Attraktiv

Ziele des Projektes

In dem F&E-Vorhaben geht es um die Entwicklung einer rechnergestützten kombinierten additiven sowie subtraktiven Fertigungsplanung von strukturoptimierten Leichtbauteilen. Der Markt der metallverarbeitenden additiven Fertigung wächst sehr rapide. Die subtraktive Nachbearbeitung von hochpräzisen Funktionsflächen ist hier zwangsweise erforderlich. In den Bereichen der Luft- und Raumfahrt sowie der Automobil- und Medizintechnik wächst ein großer Bedarf an struktur-optimierten Leichtbauteilen, welche bei hoher mechanischer Festigkeit über geringe Massen verfügen und sich über hochpräzise Funktionselemente zu komplexen Baugruppen verknüpfen lassen. Um diese Zielvorgaben marktgerecht erreichen zu können, bedarf es einer intelligenten Kombination aus der metallbasierten additiven Fertigung sowie modernster CNC-Nachbearbeitung. An die Fertigungsteile richten sich höchste Ansprüche, was deren Bauteilgestalt genauso wie die beinhaltete Genauigkeit der zusammenhängend funktionalen Elemente betrifft. Durch den derzeit besonders hohen Aufwand bei der subtraktiven Nachbearbeitung komplexer Additivbauteile können sich die Kosten des fertigen Bauteils schnell verdoppeln. 

Wesentliche Problemstellungen sind:

• Notwendigkeit von Expertenwissen: Beide Bereiche, die additive Fertigung (Additive Manufacturing, AM) sowie die subtraktive Fertigung (Subtractive Manufacturing, SM), erfordern spezifisches Expertenwissen sowie ein Höchstmaß an Erfahrung für die entsprechende Fertigungsplanung.
• Kein oder nur unzureichender Informationsaustausch: Die additive Fertigungsplanung wird typischerweise ohne das Einbeziehen der subtraktiven Nachbearbeitungsplanung durchgeführt. Dadurch kann zwar der additive Planungsprozess optimiert werden, jedoch kann der anschließende subtraktive Nachbearbeitungsprozess mit einem extrem hohen Aufwand verbunden sein.
• Aufwendige Entwicklung von bauteilspezifischen Sonderspannmitteln: Strukturoptimierte Leichtbauteile lassen oft keine Verwendung regulärer Spannmittel zu. Stattdessen müssen zu jeder Aufspannorientierung bauteilspezifische Sonderspann-mittel aufwendig entwickelt werden.
• Hoher Zeit- und Personalaufwand beim subtraktiven Rüstprozess: Es existieren keine definierten Auflage-, Spann- und Referenzierungsbereiche im additiven Bau-teildesign, wodurch zeitaufwendige Einrichtungsvorgänge der individuellen Sonderspannmittel erforderlich werden.
• Oberflächengüte von zerspanten AM-Bauteilen: Im additiven Planungsprozess werden Stützstrukturen im Hinblick auf notwendige Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit ausgelegt. Die maschinelle Entfernbarkeit wird jedoch nicht berücksichtigt, so-dass schwankende Schnittkräfte die Oberflächengüte beeinflussen können.
• Risiko der Verformung: Beim Spannen der Bauteile besteht das Risiko, dass sich diese verformen können, denn die Spannkräfte werden bei der Bauteilauslegung häufig nicht berücksichtigt. Mögliche Konsequenzen hier sind Bauteilverformungen, die die Bauteilfunktionalität beeinflussen, sowie Spannungsrisskorrosion, die sogar zum vorzeitigen Ausfall von Bauteilen führen kann.
• Keine gemeinsame Rechnerunterstützung: Die beiden Planungsprozesse werden aktuell unabhängig voneinander in ihrem jeweiligen Softwaretool durchgeführt. Eine Rechnerunterstützung des kombinierten additiv-subtraktiven Planungsprozesses ist gegenwärtig nicht vorhanden. Die Innovation dieses industriellen F&E-Vorhabens ist es, durch eine durchgehende Rechnerunterstützung den subtraktiven Nachbearbeitungsprozess von AM-Strukturbauteilen bereits in der additiven Fertigungsplanung zu berücksichtigen und dadurch den Planungsprozess in seiner Gesamtheit zu optimieren. Wesentliche Vorteile dieses Ansatzes sind:
• Der subtraktive Nachbearbeitungsprozess wird durch die kombinierte Planung optimiert, wodurch Zeit und Kosten signifikant gespart werden.
• Durch den optimierten subtraktiven Planungsprozess werden die Maßhaltigkeit und Oberflächengüte von strukturoptimierten AM-Bauteilen wesentlich erhöht.
• Auf die aufwendige Entwicklung von Sonderspannmitteln wird gänzlich verzichtet. Für den Nachbearbeitungsprozess werden lediglich (noch zu entwickelnde) standardisierte Aufspann- und Referenzierungselemente benötigt, die am Bauteil und/oder in die Stützstruktur integriert werden.