Steffan, Kay-Eric Werner Heinz (2024)
Ein Beitrag zur potentialgetriebenen Fertigungsmaschinenentwicklung am Beispiel einer hybrid-integrierenden additiven Fertigungsmaschine.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00026524
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Fertigungsverfahren ermöglichen gestalterische Potentiale durch verfahrensspezifische Produkteigenschaften zur Entwicklung neuartiger Produkte. Hybride Fertigungsverfahren, im Besonderen die hybrid-integrierende additive Fertigung, stellen vielfältige verfahrensspezifische Produkteigenschaften in Form der verfahrensinduzierten Eigenschaften bereit. Die verfahrensinduzierten Eigenschaften werden durch die Wirkgrößen und Wirkelemente der Fertigungsmaschine maßgeblich beeinflusst. Zur umfassenderen Ausschöpfung der gestalterischen Verfahrenspotentiale mangelt es an Ansätzen zur Berücksichtigung der Fertigungsmaschinenentwicklung. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Methode zur systematischen Überführung verfahrensinduzierter Eigenschaften in Anforderungen für die Fertigungsmaschinenentwicklung. Das im Rahmen der fertigungsintegrierenden Produktentwicklung erarbeitete Verfahrensprinzipmodell eignet sich zur Beschreibung der Wechselwirkungen von Fertigungsmaschine und gefertigtem Bauteil und ermöglicht durch die eigenschaftsbasierte Beschreibung die Verknüpfung der verfahrensinduzierten Eigenschaften mit den Wirkgrößen und Wirkelementen der Fertigungsmaschine. Um einen Einblick in die Verknüpfungen von Fertigungsmaschine und gefertigtem Bauteil aus Sicht der Produktentwicklung zu erhalten, wird das hybrid-integrierende additive 3DConFil-Verfahren entwickelt. Das neue Fertigungsverfahren ermöglicht die Integration kontinuierlicher flexibler Leitungen innerhalb des additiv gefertigten Bauteilvolumens und wird durch eine neu entwickelte Fertigungsmaschine erstmalig bereitgestellt. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse wird die Methode zur potentialgetriebenen Fertigungsmaschinenentwicklung erarbeitet. Die Methode ermöglicht ausgehend von verfahrensinduzierten Soll-Eigenschaften deren systematische Überführung in verfahrensprinziprelevante Soll-Eigenschaften, die als Anforderungen an die Fertigungsmaschine nutzbar sind. Weiterführend wird die entwickelte Methode durch die systematische Zuordnung der verfahrensinduzierten Soll-Eigenschaften zu den Teilsystemen der Fertigungsmaschine unter Nutzung der Produktarchitektur erweitert. Mit einem methodischen Vorgehen wird der Ablauf der potentialgetriebenen Fertigungsmaschinenentwicklung systematisiert. Abschließend wird die Methode anhand der Erweiterung der verfahrensinduzierten Eigenschaften des 3DConFil-Verfahrens in Form der Durchmesserreduktion integrierbarer Leitungen, der Integration zusätzlicher Funktionsträger und der kinematischen Erweiterung der Fertigungsmaschine verifiziert und angewendet. Die Methode der potentialgetriebenen Fertigungsmaschinenentwicklung ermöglicht ausgehend von geforderten verfahrensinduzierten Bauteileigenschaften die systematische Ableitung von Anforderungen an die Fertigungsmaschine in Form von Soll-Eigenschaften.

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