Schichtdicken virtuell berechnen: Simulation direkt in der Lackierkabine

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Gleichmäßige Schichtdicken sind in der industriellen Autolackierung ein wichtiger Qualitätsfaktor. Bisher sind bei der Einführung neuer Modelle mehrere Testläufe erforderlich, bis die Lackierergebnisse perfekt sind. Dürr ist es jetzt gelungen, Schichtdicken virtuell zu berechnen und das Modul in die Software für Applikationsroboter einzubetten. Mit der neuen Simulationssoftware können Automobilhersteller reale Tests auf ein Minimum reduzieren.

Bei jedem neuen Projekt in einer Lackiererei, beispielsweise der Einführung eines neuen Modells, müssen zahlreiche Prozesse und Parameter präzise eingestellt werden, bis der applizierte Lack an jeder Stelle der Karosserie die geforderten Schichtdicken aufweist. Bis alles richtig justiert ist, werden in einem aufwändigen Parametrierprozess Karosserien testweise lackiert.

Schichtdicken virtuell abbilden

Dieses Verfahren können Hersteller jetzt mit dem neuen Simulationswerkzeug von Dürr virtuell abbilden und optimieren. In der Realität ist es daher möglich, die Anzahl der Testlackierungen auf wenige Versuche und die Anzahl der Testkarosserien um mehr als 50 Prozent zu reduzieren. Das macht Inbetriebnahmen effizienter, senkt die Materialkosten und führt zu weniger fehlbehaftet beschichteten Karosserien.

Auf dem Weg zur digitalen Lackiererei

Die Simulation des Lackierprozesses ist einer von vielen wichtigen Bausteinen auf dem Weg zur vollständig digitalisierten Lackiererei. Das Ziel ist es, mit durchgängig computerunterstützten Produkt- und Prozessentwicklungen den Lackiervorgang wirtschaftlicher zu machen – bei gleichbleibend höchster Qualität. Simulationen unterstützen dabei, noch bevor die ersten Fahrzeug-Prototypen überhaupt in die Produktion kommen. Mit qualifizierten Berechnungen untersuchen sie, wo eventuell Probleme auftreten könnten. In Bezug auf die Schichtstärke beinhaltet dies auch anspruchsvoll zu lackierende Karosseriestellen, wie beispielsweise Stöße am Kofferraum.

Realität der Schichtdicken vorab am Computer visualisieren

Das Konzept des neuen Moduls von DXQ3D.onsite ist dreigeteilt. Im ersten Schritt wird virtuell berechnet, wie viel Lack an jeder Stelle aufgetragen wird. Die Software simuliert dabei ausschließlich mit idealisierten, virtuellen Spritzbildern, die sich eng an reale Gegebenheiten anlehnen. Die Spritzbilder sind dynamisch in der Höhe und mit unterschiedlichen Breiten skalierbar. Der Nutzer kann mit beiden Parametern „spielen“, um abzuschätzen und zu visualisieren, wie sich unterschiedliche Spritzbildbreiten und prozentuale Ausflussraten grundsätzlich auf die Schichtdickenverteilung auswirken.

Um die Realität vorab am Computer abzubilden, erstellt das Softwaremodul einen digitalen Zwilling von allen entscheidenden Einzelkomponenten in Form elektronischer Daten. Bei der ersten Simulation rechnet das Tool die eingelesenen Dateiformate automatisch in ein eigenes 3D-Dateiformat der Karosserie um. Das hält alle benötigten Zusatzdaten bereit und entfernt gleichzeitig alle für die Lackierung unwesentlichen Daten. Dadurch verringern sich der benötigte Speicherplatz sowie die Rechenzeit, so dass sich das Programm auch direkt an der Lackierkabine per Notebook in der Produktion einsetzen lässt.

Werden alle relevanten Daten final zusammengeführt, entsteht ein virtuelles Spritzbild entlang der Offsite-programmierten Roboterbahnen. Es summiert die Schichtdicken und stellt diese in einer 3D-Farbkarte dar. So können verschiedene Optimierungslösungen transparent visualisiert, in Teamarbeit abgewogen und verbessert werden.

Voroptimierte Parameter für den ersten Lackierversuch

Die Software simuliert unabhängig von konkreten Lacken. Deswegen sieht das Konzept der Prozesssimulation als zweiten Schritt nach der virtuellen Optimierung einen realen Test im Testlabor von Dürr vor. Dabei werden von den Kunden ausgewählte Lackmaterialen eingesetzt. Die dabei gemessenen Werte dienen im dritten und letzten Schritt dazu, die in der Simulation verwendeten virtuellen Parameter, wie Spritzbildbreite und prozentuale Ausflussrate in Parameter für den Lackzerstäuber zu übersetzen.

Bei dieser „Übersetzung“ fließen die real gewonnenen Ergebnisse in das Simulationsprogramm mit ein. Sobald das Kennfeld importiert ist, schlägt die Software automatisch Zerstäuberparameter vor. Die erste reale Testlackierung einer Karosserie erfolgt dann mit diesem vorab optimierten Parametersatz.

Schichtdicken-Simulation in wenigen Minuten

Die kurzen Rechenzeiten der Software machen es möglich, innerhalb weniger Minuten die Farbschichtdicken kompletter Karosserien zu simulieren und qualitativ abzuschätzen – und zwar auf einem herkömmlichen PC. Das macht es einfach, Farbschichtdicken qualitativ zu bewerten, Beschichtungsergebnisse besser zu interpretieren und neuralgische Zonen mit uneinheitlichen Schichtdicken zu optimieren.

Die Prozesssimulation ist als zusätzliches Modul zur Standardsoftware DXQ3D.onsite erhältlich, die zum Lieferumfang jedes Lackierroboters von Dürr gehört. Damit ist die Software das digitale Universalwerkzeug, mit dem beispielsweise die Bewegungsbahnen anhand realistischer Simulationen aller Roboter an einer Station programmiert oder Applikationsprozesse parametriert werden können.

DXQ: Digitale Intelligenz für die Produktion

Dürr hat sein Softwareportfolio unter dem Namen DXQ vereint. Darin verbinden sich die hohe Softwarekompetenz mit dem Know-how des Unternehmens in Produktionstechnik und Fertigungsprozessen. Mit den vier Produktfamilien DXQoperate, DXQanalyze, DXQcontrol und DXQsupport bietet Dürr maßgeschneiderte Softwarelösungen zur Anlagenbedienung, -analyse und -steuerung (MES) mit den dazugehörigen Service-, Trainings- und E-Learning-Angeboten.

In diesem Jahr stellte Dürr bislang drei digitale Innovationen aus den verschiedenen Produktfamilien vor. Die Software DXQ3D.onsite mit dem neuen Modul zur Simulation von Schichtdicken gehört zur Produktfamilie DXQoperate, in der leistungsstarke und anwenderfreundliche Frontendlösungen für Anlagenbetrieb, -überwachung und -wartung zu finden sind. Die Leittechnik DXQcontrol erweiterte Dürr um eine Business-Intelligence-Anwendung, mit welcher Hersteller die Verfügbarkeit, Leistung und Qualität ihrer Anlagen genau im Blick behalten.

Im Frühjahr dieses Jahres kündigte Dürr das Modul Advanced Analytics der DXQanalyze-Lösungsreihe an, das erstmals künstliche Intelligenz in die Lackieranlage bringt. Mithilfe von Machine-Learning identifiziert das Tool Fehlerquellen und ermittelt optimale Wartungszeitpunkte, um so die Anlagenverfügbarkeit und die Oberflächenqualität lackierter Karosserien zu optimieren.

Die Autorin Kristin Roth ist Marketingreferentin bei der Dürr Systems AG.

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