Modulare Desktop-Bearbeitungszentren mit Formgedächtnisantrieben
Motivation
Im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1476 „Kleine Werkzeugmaschinen für kleine Werkstücke“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) bearbeitet der LPS das Teilprojekt „Modulare Desktop-Bearbeitungszentren mit Formgedächtnisantrieben“. Ziel des Schwerpunktprogramms ist die Entwicklung von verschiedenen Antriebs- und Werkzeugmodulen, aus denen Werkzeugmaschinen mit unterschiedlichen Eigenschaften kombiniert werden können. Dadurch kann das Bearbeitungszentrum individuell auf Anforderungen der Anwender zugeschnitten werden, speziell bezüglich der Kriterien Werkstoffwahl, Bearbeitungsgüte und Kosten. So sollen die Maschinen die Herstellung komplexer Werkstücke im Bereich der Mikrotechnik ermöglichen, mit einer hohen Genauigkeit und einem großen Spektrum von einsetzbaren Werkstoffen. Dieses Konzept zeichnet sich zudem durch eine, im Vergleich zu bestehenden Ansätzen, höhere Flexibilität in Aufbau und Aufstellort aus. Hinzu kommen ökonomische und ökologische Vorteile, welche durch geringe Kosten und geringeren Ressourceneinsatz für die Herstellung und den Betrieb der Maschine realisiert werden sollen.
Zielsetzung
Das Teilprojekt des LPS befasst sich mit der Entwicklung einer Antriebseinheit bestehend aus mehreren Aktormodulen (Abbildung 1). Diese Module beinhalten jeweils einen Formgedächtnisaktor, der zunächst die Position 0 und x erreichen kann. Die Stellwege x der einzelnen Module werden im ersten Schritt so gestaffelt, dass durch die Zusammenschaltung in einer Steuerung Positionen zwischen 0 und 10 mm mit einer Genauigkeit von etwa 10 µm angefahren werden können. Im weiteren Verlauf der Förderung soll eine Positionsregelung implementiert werden, die eine lineare Vorschubbewegung der Achse ermöglicht. Hierbei werden die Widerstandseigenschaften der FGL-Aktoren ausgenutzt. Drei solcher Antriebseinheiten werden schließlich zu einem 3-Achsen-System kombiniert.
Ergebnisse
Neben der Entwicklung dieses innovativen Antriebskonzepts hat der LPS innerhalb des Schwerpunktprogramms die Kernkompetenz für das Thema Spannen und entwickelt eine Spannvorrichtung mit Formgedächtnistechnik, die in allen Maschinenvarianten zum Einsatz kommen soll.