Verbundprojekt »eVerest«

Maschinen- und Systemtechnik zur effizienten Herstellung großformatiger 3D-Formwerkzeuge mit Designoberflächen

Oberflächentextur einer Pyramide erzeugt mittels UKP-Laserstrahlung.
© Fraunhofer ILT, Aachen.

Oberflächentextur einer Pyramide erzeugt mittels UKP-Laserstrahlung.

Beispiel einer Werkzeugtexturierung einer Airbagkappe für die Automobilindustrie mittels UKP-Laserablation in einer Anlage der Fa. DMG Mori AG.
© DMG Mori AG

Beispiel einer Werkzeugtexturierung einer Airbagkappe für die Automobilindustrie mittels UKP-Laserablation in einer Anlage der Fa. DMG Mori AG.

Die Laserstrukturierung gewinnt im Industriezweig des Werkzeug- und Formenbaus zunehmend an Bedeutung. Tragen strukturierte Oberflächen aufgrund ihrer Funktionalität beispielsweise in Verbrennungsmotoren zur Reibungsminimierung oder zur Effizienzsteigerung von LED-basierten Beleuchtungssystemen bei, so entwickelt sich die Oberflächenbeschaffenheit im Hinblick auf optische und haptische Eigenschaften immer mehr zum Qualitätsmerkmal von Produkten.

Die derzeit eingesetzten Fertigungsverfahren für die Werkzeugtexturierung wie das photochemische Ätzen sind in ihrer Präzision und Flexibilität begrenzt. Um eine digitale Prozesskette zu etablieren und die Designflexibilität zu erhöhen, wird die Laserablation mit (ultra-)kurzer Laserstrahlung zu einer immer wichtigeren Technologie. Durch den überwiegend verdampfungsdominierten Abtrag erreichen UKP-Laserstrahlquellen eine äußerst hohe Präzision. Nachteilig ist bislang die begrenzte Produktivität mit Abtragsraten von bis zu 1 mm³/min.

Ziel des Projektes eVerest ist die Entwicklung einer hochflexiblen Maschinentechnik zur Präzisions-Laserbearbeitung, mit der bei höchsten geometrischen Auflösungen im Mikrometerbereich ohne wesentliche Kenntnisse der eigentlichen Technologie funktionale Strukturen in Werkzeugen und Bauteilen erzielt werden können. Dabei werden alle notwendigen Teilbereiche einer Laserbearbeitung in das Maschinen- und Bedienkonzept integriert wie z. B das virtuelle Design des Produktes inkl. Abwicklung und Visualisierung der Strukturen unter Einbeziehung neuer Möglichkeiten der Laseroberflächenbearbeitung. Außerdem steht die signifikante Weiterentwicklung der Systemtechnik zur Steigerung der effektiven Abtragrate im Mittelpunkt des Projekts.

 

Vorstellung des Projekts eVerest auf der LASER World of PHOTONICS 2019

Kunststoffverkleidungen im PKW werden heute mit verschiedenen Verfahren geprägt. Die Herstellung der Werkzeuge dafür dauert allerdings extrem lange. Mit einer neuen Lasermaschine geht das dreimal so schnell und dabei werden noch feinere Strukturen möglich. Das Know-how für die verschiedenen Komponenten und Prozesse wurde im Forschungsprojekt eVerest von Partnern aus Forschung und Industrie entwickelt. Vorgestellt wurden die ersten Ergebnisse in München vom 24. bis 27. Juni auf der Weltleitmesse für Komponenten, Systeme und Anwendungen in der Photonik.

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Gefördert durch:                                      Projektträger:      

                        

Vorstellung des Projekts eVerest auf der LASER World of PHOTONICS 2019

Vertreter der eVerest-Projektpartner auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand auf der LASER World of PHOTONICS 2019 in München.
© Fraunhofer ILT, Aachen.

Vertreter der eVerest-Projektpartner auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand auf der LASER World of PHOTONICS 2019 in München.

Im Verbundprojekt eVerest entwickelt ein Konsortium aus fünf Industriepartnern und drei Forschungseinrichtungen eine Maschinen- und Systemtechnik zur effizienten Herstellung großformatiger 3D-Formwerkzeuge mit Designoberflächen. Mit den Partnern Volkswagen, DMG Mori, Scanlab, Precitec, Amphos, der FH Münster, der RWTH Aachen und dem Fraunhofer ILT sind vom Laserhersteller über den Systemintegrator bis zum Automobilhersteller Akteure der gesamten Wertschöpfungskette vertreten.

Das zentrale Ziel besteht in der Entwicklung einer hochflexiblen Maschinentechnik zur Präzisions-Laserbearbeitung, mit der bei höchsten geometrischen Auflösungen im Mikrometerbereich ohne wesentliche Kenntnisse der eigentlichen Technologie Texturen in Werkzeugen (z. B. Armaturenbrett) und Bauteilen unter Steigerung der effektiven Abtragsrate erzielt werden können.

Die Themenschwerpunkte umfassen die integrativen Komponenten der innovativen Anlagentechnik:

  • Entwicklung eines fasergekoppelten Hochleistungs-UKP-Lasers
  • Prozessentwicklung für eine sequentielle photonische Prozesskette bestehend aus Laserablation und Laserpolitur
  • Systemtechnik zur Steigerung der Abtragsrate inklusive schnellem z-Shifter und intelligenten Algorithmen zur Scannersteuerung
  • OCT-Kurzkohärenzsensortechnik zur Analyse topographischer Oberflächenprofile
  • Virtuelles Bauteildesign inklusive Abwicklung, Synthese und Visualisierung der Strukturen

Neben den genannten Komponenten wurden auf der LASER World of Photonics vom 24. bis zum 27. Juni 2019 in München ebenfalls Bearbeitungsergebnisse in Form von strukturierten Formwerkzeugen ausgestellt. Mit der technologisch hochintegrierten und bezüglich des Datenflusses neuartigen Maschinentechnik konnte die Zeit zur Herstellung einer texturierten Oberfläche mit Auflösungen im Mikrometerbereich gegenüber dem Stand der Technik um einen Faktor drei reduziert werden. Durch den sequentiellen Einsatz eines UKP-Lasers zum Strukturieren, Reinigen und Polieren entsteht eine photonische Prozesskette, mit deren Hilfe die Nacharbeit reduziert und Poliereffekte gezielt erzeugt werden können.

Highlight der eVerest-Ausstellung – Werkzeughälfte einer Instrumententafel, deren Fertigungszeit mit den Entwicklungen aus dem eVerest Projekt von 200 Stunden auf 70 Stunden verkürzt werden konnte.
© Fraunhofer ILT, Aachen. / Klaus D. Wolf.

Highlight der eVerest-Ausstellung – Werkzeughälfte einer Instrumententafel, deren Fertigungszeit mit den Entwicklungen aus dem eVerest Projekt von 200 Stunden auf 70 Stunden verkürzt werden konnte.

Presserundgang auf der LASER World of PHOTONICS in München am 25.06.2019.
© Fraunhofer ILT, Aachen. / Klaus D. Wolf.

Presserundgang auf der LASER World of PHOTONICS in München am 25.06.2019.

Ausstellung der eVerest-Projektergebnisse auf der LASER World of PHOTONICS 2019.
© Fraunhofer ILT, Aachen. / Klaus D. Wolf.

Ausstellung der eVerest-Projektergebnisse auf der LASER World of PHOTONICS 2019.

Gefördert durch:                                      Projektträger:      

                        

eVerest ist ein gemeinschaftliches Projekt des Fraunhofer ILT mit den folgenden Partnern

DMG Mori AG

 

Volkswagen AG

Scanlab AG

Precitec Optronik GmbH

Amphos GmbH

Fachhochschule Münster

FB Physikalische Technik, Labor für Photonik

RWTH-Aachen

Lehrstuhl für Computergraphik und Multimedia