Der Hintergrund: Das Wasserstrahlschneiden ist eine leistungsstarke, aber schwer zu beherrschende Bearbeitungstechnologie, weil der Wasserstrahl im Laufe des Bearbeitungsprozesses häufig seine Form und Wirkrichtung ändert. Darum ist es für Unternehmen bis heute oft recht unattraktiv, die im Grunde sehr aussichtsreiche, ressourcenschonende Bearbeitungsmethode als Ergänzung oder Alternative zu konventionellen Fertigungsverfahren einzusetzen. Auch gibt es für komplexe Anwendungen des Wasserstrahls noch keine zusammenhängenden Softwaretools für die Prozessauslegung.

CAx-Modul zur Bahnplanung

Das Team des Fraunhofer IPT entwickelte gemeinsam mit dem Aachener Softwareunternehmen Aixpath und dem Wasserstrahlmaschinenhersteller H. G. Ridder aus Hamm in dem öffentlich geförderten Forschungsprojekt „Jetcut3D – Kosteneffiziente Bearbeitung von 3D-Bauteilen durch ein neuartiges Wasserstrahlkonzept“ eine Software und einen neuen Bearbeitungskopf, um das Wasserstrahlschneiden zu vereinfachen und die Schnittqualität zu verbessern. Mit der neuen Methode lassen sich Bearbeitungsprozesse einstellen, die deutlich präziser als bisher die veränderliche Dynamik des Wasserstrahls berücksichtigen.

Die Forscher analysierten dafür zunächst 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 die Projektpartner verschiedene Kompensationsmethoden für derartige Abweichungen und integrierten dafür passende Algorithmen in die Steuerungssoftware. Die Ergebnisse flossen in ein neu entwickeltes CAx-Modul zur Bahnplanung für das Wasserstrahlschneiden ein, das die „Siemen NX“-Bahnplanungssoftware ergänzt.

Wasserstrahlkopf kompensiert Abweichungen

Mit dem ebenfalls im Forschungsprojekt entwickelten Wasserstrahlkopf können die Kompensationsmethoden auf plötzliche Abweichungen im laufenden Bearbeitungsprozess realisiert werden. Dafür lässt er sich besonders schnell und präzise in fünf Achsen heben, senken, kippen und drehen. Anhand verschiedener Bauteilgeometrien, zum Beispiel einem Zahnrad aus Aluminium, erprobten die Forscher die Funktionsweise des Kopfes im Zusammenspiel mit der Software und erzielten eine durchweg hohe Bearbeitungsqualität. Die gewonnenen Ergebnisse sollen einen wichtigen Beitrag leisten, 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. Künftig könnte das CAx-Modul damit auch für die Bahnplanung weiterer Wasserstrahlverfahren genutzt werden.

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