Archiv für February 2026
Kollisionsfreie Trajektorienplanung für wachsende Bauteile in der robotergestützten Fertigung
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Im Rahmen des Forschungsprojekts FunkDAF untersucht das IGMR gemeinsam mit dem MSE und dem VCI der RWTH Aachen die Grenzen der additiven Fertigung. Unser Fokus liegt auf der multidirektionalen Fertigung: Anstatt Bauteile wie beim herkömmlichen 3D-Druck in planare Schichten zu zerlegen, generieren wir Druckpfade basierend auf Spannungsdaten, um lastpfadgerechte und somit stabilere Strukturen zu schaffen.
Die Kinematik: Wir nutzen einen 6-Achs-Industrieroboter in einer „Robot-Guided“-Konfiguration. Dabei führt der Roboter das Druckbett samt Bauteil unter einem stationären Extruder. Diese Nutzung aller sechs Freiheitsgrade ermöglicht den Druck komplexer, nicht-planarer Geometrien und erlaubt es, Bauteilabschnitte in variablen Orientierungen zur Schwerkraft zu fertigen.
Die Herausforderung: Die Trajektorienplanung für solche Systeme ist hochkomplex. Anders als bei statischen Druckbetten bewegen wir hier ein dynamisch wachsendes Werkstück im Raum. Das Bauteil selbst wird während des Prozesses zu einem potenziellen Kollisionsobjekt gegenüber der Düse und der Umgebung. Erschwerend kommt hinzu, dass der Extrusionsprozess zwingend einen minimalen Arbeitsabstand zur stationären Düse erfordert. Die Pfadplanung muss also nicht nur die Extrusion berücksichtigen, sondern auch präzise berechnen, wie sich das Bauteilvolumen verändert.
Besonders kritisch sind die Travelpfade (Leerfahrten) zwischen einzelnen Drucksegmenten. Hier muss der Roboter das Bauteil oft vollständig umorientieren, um den nächsten Abschnitt kollisionsfrei zu erreichen. Unsere aktuellen Experimente (siehe Bilder) demonstrieren dies eindrucksvoll:
- Helix auf Zylinder: Erfordert eine kontinuierliche, koordinierte Rotation, um Material auf einer gekrümmten Oberfläche abzulegen.
- Orthogonale Quader: Zeigen die Fähigkeit, durch eine 90°-Umorientierung Überhänge ohne Stützstrukturen zu drucken.
Ansprechpartner: Mark Witte
Weitere Informationen zum Projekt finden Sie hier.
