Exakt gemessen - gekonnt simuliert - präzise gefertigt

Mit dem Laser perfekt und individuell gemacht: BMBF-Projekt erforscht und entwickelt Laserschweißsimulation zur optimalen Prozessführung entlang der Wertschöpfungskette.

Aufnahme eines Schweißprozesses. Bild: Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM)

06.02.17

BMBF-Verbundprojekt SimCoLas / VDI Technologiezentrum

Die deutsche Industrie setzt immer wieder neue Maßstäbe in der ressourceneffizienten Produktion und Verbesserung der Fertigungsprozesse entlang der Wertschöpfungskette. Dies gilt insbesondere für hochpräzise Bauteile und die zugehörige Fertigungs- und Anlagentechnik. Ein besonders wichtiger Bereich findet sich dabei im automobilen Umfeld.

Das Laserschweißen von KFZ-Komponenten ist einer der photonischen Prozesse, der die Potentiale einer intelligenten Vernetzung in der Fertigung besonders vorteilhaft nutzen kann. Im Sommer 2017 ist dazu das Verbundforschungsprojekt „SimCoLas“ gestartet. In dem Projekt sollen die individuellen Bauteileigenschaften aus vorgelagerten Fertigungsprozessen der Wertschöpfungskette (beispielhaft das Tiefziehen und das spanende Bearbeiten) einer Simulation zugeführt werden, welche dann auf dieser Datenbasis die für das Bauteil optimale Prozessführung ermittelt.

Durch die Verbesserung der Vorhersagbarkeit der Qualität der gefertigten Bauteile können Werkstoffeigenschaften besser ausgenutzt, Fehler in der Produktion bereits im Voraus korrigiert und somit wertvolle Ressourcen eingespart werden. Und dies bei gleichzeitiger Reduktion der Kosten und Erhöhung der Endproduktpräzision, was maßgeblich der Qualität der Komponente zugutekommt.

Zur perfekten Herstellung hochpräziser Lasergeschweißter Bauteile und Komponenten werden im Projekt entlang der Wertschöpfungskette bauteilindividuelle Geometrie- und Prozessdaten der Einzelteile ermittelt, einer Laserschweißsimulation zugeführt, optimale Prozessführungen simulativ ermittelt und gegebenenfalls über eine hochdynamische Anlagentechnik in einem Laserschweißprozess umgesetzt.

Durch die Vorgehensweise im Verbundprojekt wird das Ziel verfolgt, nach dem Laserschweißprozess eine höhere Präzision der gefügten Baugruppe zu erreichen als es die Einzelteilpräzision konventionell erlauben würde. Dadurch wird es möglich, zukünftige Präzisionsanforderungen wirtschaftlich herstellen zu können, die Fertigungskosten in den Einzelteilen zu senken und Ressourcen durch die Einsparung aufwändiger Nacharbeit oder Zusatzprozesse zu schonen.

Eine große Herausforderung stellt dabei die durchgängige Datenbasis entlang der Wertschöpfungskette zur Bereitstellung der relevanten Geometrie- und Prozessdaten, die schnelle und präzise Abbildung der Prozesse in einer Simulationsumgebung sowie die Umsetzung der optimalen Prozesse in der Anlagentechnik dar.

Typische im Vorhaben untersuchte hochfeste Stahl-Werkstoffe neigen anerkanntermaßen zur Rissbildung im Bereich der Schweißnaht. Durch die Weiterentwicklung der Materialmodelle und Simulationsmethoden soll auch im Hinblick auf Rissbildung und damit Zuverlässigkeit der Schweißnaht eine optimale Prozessführung erreicht werden. Insbesondere der thermische Verzug beim Schweißen, die Eigenspannungen sowie das metallurgische Verhalten der Werkstoffe sind Einflussgrößen zur Bewertung der Rissneigung einer Schweißkonstruktion. Eine präzise Abbildung dieser Wechselwirkungen in einem Simulationsmodell führt letztendlich auch zu einer signifikanten Verbesserung der Zuverlässigkeitsvorhersage für lasergeschweißte Bauteile.

Für den Endanwender wird es somit möglich, höchste Präzision für zukünftige Produktanforderungen mit modernster und intelligenter Anlagentechnik, unterstützt von neuesten Simulationstechniken, kosteneffizient herzustellen. Gleichzeitig wird für die deutschen Anlagenhersteller und Komponentenlieferanten ein Alleinstellungsmerkmal erarbeitet, das zu Kostensenkungen und Ressourcenschonung auf allen Ebenen der Wertschöpfungskette führen kann.

Das Projekt „SimCoLas“ (Simulation Controlled Laserwelding) wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Initiative „Photonische Prozessketten“ mit rund 1,53 Millionen Euro bis Ende Juni 2019 gefördert. Das Konsortium besteht aus sechs Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft: der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), dem Anton Häring KG Werk für Präzisionstechnik, der Föhrenbach GmbH, der Volkswagen AG, der Brandenburgische Technische Universität (BTU) und der Robert Bosch GmbH.

Weitere Informationen

Download Steckbrief BMBF-Verbundprojekt SimCoLas (PDF)

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