Pro2AMech: Rechnerunterstütztes PROdukt- und PROzessparameterdesign Additiv gefertig-ter, montagefreier MECHanismen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Benjamin Schleich; Professor Dr.-Ing. Sandro Wartzack
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 381383786

Additive Fertigungsverfahren (AF) zeichnen sich vor allem durch deren große Gestaltungsfreiheit und losgrößenunabhängige Fertigungskosten aus und bieten die Möglichkeit bewegliche Mechanismen in einem Fertigungsschritt zu fertigen. Ein nachträglicher Montageschritt wird somit obsolet und führt dadurch zu einer erheblichen Kostenreduktion. Verfahren der AF haben jedoch weiterhin den Nachteil, dass im Vergleich zu konventionellen Fertigungstechnologien geringere geometrische Genauigkeiten und Toleranzen erzielt werden können. Diese sind dabei zumeist prozess- und anlagenabhängig. Zudem fehlen verlässliche und umfassende Informatio-nen für die Konstruktion und Fertigung von FDM-gefertigten, montagefreien Mechanismen, um diese effektiv im industriellen Kontext einsetzen zu können.Obgleich durch die vorangegangene Förderphase eine Grundlage für die virtuelle Absicherung des Bewegungsverhaltens additiv gefertigter und spielbehafteter Gelenkgetriebe mittels statisti-scher Toleranzanalyse geschaffen wurde, mangelt es jedoch weiterhin an einer umfassenden Methode für eine anschließende Synthese zur Verbesserung dieser Mechanismen. Diese erfolgt momentan manuell und ohne weitere Unterstützung durch ein Assistenzsystem und stellt somit vor allem AF-unerfahrene Produktentwickelnde vor einen iterativen und kostenintensiven Prozess.Daher ist es das Ziel dieses Forschungsvorhaben, Produktentwickelnde ohne AF-spezifische Vor-kenntnisse bei der Verbesserung des Produkt- und Prozessparameterdesigns von additiv gefertig-ten, montagefreien Mechanismen durch ein umfassendes Assistenzsystem zu unterstützen. Ne-ben der Erweiterung und Anpassung der aus erster Förderphase zur Verfügung stehenden Tole-ranzanalyse durch die Berücksichtigung prozessbedingter Einflüsse auf das Betriebsverhalten der Mechanismen steht dabei die Entwicklung von Methoden zur Verbesserung des Produkt- und Prozessparameterdesigns im Vordergrund. Hierfür sollen gezielt Methoden zur Verbesserung des nominalen Produktdesigns im Sinne des Design for Additive Manufacturing entwickelt und in kommerziellen CAD-Systemen implementiert werden. Für die Verbesserung des Prozessparame-terdesigns sollen im Rahmen des Pre-Processing bereits bestehende Ansätze wie bspw. Adaptive Slicing und Non-planar Printing zur Optimierung verschiedener Zielgrößen wie bspw. geometri-scher Genauigkeit, erzielbaren Toleranzen und Bauzeit verbessert und darauf aufbauend neue Methoden entwickelt werden. Die entwickelten Methoden werden abschließend mit Hilfe eines gemeinsamen, interdisziplinären Softwaredemonstrators in einem Assistenzsystem verknüpft, vali-diert und deren Anwendbarkeit in Nutzerstudien evaluiert. Dadurch können Produktentwickelnde weitestgehend automatisiert bei der Auslegung des Produkt- und Prozessparameterdesigns, der Funktionsanalyse und der anschließenden Fertigung von additiven, montagefreien Mechanismen unterstützt werden, um letztendlich eine Anwendung im industriellen Rahmen zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen