Fraunhofer IPA

Ein Roboter lackiert einen Kotschützer.
Quelle: Fraunhofer IPA

Intelligente Lackierzelle

Wie kann die Flexibilität einer Handlackierung mit einer robotergestützten Lackierung erreicht werden? Im Kollaborationsprojekt »SelfPaint« entwickelten Forscher dreier Fraunhofer-Institute eine selbstprogrammierende Lackierzelle, die vollautomatisch Produkte in kleiner Stückzahl – bis Losgröße 1 – lackiert.

Bisher werden robotergestützte Lackierprozesse offline von erfahrenen Roboterprogrammierern erstellt, dann anhand von Lackierversuchen in der Praxis bewertet und schließlich verbessert. Solange die Waren massenhaft produziert wurden, war dieses Vorgehen profitabel. Doch in Zeiten sinkender Stückzahlen und steigender Variantenvielfalt treibt diese Methode die Kosten in die Höhe und verschlingt viel Zeit. Der Ausweg: eine intelligente Lackierzelle, die sich selbst programmiert.

Eine solche haben nun Wissenschaftler der drei Fraunhofer-Institute IPA, ITWM und FCC entwickelt. Der Clou: Die Forscher haben Sensoren, Aktoren und Software so miteinander verbunden, dass sie optimal zusammenarbeiten: Sensoren scannen das Bauteil, das lackiert werden soll, dreidimensional ein. Eine Software erstellt daraus ein 3D-Modell, an dem es den Lackierprozess vorab simuliert. Anschließend trägt ein Roboter den Lack auf das Bauteil auf. Sensoren messen hinterher, ob die Lackschicht überall gleich dick ist.

Erste Einsätze in der Industrie
Dabei haben die Forscher zunächst die einzelnen Module der intelligenten Lackierzelle hinsichtlich Genauigkeit und Leistungsfähigkeit verbessert. Anschließend wurden die Schnittstellen zwischen den Sensoren, Aktoren und der Software ausgearbeitet und das Konzept anhand der Lackierung eines Kotschützers erfolgreich getestet. Durch den modularen Aufbau der intelligenten Lackierzelle ist eine adaptive Integration in bestehende Lackieranlagen und Lackierprozesse möglich.

In dem Projekt verwendeten die Forscher reale Bauteile des Landmaschinenherstellers John Deere, um diese mit Industrierobotern im Lackiertechnikum des Fraunhofer IPA zu lackieren. So konnten sie das Zusammenwirken der Module der einzelnen Fraunhofer-Institute erfolgreich testen.

Einzelne Module werden bereits erfolgreich im industriellen Umfeld eingesetzt: Ein Fahrzeugbauer verwendet zur Absicherung des Fahrzeugdesigns eine multiphysikalische Lackiersimulation. Dabei wird der Lackapplikationsprozess in einem virtuellen Abbild des Prozesses detailgetreu nachgestellt. Ein ausgeklügeltes Verfahren berücksichtigt sowohl aerodynamische als auch elektrostatische Kräfte und berechnet so die Flugbahn der Tropfen – es wird also Tropfen für Tropfen genau berechnet, wo sie auf dem Bauteil landen. So wird die Schichtdickenverteilung schon ermittelt, bevor das Bauteil überhaupt lackiert wird.