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Lackierzelle

Automatisierte Lackierung für die Losgröße eins

| Redakteur: Rebecca Vogt

Berechnung der Tropfenflugbahn: Multiphysikalische Simulation eines Hochrotationszerstäubers mit Kontaktaufladung am Beispiel einer Volvo V60 Karosserie.
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Berechnung der Tropfenflugbahn: Multiphysikalische Simulation eines Hochrotationszerstäubers mit Kontaktaufladung am Beispiel einer Volvo V60 Karosserie. (Bild: Fraunhofer FCC)

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Forscher des Fraunhofer-Instituts arbeiten an einer Lackierzelle, die sich selbst programmiert und die die automatisierte Lackierung von Einzelstücken möglich machen soll. Mit der Lackierzelle könnten zudem Ressourcen und Energie eingespart werden.

Individualisierung lautet das Stichwort. Egal in welchem Bereich – Produkte wandeln sich von konformer Massenware zu immer individuelleren Ausführungen. Losgröße eins heißt die langfristige Devise. Was den Lackierprozess angeht, stehen Unternehmer hier jedoch vor großen Herausforderungen. Denn Automatisierung und Individualisierung der Produkte passen, was die Lackiertechnik betrifft, bisher alles andere als zusammen.

Einen Lackierroboter zu programmieren, lohnt sich nur dann, wenn zahlreiche baugleiche Teile spritzlackiert werden müssen – was jedoch bereits heute schon vielfach nicht mehr der Fall ist. In zahlreichen Branchen wird daher aufgrund der zu großen Variantenvielfalt weit über die Hälfte aller Bauteile per Hand lackiert.

Lack und Energie können eingespart werden

In den Fraunhofer-Instituten für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) und dem schwedischen Fraunhofer-Chalmers Centre for Industrial Mathematics (FCC) wurde zur Lösung dieses Problems eine selbstprogrammierende Lackierzelle entwickelt, die zusätzlich mit zahlreichen Einsparpotenzialen aufwarten soll.

„Mit unserer Technologie Self-Paint können wir kleine Chargen und selbst Einzelstücke automatisiert lackieren“, sagt Dr. Oliver Tiedje, Gruppenleiter am IPA und Koordinator des Projekts. „Dabei sparen wir bis zu 20 % Lack ein und reduzieren somit auch die Lösemittelemissionen um 20 %. Zudem brauchen wir 15 % weniger Energie und sind um 5 % schneller als bei der bisher gängigen Handlackierung.“ Auch was die Reproduzierbarkeit angeht, punkte das automatische Verfahren gegenüber der Handarbeit.

In fünf Schritten zum lackierten Produkt

Der automatische Lackierprozess besteht aus fünf Schritten. Zunächst wird das Bauteil dreidimensional gescannt, dabei setzen die Forscher auf robuste State-of-the-Art-Systeme. Die Scandaten bilden dann 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. Aus diesen Simulationsdaten bestimmt das System im dritten Schritt die bestmögliche Roboterbahn für den Lackierprozess.

Anschließend folgt der eigentliche Lackierprozess. In Schritt Nummer fünf wird schließlich die Qualität überprüft: Ist die Dicke der Lackschicht wie gewünscht? „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 am ITWM. Im Lackieralltag soll der komplette Prozess schon bald automatisch ablaufen: Das Bauteil wird von Robotern gescannt, lackiert und auf seine Qualität überprüft – ohne Zutun eines Mitarbeiters.

Einrichtungen arbeiten an den einzelnen Schritten

Während die Forscher vom IPA das Projekt koordinieren und sich der Lackiertechnik sowie der Simulation der Lacktröpfchen nah am Zerstäuber widmen, kümmern sich ihre schwedischen Kollegen um die Simulation nah am Bauteil sowie um die automatische Bahnplanung. Sie berechnen etwa, wie die Lacktröpfchen durch die Luft fliegen, wo sie auf dem Objekt landen und wie dick die entstehende Schicht ist. Die Forscher am ITWM übernehmen den 3D-Scan und die Schichtdickenmessung zur Qualitätsabsicherung.

Prototyp bis Ende 2018

Gestartet ist das Projekt Self-Paint im vergangenen Jahr. Die Einzelmodule sind bereits fertig. Aktuell fügen die Wissenschaftler die Einzelschritte zu einem komplett automatisierten Prozess zusammen. Ende 2018 soll der gesamte Prototyp fertig sein – und, so das Ziel, der Lackiertechnik in der Produktion zu mehr Automatisierung und Flexibilität verhelfen.

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