Fertigung von Luftfahrtstrukturbauteilen mit hybridem Roboterbearbeitungskonzept

Im Bestreben, einen wirtschaftlichen Betrieb der Flugzeuge zu gewährleisten sowie deren CO2-Emissionen zu senken, sind Leichtbaustrukturen ein entscheidender Wettbewerbsfaktor in der Luftfahrtindustrie. Die Auslegung eines Großteils dieser Strukturen erfolgt in Integralbauweise. Aufgrund des Einsatzes schwerzerspanbarer Werkstoffe und monolithischer Herstellung erfordert die Fertigung Sondermaschinen mit großen Arbeitsräumen und hohe Mengen Spezialwerkzeuge. Ein fertiges Bauteil besteht oft nur aus ca. 10 % seiner ursprünglichen Rohteilmasse. Es entsteht also ein Zielkonflikt im wirtschaftlichen Betrieb der Flugzeuge und deren Herstellung, sodass Flugzeughersteller neue Fertigungslösungen zur Kostenreduzierung suchen.

In der vorliegenden Arbeit wird die Fragestellung aufgegriffen, wie eine wirtschaftlichere und nachhaltigere Fertigungslösung zur Herstellung von Strukturbauteilen aus Nickelbasislegierungen ermöglicht werden kann. Hierzu wird ein Ansatz über die Kombination robotergeführter Prozesse von additiver Fertigung und spanender Nachbearbeitung verfolgt. Industrieroboter bieten neben geringen Anschaffungskosten weite Bearbeitungsräume sowie eine große Anzahl Freiheitsgrade. Die Prozessführung über diese ist einerseits eine ideale Ergänzung für die generative Technologie. Andererseits können durch endkonturnah erzeugte Werkstücke Nachteile in der Zerspanung mit Industrierobotern aufgrund geringer Struktursteifigkeit überwunden werden. Aus der Nachbearbeitung mit kleinen Spandicken resultieren geringerer Bearbeitungskräfte, sodass höhere Bearbeitungsgenauigkeiten erzielbar sind. Zur Hebung dieser Potenziale wird die Entwicklung einer robotergeführten Fertigungslösung zu einer hybriden Fertigungszelle gezeigt. Unter Einbeziehung der digitalen Prozesskette wird anhand eines Bauteils die Machbarkeit nachgewiesen sowie eine neue Methode zur Genauigkeitssteigerung für die Zerspanung vorgestellt. Über die Entwicklung und Anwendung eines Kostenmodells erfolgt der Wirtschaftlichkeitsnachweis.