Bei jedem neuen Projekt in einer Lackiererei, beispielsweise der Einführung eines neuen Modells, müssen zahlreiche Prozesse und Parameter sehr präzise eingestellt werden, bis der applizierte Lack an jeder Stelle der Karosserie die geforderte Schichtdicke aufweist. Bis alles richtig justiert ist, werden in einem aufwändigen Parametrierprozess Karosserien testweise lackiert. Dieses Verfahren können Hersteller mit dem neuen Simulationswerkzeug von Dürr jetzt 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 fehlbeschichteten Karosserien“, erklärt Dr. Lars Friedrich, President & CEO Application Technology der Dürr Systems AG.
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 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 diesen 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 auf 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 Dürr-Testlabor 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 voroptimierten Parametersatz.
Simulationen in wenigen Minuten
Die kurzen Rechenzeiten des Softwaremoduls machen es möglich, innerhalb weniger Minuten die Farbschichtdicken kompletter Karosserien zu simulieren und qualitativ abzuschätzen – und zwar auf einem herkömmlichen PC, keinem Großrechner. „Das macht es einfach, Farbschichtdicken qualitativ zu bewerten, Beschichtungsergebnisse besser zu interpretieren und neuralgische Zonen mit uneinheitlichen Schichtdicken zu optimieren“, fasst Frank Herre, Leiter Entwicklung Applikationsprozesse bei der Dürr Systems AG, die Vorteile zusammen.
Die Prozesssimulation ist als zusätzliches Modul zur Standardsoftware DXQ3D.onsite erhältlich, die zum Lieferumfang jedes Lackierroboters von Dürr gehört. DXQ3D.onsite ist das digitale Universalwerkzeug, mit dem beispielsweise die Bewegungsbahnen anhand realistischer Simulationen aller Roboter an einer Station programmiert oder Applikationsprozesse parametriert werden können.
