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Druckluftstrahlen mit digitalen Werkzeugen verbessern
Mit dem Forschungsprojekt „DigiStrahl“ arbeiten das Fraunhofer IPA und das Institut für Korrosionsschutz Dresden an der digitalen Weiterentwicklung des Druckluftstrahlens. Ziel ist es, den bislang stark erfahrungsbasierten Prozess durch Simulation, Bildverarbeitung und automatisierte Analyse reproduzierbarer und effizienter zu gestalten.
Das Druckluftstrahlen ist in der industriellen Oberflächenbearbeitung fest etabliert – ob zur Reinigung, Entrostung oder Strukturierung von Bauteilen. Dennoch wird die Prozessführung häufig manuell und nach Erfahrungswerten vorgenommen. Genau hier setzt das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderte IGF-Projekt „DigiStrahl“ an. Es wird vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart und dem Institut für Korrosionsschutz Dresden (IKS) gemeinsam mit 17 Industriepartnern bearbeitet.
Simulation statt Versuch und Irrtum
Im Fokus der ersten Projektphase stand die Modellierung der Strahlkornbewegung und deren Einfluss auf das Substrat. Mithilfe von CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics) und Hochgeschwindigkeitsaufnahmen wurden Einflussgrößen wie Düsengeometrie, Volumenstrom und Strahlmittelgeschwindigkeit detailliert untersucht. Die Erkenntnisse fließen in numerische Modelle ein, die künftig eine gezielte Steuerung der Prozessparameter erlauben sollen.
Versuche mit metallischem Strahlmittel zeigten, dass die Strahlkörner mehrfach auf der Oberfläche auftreffen und damit das Ergebnis beeinflussen. Mit dem „Multi Grit Tester SAE“ konnte ein reproduzierbarer Versuchsaufbau mit konstanter Strahlmittelzufuhr und festem Strahldruck realisiert werden. So ließen sich Zusammenhänge zwischen Strahlparametern und Zielgrößen wie Bedeckungsgrad, Dellengröße oder Rauheitswerten (Ra, Rz, Rpc) präzise erfassen.
Bildanalyse macht das Unsichtbare sichtbar
Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der optischen Auswertung der Oberflächen. Scanner, Mikroskope und Bildanalyse-Software wie „ImageJ“ ermöglichen eine schnelle, kostengünstige und reproduzierbare Bewertung der Strahlwirkung. Erste Ergebnisse zeigen deutliche Korrelationen zwischen Dellenstruktur, Rauheit und Bedeckungsgrad – ein entscheidender Schritt hin zu einer datenbasierten Prozesssteuerung.
Mit den digitalen Werkzeugen aus „DigiStrahl“ könnte künftig aufwändiges Probieren entfallen: Strahlprozesse ließen sich dann virtuell simulieren und zielgerichtet optimieren – ein großer Fortschritt insbesondere für kleine und mittlere Betriebe.
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- Wie die entwickelten Modelle in reale Produktionsumgebungen übertragen werden sollen
- Welche digitalen Messsysteme sich in der Praxis als besonders praxistauglich erwiesen haben
- Wie kleine und mittlere Unternehmen von den Ergebnissen profitieren können
Zum Netzwerken:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart, Dr. Michael Hilt, Tel. +49 711 970 3820, michael.hilt@ipa.fraunhofer.de
Jörg Schieweck, Tel. +49 711 970 1874, joerg.schieweck@ipa.fraunhofer.de,
www.ipa.fraunhofer.de/beschichtung
