: Messung der Leitfähigkeit einer additiv gefertigten RFID-Antenne

Video KINEMATAM: Automatisierter Integrationsprozess

Das Video zeigt den automatisierten Integrationsprozess. Durch dieses Verfahren konnten bereits verschiedene Demonstratoren gefertigt werden, welche die Technologie an Beispielen veranschaulicht. So wurde beispielsweise ein metallisches Pedal aufgebaut, welches die Intention des Nutzers (z. B. Druck = Bremsen) über einen integrierten Dehnungsmessstreifen ermitteln kann (siehe Abbildung 1). Ein weiterer Demonstrator ist der aufgebaute RFID-Fingerring (siehe Abbildung 2). Dieser ermöglicht dem Träger potenziell Bezahlungsvorgänge durchzuführen, Türschließsysteme zu entriegeln, sich zu identifizieren oder Daten auf seinem Ring zu speichern.

 

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