Simulation Lackierung

Multiphysikalische Simulation eines Hochrotationszerstäubers mit Kontaktaufladung zur Berechnung der Tropfenflugbahn am Beispiel einer Volvo V60 Karosserie.

Vollautomatisierte Lackierzelle

In zahlreichen Branchen wird aufgrund der zu großen Variantenvielfalt weit über die Hälfte aller Bauteile per Hand lackiert. Die vollautomatisierte Lackierzelle soll es ermöglichen beliebige Objekte der Stückzahl eins zu bearbeiten.

Selbstprogrammierende Lackierzelle für Stückzahl eins

Projekt SelfPaint

Im Projekt »SelfPaint« entwickeln wir gemeinsam mit den Fraunhofer-Instituten IPA und FCC eine selbstprogrammierende Lackierzelle. Denn für die Lackiertechnik ist es aktuell noch sehr aufwendig, vollautomatische Lackierprozesse zu programmieren.

 

Ziele

Ziel des Fraunhofer-Forschungsprojekts ist es, in drei Jahren (2016-2018) eine Lackierzelle zu entwickeln, welche die Objekte selbstständig erfasst, vermisst und lackiert.

Die vollautomatisierte Lackierzelle soll es ermöglichen, beliebige Objekte der Größe 1x1x2 m³ zu bearbeiten. Damit eignet sich die Innovation für zahlreiche Branchen und Einsatzfelder.

Schritte zur optimalen Lackierung

Der automatische Lackierprozess besteht aus fünf Schritten:

  1. Das Bauteil wird dreidimensional gescannt.
  2. Die Scandaten bilden die Basis für eine fluiddynamische Simulation: Entsprechende Software simuliert die Flugbahn der Lackteilchen und bestimmt, welche Lack- und Luftmengen für die gewünschte Schichtdicke optimal sind.
  3. Aus diesen Simulationsdaten bestimmt das System die bestmögliche Roboterbahn für den Lackierprozess. Über intelligente Algorithmen und mittels präziser fluiddynamischer Strömungssimulation können optimierte Lackierbahnen online im Beschichtungsprozess ermittelt werden. Die Pfadoptimierung erfolgt mittels Machine Learning.
  4. Das Bauteil wird lackiert.
  5. Qualitätsüberprüfung: Ist die Dicke der Lackschicht wie gewünscht?
Graphische schematische Darstellung des 3D-Scans am Beispiel eines Stuhls.
© Foto ITWM

Graphische schematische Darstellung: Der Stuhl wird dreidimensional gescannt.

»Für diese Qualitätskontrolle nutzen wir Terahertz-Technik, also Licht mit einer Wellenlänge zwischen Mikrowelle und Infrarot. Auf diese Weise können wir nasse und farbige Lacke berührungslos messen«, berichtet Dr. Joachim Jonuscheit, stellvertretender Abteilungsleiter des Zentrums für Materialcharakterisierung und -prüfung am ITWM. »Die von uns entwickelte 3D-Scan-Technologie erkennt Objekte und deren Teileträger und kann deren Position in der Lackierzelle genau angeben«. Im Lackieralltag wird dieser Prozess schon bald automatisch ablaufen: Das Bauteil wird von Robotern gescannt, lackiert und auf die Qualität überprüft – ohne Zutun eines Mitarbeiters.

Graphische schematische Darstellung des 3D-Scans am Beispiel eines Stuhls.
© Foto ITWM

Graphische schematische Darstellung: Die Scandaten bilden die Basis für eine fluiddynamische Simulation.

Graphische schematische Darstellung des 3D-Scans am Beispiel eines Stuhls.
© Foto ITWM

Graphische schematische Darstellung: Das Bauteil/Der Stuhl wird lackiert.

Graphische schematische Darstellung
© Foto ITWM

Graphische schematische Darstellung: Qualitätsüberprüfung via Terahertz-Technik.

Module

Die einzelnen Module der automatischen Lackierzelle sind:

  • ein optischer 3D-Scan der zu lackierenden Objekte,
  • eine computergestützte Lackieroptimierung
  • sowie eine berührungslose Schichtdickenmessung.

 

Vorteile der Technologie »SelfPaint«

  • Es können kleine Chargen und selbst Einzelstücke, Losgröße eins automatisiert lackiert werden.
  • Dabei sparen wir bis zu 20 Prozent Lack ein und reduzieren die Lösemittelemissionen um 20 Prozent.
  • Zudem brauchen wir 15 Prozent weniger Energie.
  • Der Vorgang ist um fünf Prozent schneller als die bisher gängige Handlackierung.
  • Reproduzierbarkeit des Lackierprozesses: Eine Maschine oder ein Roboter tragen im Gegensatz zum Mensch immer die gleiche Menge an Lack auf – und dies wird überdies im Idealfall noch automatisch dokumentiert.
  • Die Automatisierung der Lackierung eröffnet die Chance, Produktionsprozesse wieder nach Europa und Deutschland zu verlagern und auch der Arbeitsschutz im Prozess wird erhöht.

 

Beteiligte Partner und Aufgabenteilung