Simulations-Software optimiert 3D-Oberflächen

Zum Beispiel UV-vernetzende Lacksysteme sind in der Automobil- und Möbelindustrie seit Langem bekannt. Für die Oberflächenbehandlung bei ebenen Bauteilen existieren ausgereifte Anlagenkonzepte, die eine weitgehend sichere Prozessbeherrschung erlauben – ähnlich sind diese Gegebenheiten auch in anderen Branchen zu finden.

Andere Voraussetzungen sind notwendig, wenn Oberflächen auf dreidimensionalen Körpern wie Gestellmöbeln, Automotivinterieur oder Musikinstrumenten mit UV-Strahlern bzw. Spritzstrahldüsen behandelt werden sollen. Denn bei komplexeren 3D-Bauteilen, die viele Erhebungen und Vertiefungen relativ zu den Applikatoren aufweisen, muss die Anlage optimal ausgelegt werden, um ein befriedigendes Ergebnis zu erzielen. Ansonsten kommt es an der einen Stelle zu Schattenzonen, an der anderen zur Überdosierung der Behandlung des Bauteils.

Außerdem werden mit der Einführung der neuer Oberflächentechnologien in die Serienlackierung von den Anlagenherstellern zunehmend UV-Strahlermodule bzw. Düsensysteme etc. angeboten, die sich in Baugröße, Leistung und Handhabung erheblich unterscheiden. Aufgrund der dreidimensionalen Bauteilgeometrie müssen die verschiedenen Module also in der Anlage in geeigneter Weise um das Werkstück angeordnet und ausgerichtet werden.

Zur Erzielung einer gleichmäßigen Oberflächenqualität sowie zur Vermeidung von Unterbestrahlung und Überdosierung der Oberfläche sollte die Strahlungsintensität, vor allem aber die Strahlungsdosis, auf der gesamten Werkstückoberfläche möglichst homogen verteilt sein. Um den experimentellen Aufwand zur Einstellung der Strahler bzw. Düsen zu minimieren und bereits in einer frühzeitigen Produkt-Designphase zuverlässige Qualitätsaussagen zu erlangen, werden in verschiedenen Arbeitsgebieten zunehmend Simulationswerkzeuge gefordert und eingesetzt.

Auf der Basis bisheriger Erfahrungen bei der Simulation unterschiedlichster dynamischer Beschichtungsvorgänge hat das Fraunhofer IPA das bedienungsfreundliche Simulationsprogramm DRS-UV zur Optimierung der Oberflächenbehandlung beim industriellen Spritzstrahlreinigen und dem UV-Härten entwickelt. Das Simulationsprogramm enthält Programmmodule, die die Abbildung der technischen und geometrischen Charakteristika von realen UV-Strahlern bzw. Düsen am PC ermöglichen. Das Ergebnis der Simulation zeigt unter anderem den zeitlichen Eintrag der Intensität und die Dosisverteilung am Ende des Oberflächenprozesses auf der gesamten Werkstückoberfläche und lässt Aufschlüsse über die zu erwartende Oberflächenqualität zu.

In Kooperation mit dem IPA und der Berufsakademie Sachsen wurde ein Trainingsablauf für die UV-Simulation erstellt. Dabei spielen für die Simulation folgende Eingangsgrößen eine zentrale Rolle:

Als erster Schritt im Trainingsablauf wird der Ist-Zustand einer bestehenden oder geplanten Anlage an vereinfachten CAD-Modellen aufgenommen und in die Simulation übertragen, um den schnellen Umgang mit der Simulation zu verstehen. Aus den ersten Analysen der Simulationsergebnisse lassen sich verschiedene Varianten zur Verbesserung der Anlage ableiten, die zu geringeren Kosten, höheren Stückzahlen und zur problemlosen technischen Realisierung beitragen.

Ein weiterer Punkt ist das Erkennen von Unzulänglichkeiten wie Schattenbildung, Überbehandlungen und zu geringe Qualitätstoleranzen in der Anlage und deren Aufhebung durch die Erkenntnisse aus der Simulation. Ein weiterer wertvoller Effekt ist die gemeinsame Auswertung und Kommunikation der Ergebnisse. Diese liefern eine weitere Möglichkeit, den Erfahrungsschatz zu erweitern. hei