Entwicklung und Validierung eines CAM-Werkzeugs zur automatisierten Roboterprogrammierung für die 3DSW

In der vorliegenden Arbeit wird eine neuartige digitale Prozesskette (CAE-Kette) für die 3DSW auf Basis von Open-Source-Software entwickelt. Diese ermöglicht einen automatisierten CAE-Workflow von der Bauteilidee bis zum lauffähigen Roboterprogramm. Die 3D Skelett Wickeltechnik ist eine Technologie zum automatisierten Herstellen von Leichtbau-Skelettstrukturen aus kontinuierlich faserverstärktem Kunststoff, die als lokale Verstärkungsstruktur für strukturelle Formteile oder direkt als Skelettbauteile (ohne Einbettung) eingesetzt werden können. Durch gezielte Planung des Wickelprozesses ist es möglich, die Lage und Orientierung der Fasern im Bauteil belastungsspezifisch zu optimieren. Für für Kernbasierte und fasergeführte, kernlose Wickelverfahren existieren proprietäre Lösungen zur automatisierten Programmierung. CAM-Werkzeuge für Kernlose Verfahren werden bisher nur im Forschungsbereich eingesetzt und konnten sich noch nicht kommerziell etablieren. Für werkzeuggeführte und kernlose Prozesse, wie die 3DSW, fehlen automatisierte Programmierwerkzeuge hingegen noch, was bedeutet, dass alle Programme hierfür bisher durch textuelles Programmieren erzeugt wurden. In dieser Arbeit wird eine CAD-CAM Schnittstelle für die 3DSW definiert und umgesetzt. Es wird ein Modul entwickelt, welches ein Modell des aufgewickelten Faserstrangs erzeugt. Zudem wird die Kinematik des roboterbasierten Wickelprozesses analysiert und daraus ein Bewegungsplaner inkl. Postprozessor erstellt, mit dem Roboter-Wickelprogramme für die 3DSW erzeugt werden können. Bei der Bewegungsplanung werden Informationen des vorher erzeugten Modells des Faserskeletts, sowie Kentnisse über die Kinematik des Roboters und deren Einschränkungen genutzt. Abschließend werden die Ergebnisse anhand der Entwicklung und Fertigung eines Beispielbauteils, der 3DSW Pipe Clamp, validiert und diskutiert.