Modellbasierte Bauteilauslegung und Prozessplanung für die Herstellung von Multi-Material-Bauteilen durch die inkrementelle Fertigung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Klaus Dröder; Professor Dr.-Ing. Thomas Vietor
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 412330610

Eine wirtschaftliche Variantenbildung von Produkten ist eine Notwendigkeit, die sich aus der kosten-, material- oder generell ressourceneffizienten Umsetzung der vom Markt geforderten Produkt- und Variantenvielfalt ableitet. Eine hohe Wirtschaftlichkeit und Produktivität in der Großserienfertigung von Bauteilen komplexer Geometrie wird klassisch durch das Prinzip formgebundener Verfahren erreicht, in der die Bauteilgeometrie integral durch die formgebende Werkzeuggeometrie definiert wird (Beispiele: Spritzgießtechnik, umformende Verfahren). Die Folge der immer weiter zunehmenden Produktdifferenzierung mit folglich steigender Variantenvielfalt ist jedoch eine abnehmende Stückzahl je Produktvariante, wodurch die variantenspezifischen Investitionen für formgebundene Fertigungsprinzipien sowie die losspezifischen Rüstkosten steigen und die Wirtschaftlichkeit erheblich sinkt. Um dem steigenden Individualisierungsdruck volumenfähiger Produktionsansätze zu begegnen, sind grundlegende neue Fertigungskonzepte erforderlich, die zu einer signifikanten Reduktion variantenspezifischer Aufwendungen gegenüber heutigen formgebundenen Verfahren bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer ausreichenden Stückzahlfähigkeit führen.Die Antragsteller verfolgen bereits seit mehreren Jahren den Ansatz, etablierte Produktionsverfahren mit additiven Fertigungsprinzipien synergetisch zu kombinieren und diesen Ansatz zur stückzahlfähigen Herstellung funktionaler Multi-Material-Bauteile zu qualifizieren. In Vorarbeiten wurde dieser Ansatz durch die Antragsteller strukturiert und beschrieben. Die Schaffung einer Anlagentechnik zur Umsetzung dieses neuen grundlegenden Fertigungsprinzips erfolgt aktuell im Rahmen des DFG-Großgerätes "Incremental Manufacturing Lab". Das grundlegende Fertigungsprinzip des "Incremental Manufacturing" ist die roboterbasierte (und damit geometrieflexible) schrittweise additive Finalisierung von vorgefertigten Grundkörpern (Halbzeuge, z.B. Bleche, Profile) mit hoher Auftragsrate und abschließende subtraktive Kalibrierung von Funktionsflächen. Dieses neue Fertigungskonzept soll einerseits neue Wege zur volumenfähigen Variantenfertigung aufzeigen, wirft aber aufgrund des hohen Freiheitsgrades grundlegend neue Fragestellungen der Produkt- und Prozessgestaltung auf. Gegenstand des vorliegenden Forschungsantrags ist daher die Erarbeitung einer Methode zur integrierten Bauteil- und variantenflexiblen Prozessgestaltung zur Konzeption und Fertigung nach dem Grundprinzip des "Incremental Manufacturing"-Ansatzes. Die Verknüpfung von Konstruktionsprinzipien für die "teiladditiv" gefertigten materialhybriden Strukturen und die Identifikation von geeigneten Fertigungsstrategien und -abfolgen beim "Incremental-Manufacturing" in einem integrierten Vorgehen ist eine zwingende Voraussetzung für eine zukünftige Nutzbarmachung des neuen Fertigungsansatzes des "Incremental Manufacturing".

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen