Seit seiner Gründung 1986 als Spin-Off der RWTH Aachen hat sich das gemeinnützige, unabhängige Forschungsinstitut Access fest als Entwickler für Materialforschung und neuartige Fertigungsverfahren etabliert. Im Aachener TechCenter werden gießtechnische Herstellungsprozesse und neue Werkstoffe für ein breites Spektrum industrieller Anwendungen entwickelt und qualifiziert. Der Fokus der Arbeit liegt auf modernen Feingussverfahren sowie der Luft- und Raumfahrttechnologie. Zahlreiche Unternehmen setzen dabei auf die Expertise der Access-Ingenieurinnen und -Ingenieure, darunter Airbus, Rolls-Royce und MTU Aero Engines. Durch lange Prozessketten mit mehr als 105 Arbeitsschritten gestaltet sich der Feinguss äußerst anspruchsvoll und die Entwicklung beginnt mit jeder Geometrie neu. Seit mehr als zehn Jahren setzt Access dabei auf einen ZX130L von Kawasaki Robotics um die anspruchsvollen Projekte präzise und schnell umzusetzen.
Forschung setzt neue Industriemaßstäbe
Die Kunden kommen dabei nicht für die Serienfertigung auf das Access-Team zu, sondern für Forschung, die neue Industriemaßstäbe setzt. „Generell gilt: Je komplexer ein Bauteil, desto eher kommen Feingussverfahren zum Einsatz“, sagt Projektmanager Martin Hamacher. Insbesondere in der Luftfahrtforschung werden High-Tech-Prozesse und komplexe Geometrien zunehmend gefragter. Konventionelle Gussverfahren kommen dabei oft an ihre Grenzen – z.B. bei anspruchsvollen Werkstoffen wie Titan. „Häufig kommen Gießereien auf uns zu, wenn sie Projekte nicht bearbeiten können und unsere Expertise brauchen. Wir kommen aus dem Prototypenbau und kleine Losgrößen sind für uns Alltag – und der enge Austausch mit der Industrie ist für uns essenziell“, so Hamacher. Aktuell zeigt ein umfassendes Projekt mit zwei großen Gießereien und Rolls-Royce die wachsende Nachfrage nach innovativen Feingussverfahren sowie der robotergestützten Automatisierung der Prozesse.
Basis für Zukunftstechnologien
Die von Access entwickelten Bauteile, Materialien und Verfahren schaffen die Basis für Technologien der Zukunft. Doch der Weg von Forschung bis Serienfertigung ist lang: Trotz zunehmend beschleunigter Prozesse kann es bis zu 20 Jahre dauern. Insbesondere der Zertifizierungsaufwand ist hoch, etwa bei neuen Legierungen oder auch neuen Verfahren im Formguss. „Viele Projekte sind sehr langfristig angelegt und bauen aufeinander auf, aber natürlich wird nicht alles eines Tages serienmäßig in Turbinen verbaut. Aber unsere Arbeit verkleinert zunehmend die Lücke zwischen Forschung und Industrie – und das ist immer unser Ziel“, erklärt Werkstoffingenieur Alexander Küll.
Der Roboter als robustes Herzstück der Prozesse
Automatisierung ist fester Bestandteil zahlreicher Projekte: Ein Kawasaki-Roboter kommt primär bei der Entwicklung von Formschalensystemen und Gießtrauben zum Einsatz. Durch aufwendige Geometrien, mehrere Gelenke und geringe Wandstärken stellen diese Teile – z.B. für Rolls-Royce-Turbinensysteme – stets eine signifikante Herausforderung dar. Mit einer Tragkraft von 130kg und 295mm Reichweite wurde der ZX130L von Kawasaki Robotics speziell für anspruchsvolle Umgebungen und Aufgaben wie Gussverfahren entwickelt. Trotz seiner Tragkraft und Widerstandsfähigkeit gegenüber externen Einflüssen ist der Roboter extrem schnell, flexibel und verfügt über einen umfangreichen Arbeitsbereich. 2026 sind in der Industrie automatisierte Prozesse Standard. ‣ weiterlesen
Wenn Automatisierung Realität wird – entscheidet der Greifer
Der ZX130L ist seit seiner Einführung 2014 bei Access Non-Stop im Einsatz, so Küll: „Zwischen hohen Mengen von Schlicker und Staub ist die Arbeitsumgebung extrem fordernd. Einmal im Jahr werden die Dichtungen gewartet, aber unser Kawasaki-Roboter läuft seit über zehn Jahren absolut problemlos – und das sogar ohne zusätzliche Einhausung.“ Jedes Projekt ist anders: In dieser Zeit wurden weit mehr als 500 Geometrien und Prozesse mit dem Roboter individuell entwickelt und umgesetzt. Der vom Systemhaus VA-Tech installierte Roboter agiert als Herzstück eines umfassenden und flexiblen Gießsystems, das den manuellen Prozess widerspiegelt. Die eingeschränkte Fläche in einem Anbau des TechCenters wurde dabei optimal ausgenutzt.
KI-gestützte Qualitätskontrolle und Eliminierung von Abweichungen
Nach jeder Schicht führt der Roboter das Werkstück einem KI-gestützten Kamerasystem zu, das die Oberflächenbeschaffenheit – basierend auf gesammelten Industriedaten – einer zuverlässigen Qualitätskontrolle unterzieht. Ebenso werden die Werkstücke regelmäßig und automatisch gewogen, um Abweichungen zu erkennen. Hier wird der entscheidende Vorteil der automatischen Formschalenherstellung schnell deutlich: Bei der manuellen Herstellung zeigt die Varianz des Formschalengewichts je Gießaufbau immer wieder deutliche Abweichungen, wenn auch im akzeptablen Rahmen. Doch die robotergestützte Herstellung resultiert in einem nahezu vollständig konstanten Formschalengewicht ohne nennenswerte Varianz.
Verkürzte Bearbeitungszeiten
Ein digitaler Zwilling der Anlage visualisiert kontinuierlich den Status der Anlage, alarmiert zuverlässig über Fehler und ermöglicht die flexible Vorgabe von Grenzwerten für verschiedene Werkstücke. Die manuelle Herstellung der Formschalen beinhaltet zwölf Schichten und nimmt in der Regel angesichts Trocken- und Arbeitszeiten über eine Woche in Anspruch. Auch hier werden die Vorteile des Roboters deutlich: Durch konstantes Arbeiten, auch über Nacht, wird die Bearbeitungszeit effektiv reduziert. „Die Herstellung ist für Mitarbeiter außerdem eine hohe körperliche Belastung. Durch den Einsatz des Roboters können wir sie schonen und ihr Knowhow in anderen Bereichen nutzen“, so Küll.
Der Roboter bedient bei der Formschalenherstellung zwei Trockensysteme, drei Schlickerbehälter und drei Besander. Die zuvor einzeln in Matrizen gespritzten und zusammengefügten Wachsteile werden über ein Zufuhrsystem dem Roboter übergeben. Nach dem Eintauchen des Werkstücks in den Schlickerbehälter lässt der ZX130L es zunächst abtropfen und führt es dann einem Besander zu, der die Oberfläche mit Keramiksand versieht. Anschließend wird das Werkstück einem Trockensystem übergeben und nach der Trocknung einem der installierten Spültanks. Nachdem alle Schichten aufgetragen sind, wird das Werkstück manuell entnommen und mittels eines Sandstrahls freigelegt sowie durch einen Wasserstrahl getrennt.
Durch einen Laser ist der Roboter in der Lage, den exakten Füllstand des Schlickerbehälters zu erfassen, um somit die optimale Eintauchtiefe zu wählen. Alle Behälter wurden von Access selbst entworfen und gebaut – denn verschiedene Legierungen benötigen individuelle Schlickersysteme um die passende Oberflächenbeschaffenheit zu erlangen.
Neuer Standort
2027 steht der Umzug des Tech Centers in das neue Production Launch Center Aviation (PLCA) – spezifisch geplant für die schnelle Entwicklung sicherheitskritischer Triebwerkskomponenten. Hamacher und sein Team haben bereits zahlreiche Pläne für den neuen Standort: „Wir haben den Platz im TechCenter zwar gut ausgenutzt, aber wir hoffen, im PLCA die robotergestützte Anlage größer zu gestalten. Ein modulares Baukastensystem mit zusätzlichen Töpfen und Besandern würden uns deutlich mehr Flexibilität bieten. Zudem wäre eine lineare Verfahrachse für den ZX130L ein großes Plus und würde den potenziellen Arbeitsbereich und die Anzahl der Stationen deutlich erhöhen. Die neue Anlage wird mit moderner Sensorik ausgestattet, die das präzise automatische Öffnen und Schließen der Töpfe ermöglicht.
