EU-Forschungsprojekt BOREALIS: FRAMOS liefert Vision-System für flexible 3D-Fertigung

BOREALIS begann als Zusammenschluss europäischer Partnereinrichtungen, unter anderem des Fraunhofer-Instituts, einiger renommierter Universitäten und anderer Industriepartner, mit dem Ziel eines innovativen Konzepts für flexible Anlagen in neuen additiven und subtraktiven Fertigungsprozessen mit Fokus auf komplexen 3D-Metallkomponenten der nächsten Generation. Insgesamt wird erwartet, mit diesem Konzept eine Dekade bedeutsamer F&E-Fortschritte in der Mechatronik und Laserbearbeitung auszuschöpfen, und mit 40 % weniger Energie, 75 % weniger Material, ohne die Notwendigkeit der Endbearbeitung und ohne fehlerhafte Teile wird BOREALIS in der Fertigungstechnologie einen Meilenstein setzen.

Das Ergebnis ist eine neue Anlage von beispielloser Produktionsleistung und Effizienz mit hochgradiger Net-Shape-Präzision, innovativer Regelungstechnik und zertifizierbarer Qualität für großformatige und komplexe Produkte. Konzipiert wird die Lösung BOREALIS speziell für Industriesektoren, die aufgrund der Komplexität und der geringen Menge der gefertigten Komponenten sowie der unerschwinglichen Rohmaterialpreise mit einem extrem hohen Fertigungsaufwand konfrontiert sind. Als solches richtet sich das Projekt BOREALIS an die Medizintechnik, die Raumfahrt und die Automobilindustrie als maßgebliche Zielsektoren für seinen technologischen Durchbruch.

FRAMOS seinerseits beteiligt sich an BOREALIS durch die Entwicklung des Sensorsystems, das mit einer neuen Kamerazeile, Firmwaregeräten und Musterprojektoren sowie einem Stereo-Kamerasystem mit FPGA-Prozessor und anderen zusätzlichen Features ausgestattet ist. In erster Linie beruht es auf einem komplexen Vision-System, das nicht nur die Laserstrahl- und Pulverstromqualität überwacht und die erhebliche Dimensionsverschiebung kompensiert, sondern darüber hinaus die Fähigkeit besitzt, sich auf den Z-Achsen des Portals zu bewegen, um die Auftragsflächen und die wachsenden Muster der Komponenten zu berücksichtigen. Das mobile System besteht aus einer Wärmekamera und einem 3D-Kamerasystem für die Generierung thermisch angereicherter 3D-Szenarien, durch welche die Qualitätsparameter für den Laserstrahl und den Pulverauftrag entscheidend beeinflusst werden. Anschließend wird das Gesamtbild mit Hilfe der beiden Fixpunkte mit dem mobilen System trianguliert, um eine ausführlichere geometrische Rekonstruktion des zu bearbeitenden Teils zu synthetisieren. Ein FPGA verleiht dem System die notwendigen Eigenschaften, um den Großteil der erfassten Bilddaten direkt in der Kamera selbst zu verarbeiten und durch die Verbindung mit anderen Systemsensoren eine effiziente Übertragung von Verarbeitungsdaten zu gewährleisten.

Gemäß der Zeitplanung wird BOREALIS voraussichtlich Ende 2017 abgeschlossen sein, mit dem ersten Prototypen einer additiven Fertigungsanlage im Pilotmaßstab als vollständig integrierte Lösung für eine optimierte 3D-Fertigung. Die Konzeption und Modellierung für die Auftrags-Abtragsprozesse sowie die mechatronische Konstruktion der Anlage sind bereits fertiggestellt. Auch die Infrastrukturen für Optik und Laser wurden ausgewählt, und die Einrichtung des Vision-Systems ist abgeschlossen. Zudem wurde die grundlegende Architektur für die CAx-Kette definiert, und es gibt bereits einen ersten Entwurf des letztendlichen Nutzungsplans für die Vermarktung der Anlage BOREALIS nach Abschluss des Projekts.