Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

AM4Industry - Qualitätsoptimierung und Kostenanalysen zur Verbreitung der Implementation additiver Fertigungsverfahren

Forschungsziel

Entwicklung eines ganzheitlichen Ansatzes zur Implementierung von additiven Fertigungstechnologien in KMU.

Lösungsweg

Zunächst wird eine grundlegende Analyse der gesamten Wertschöpfungskette durchgeführt (AP2 – AP4). Hierbei werden die Teilprozesse mit dem Fokus der Qualitätssteigerung und der für KMU optimierten Implementierung detailliert betrachtet und optimiert. Im Arbeitspaket 5 wird zunächst eine allgemeine und folgend dann spezifizierte Kosten-Nutzen-Methode zur Entscheidungsunterstützung, ein Produkt durch additive Fertigungstechnologien herzustellen, erstellt. Parallel werden Konstruktions- und Optimierungsaspekte prozesskettenübergreifend betrachtet. In den Arbeitspaketen 7 - 9 wird die Weiterentwicklung bestimmter additiver Fertigungsverfahren behandelt. Die Validierung findet innerhalb jedes Arbeitspaketes anhand von projektübergreifenden Use Cases statt, welche durch den projektbegleitenden Ausschuss definiert werden.

Angestrebte Ergebnisse

Im Projekt werden folgende zentrale Ergebnisse angestrebt:

1. Übergreifendes Implementationsmodell inklusive Konstruktion, Fertigung und Nacharbeit für die

Fertigung hochwertiger Komponenten mittels additiver Fertigungstechnologien.

2. Kosten-Nutzen-Modell zur Entscheidungsunterstützung.

3. Erarbeitung von Richtlinien für die Fertigung von optimiert gekühlten Werkzeugeinsätzen für

Spritzgussanlagen

4. Erweiterung der Einsetzbarkeit von additiv gefertigten Komponenten aus Keramikwerkstoffen.

Der Nutzen kann insbesondere für KMU in der Fertigungsindustrie aufgezeigt werden. Zunächst unterstützt das Kosten-Nutzen-Modell bei der Entscheidung für welche Teile ein Technologiewechsel wirtschaftlich sinnvoll ist. Des Weiteren ermöglicht der prozessübergreifende Ansatz eine erleichterten Implementierung in die Produktion und somit die vereinfachte Realisierung von kundespezifischer Produktion oder die Erschließung neuer Märkte. Hierdurch kann die Wirtschaftlichkeit der Unternehmen gesteigert werden.

Ergebniszusammenfassung:

Die erzielten Ergebnisse der Umfrage zur Nutzung der Additiven Fertigung zeigen, dass Unternehmen die Vorteile dieser nicht umfassend klar sind und es ihnen an einer gesamtheitlichen Kostenbetrachtung fehlt. Als Ergebnis der Analyse bestehender Kostenmodelle wurde der Bedarf an einem Bewertungsmodell, das über eine reine Kostenanalyse hinausgeht, aufgezeigt. Kernergebnis ist das entwickelte Kosten-Nutzen-Modell. Als Anwendungsmöglichkeit kann ein für die Industrie praktikables Modell angeboten werden, das den Vergleich verschiedener Produktionsmethoden ermöglicht, um zu entscheiden, ob die Additive Fertigung in die Produktion einbezogen werden soll. Darüber hinaus liegt ein weiterer Anwendungsbereich in der Identifizierung möglicher Optimierungspotentiale durch die Übersicht über die Merkmale der Additiven Fertigung und deren Zusammenhänge. Hierdurch können die Auswirkungen der Optimierung eines Merkmals auf die damit verbundenen Merkmale abgeschätzt werden.

Im Bereich Pulverrecycling ist das erzielte Ergebnis der Untersuchung von den Abweichungen der Eigenschaften des Ausgangsmaterials (Pulver) mit den resultierenden Bauteileigenschaften eine Ableitung von Qualitätskriterien für Pulvermaterialien. Weitere Ergebnisse sind die Definition des Prozessüberwachungssystems sowie die Identifikation von Prozessabweichungen durch Experteninterviews und die Untersuchung der Detektierbarkeit relevanter Prozessabweichungen durch ausgewählte Prädiktionsmodelle. Darüber hinaus wurde ein Fehlerkatalog erstellt und ein Auswertungsverfahren für Überwachungsdaten basierend auf einem Pixel-Betrachtungs-Ansatz entwickelt. Zudem ist ein Ergebnis die Plausibilisierung zu technischen Annahmen des Kosten-Nutzen-Modells im Bereich des Laserstrahlschmelzens, basierend auf Erfahrung aus der Arbeit mit LBM-Anlagen unter praxisnahen Bedingungen. Die Ergebnisse können für den effizienteren Einsatz von Pulver und die Steigerung der Qualität additiv hergestellter Bauteile verwendet werden.