Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Fräsen von Freiformen in großvolumigen Natur- und Kunststeinwerkstücken
    (Fraunhofer IPK, 2011)
    Nguyen, Tuan-Minh
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    Manthei, Marcel
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    Surdilovic, Dragoljub
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    Reinkober, Sascha
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    Zhao, Hongqing
    Es wurde untersucht, in wie weit sich Werkzeuge auf Basis hochharter Schneidstoffe eignen, um dreidimensionale Strukturen in Natursteinwerkstoffen herzustellen. Weiterhin waren der Aufbau und die Nutzung eines Robotersystems zur Führung der Bearbeitungswerkzeuge Bestandteile des Projekts. Hierdurch soll die formgebende Vorbearbeitung von Natursteinwerkstücken, wie beispielsweise von Fassadenelementen oder Skulpturen, ermöglicht werden um die vorwiegend in Handarbeit durchgeführten Tätigkeiten zu (teil-)automatisieren. Betrachtet wurden die hochharten Schneidstoffe PCBN, PKD sowie CVD-Diamant und ergänzend dazu kommerziell erhältliche Natursteinbearbeitungswerkzeuge auf Diamantbasis. Als Versuchswerkstücke wurden Sandstein, Muschelkalkstein und Marmor verwendet, der Schwerpunkt lag hierbei auf Sandstein hoher Qualität (Bildhauerqualität). Für die Bearbeitung hat sich PKD als geeigneter Schneidstoff herausgestellt, da hierbei sowohl Trocken- als auch Nassbearbeitung möglich sind. Eine Verwendung von Werkzeugen mit geometrisch bestimmter Schneide unter Verwendung von PKD ist prinzipiell für die Natursteinbearbeitung geeignet. Weiterhin zeigte sich, dass eine Nassbearbeitung nicht nur schonender für die Werkzeuge ist, sondern auch einen großen Einfluss auf die Oberflächenbeschaffenheit bei der Bearbeitung von weichen Steinen wie beispielsweise Marmor hat. Es wurde ein funktionsfähiges Roboter-Spindel-System für die Fräsbearbeitung aufgebaut. Aufgrund der eingesetzten Standardwerkzeugschnittstelle ist es ebenfalls für andere Anwendungsbereiche geeignet. Während des Aufbaus und der Inbetriebnahme traten unvorhersehbare technische Herausforderungen auf, infolge derer die für Bearbeitungstests zur Verfügung stehende Zeit eingeschränkt war. Die mit dem System erreichbare Genauigkeit ist für eine Vorbearbeitung beim Fräsen ausreichend, die Endbearbeitung muss jedoch konventionell auf CNC Maschinen oder durch den Bildhauer durchgeführt werden.