Automatisiertes Modellieren großflächiger Sandgussformen

Abstract

In der Arbeit wird ein neues direktes, d.h. modelloses, Formverfahren für großflächige Sandgussformen beschrieben. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren zur direkten Herstellung von Sandgussformen, d.h. dem Fräsen vorverfestigter Formstoffblöcke und den generativen Verfahren, arbeitet das neue Verfahren durch dreidimensionales Modellieren des Gießereiformstoffes mit robotergeführten lokal wirkenden Modellier- und Verdichtungswerkzeugen. Es werden Szenarien zur Anwendung des neuen Verfahrens aufgezeigt und entsprechende Teil- und Gesamtsystemvarianten konzipiert. Die beiden wissenschaftlichen Entwicklungsschwerpunkte behandeln das Formstoffverhalten beim lokalen Modellieren und Verdichten sowie eine automatische 3D-Bahngenerierung. Die Untersuchung des Formverhaltens basiert auf neuen theoretischen Wirk- und Berechnungsmodellen, die mit einem bentonit-gebundenen Formstoffsystem und einem kalt-härtenden Furanharz-Formstoffsystem verifiziert werden. Die automatische 3D-Bahngenerierung berücksichtigt das Formstoffverhalten und liefert prozessoptimale Bahnen, die direkt in Ausführungsprogramme für Industrieroboter umgesetzt werden können. Mit Hilfe einer prototypischen Roboterzelle werden die theoretischen und experimentellen Ergebnisse an einer großflächigen Sandgussform erprobt und die Machbarkeit des automatisierten Modellierens nachgewiesen.

In this thesis a new direct, i.e. pattern-free, moulding technique for large-scale sandmoulds is developed. In contrast to the techniques of the state of the art, i.e milling hardened blocs of form sand material or generative processes, the new techniques works by three-dimensional modelling of bulk form material using locally performing modelling tools such as rollers that are moved by robots. Industrial application scenarios for the new techniques are analysed and concepts for the main components and for the overall system are developed. The two scientific chapters deal with the behaviour of form sand material when locally modelling and compacting as well as a method for automatically generating three-dimensional robot pathes for the process. The examination of the behaviour of the moulding sand is based on new theoretical modelling approaches which are verified by experiments using industrial bentonite bonded and resin bonded mould material. The automatic path generation method takes into account the specific behaviour of the mould material and delivers process optimized pathes which can directly be translated into executable robot programs. By means of a test robot cell the new theoretical and experimental results are verified for a large-scale sand mould and the feasability of the overall appproach is proved.