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.

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

Graphische schematische Darstellung: Der Stuhl wird dreidimensional gescannt.

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

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

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

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

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?

Wir realisieren im Projekt die dreidimensionale Erfassung des Bauteils und die Terahertz-Schichtdickenmessung.

 

Dreidimensionale Objekt- und Lageerkennung

Damit die Lackierzelle die Lage des Objekts für die Simulation und Lackierung kennt, muss dieses dreidimensional erfasst werden. In der selbstprogrammierenden Lackierzelle kommen 3D-Sensoren zum Einsatz, die ursprünglich zur Steuerung von Videospielen – einem globalen Massenmarkt – entwickelt wurden. Die Genauigkeit der Lageerkennung ist dabei exakter als die Abweichungen gängiger Bauteile von den CAD-Daten und liegt somit innerhalb der Fertigungs- und Positionierungstoleranzen. Ermöglicht wird diese hohe Auflösung durch maßgeschneiderte Algorithmen zur Datenaufbereitung.

 

Terahertz-Technologie zur Qualitätskontrolle

Im letzten Prozessschritt der automatisierten Lackierung wird die Qualität überprüft: Ist die Dicke der Lackschicht wie gewünscht? Für diese Qualitätskontrolle nutzen wir Terahertz-Wellen. Mit dieser von uns entwickelten Technologie können nasse und farbige Lacke berührungslos gemessen werden. Schon während des Lackierens oder auch im Nachgang kann die Qualität der Lackschichten kontrolliert werden. Substrate – die Grundlage der Lackschichten – müssen hierbei nicht metallisch sein, sondern können auch aus anderen Materialien bestehen.

Graphische schematische Darstellung
© 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.

Beteiligte Partner und Aufgabenteilung