LASCAM: Großformatiger Laserbeschnitt von Kunststoffen bringt erhebliche Einsparungen in der Produktion und steigert die Effizienz

Konkret handelte es sich um eine robotergestützte Laserbearbeitungszelle, die an den Kunststoffspritzgießprozess im Hinterspritzverfahren anschließt und Teil einer vollautomatisierten Linie zur Herstellung von Türverkleidungen ist.

Abbildung Nr. 1 – Inneres der vollautomatisierten Linie

Der Laserbeschnitt ist für zahlreiche Polymer-, Sandwich- und Verbundwerkstoffe einsetzbar, die insbesondere im Hinterspritzverfahren hergestellt werden. Beispiele hierfür sind Materialien auf Basis von ABS, PMMA, PP oder PE mit den entsprechenden Füllstoffen und Verbundwerkstoffkomponenten. Diese Technologie wurde daher auch bei dem Kunden gewählt, der die Materialien bis dahin ausschließlich manuell durch mechanischen Beschnitt und lokales Ausstanzen bearbeitet hatte, was einen hohen Personalaufwand erforderte, üblicherweise 24 Mitarbeiter in 3 Schichten. Durch die Implementierung einer robotergestützten und automatisierten Lasertechnologie, die direkt an die Spritzgießmaschine angebunden ist, konnte der Kunde jedoch die gesamte manuelle Bearbeitung abschaffen und durch eine stabile robotergestützte Fertigung ersetzen.

Abbildung Nr. 2 - Anordnung der Bearbeitungszelle

Was ist Hinterspritzen?

Ein Verfahren, bei dem das Material in ein Werkzeug mit einem zuvor vorbereiteten Halbzeug, beispielsweise einer Folie, eingespritzt wird. Das Ergebnis ist ein Formteil, das mit dieser Folie beschichtet ist (siehe Abbildung Nr. 3).

Abbildung Nr. 3 – Bauteil vor (links) und nach der Bearbeitung (rechts)

Wie funktioniert das Ganze?

Die Laserbearbeitungszelle besteht aus zwei Sektionen, die jeweils von einem 6-achsigen Industrieroboter bedient werden. In der ersten Phase wird das Bauteil (der Träger der Türverkleidung) vom Roboter auf dem Einlaufförderband aufgenommen. Dieser bewegt es unter den stationären Laserkopf, wo ein CO₂-Laser mit einer Leistung von 200 W die überschüssige Folie, die nach dem Spritzgießen am gesamten Umfang des Bauteils übersteht, mit der geforderten Genauigkeit von ±0,2 mm abschneidet.

Das Bauteil wird anschließend an den zweiten Roboter übergeben, der es vor den 3D-Scan-Laserkopf mit einem einzigartigen Sichtfeld von 792 x 718 mm bewegt. Dort wird die Folie kreisförmig ausgeschnitten, um die Montageöffnungen und die Öffnungen für die Audiotechnik oder die Airbagverkabelung freizulegen. Insgesamt handelt es sich um 27 Öffnungen, die mit einem CO₂-Laser mit einer Leistung von 400 W in nur 15 Sekunden ausgeschnitten werden. Das fertige Bauteil wird nach der Bearbeitung auf das Auslaufförderband der Linie für die nächste nachgelagerte Anwendung übergeben.

Vorteile der Lösung

Nach der Installation der Lasertechnologie schätzt der Kunde die Stabilisierung der Qualität, insbesondere die Wiederholbarkeit des Fertigungsprozesses und die deutliche Effizienzsteigerung in der Produktion. Dank der vollautomatisierten Roboterzelle konnten die Fehlerquote und die Gesamtzeit aller Arbeitsgänge erheblich reduziert werden. Der Kunde erzielte zudem einen großen Wettbewerbsvorteil, da er erhebliche Personal- und Verbrauchsmaterialkosten einsparte und diese Mittel in anderen Produktionsbereichen einsetzen konnte. Dank ihres multifunktionalen Konzepts lässt sich die gesamte Bearbeitungszelle darüber hinaus nachträglich für die Herstellung von Bauteilen für andere Fahrzeugmodelle programmieren, wodurch sich ihre Einsatzmöglichkeiten künftig erweitern lassen.

Abbildung Nr. 4 – Endanwendung des Bauteils

Wichtigste Eigenschaften und Vorteile der Lösung:

• Verkürzung des Fertigungszyklus

• Berührungsloser Prozess

• Automatische Korrektur der Roboterbahn relativ zum Laserstrahl 

• Vollautomatisierte Lösung mit Anbindung an nachgelagerte Anwendungen

• Ohne übermäßigen Wärmeeintrag und ohne unerwünschte Beeinflussung des bearbeiteten Bauteils

• Wiederholbarkeit des Prozesses mit einer Genauigkeit von ±0,2 mm über das gesamte Bauteil bis zu einer Größe von 1200 x 1200 mm

• Leistungsfähiger Ersatz für herkömmliche Verfahren wie Scheren, Stanzen und Fräsen

• Deutliche Reduzierung der für die Bedienung der Bearbeitungszelle erforderlichen Mitarbeiterzahl

• Multifunktionales Konzept der Bearbeitungszelle, das eine einfache ergänzende Programmierung für die Herstellung weiterer Bauteile ermöglicht

• Geringerer Platzbedarf der Bearbeitungszelle gegenüber der manuellen Bearbeitung