Bergs, ThomasBoos, WolfgangWollbrink, MoritzMoritzWollbrink2023-01-232023-01-232022978-3-98555-070-8https://publica.fraunhofer.de/handle/publica/434202Die direkte Verknüpfung zwischen 3D-CAD-Modell – also virtuellem Design – und Werkstückaufbau – also der »Materialisierung« von Ideen – führt mit der additiven Fertigung zu einer digitalen Fertigungstechnologie. Parallel existiert großes Potenzial hinsichtlich industrieller Anwendung der additiven Fertigung, unterstützt durch Automatisierung und Prozesskettenintegration. Der langfristig ökonomisch wie technologisch effektive Einsatz kann nur gelingen, wenn diese Potenziale adressiert werden. Dem Schwerpunkt der Prozesskettenintegration widmet sich diese Arbeit, mit Fokus auf metallischen Bauteilen. Im Gegensatz zu subtraktiven Fertigungsverfahren zur Bearbeitung von maschinenbaulichen Werkstücken sind additive Fertigungsverfahren bisher nicht hinreichend in Fertigungsprozessketten integriert. Dies ist jedoch notwendig, um typische Qualitätsanforderungen durch sequenzielle Bearbeitung zu erreichen. Dabei ist zu beachten, dass die besonderen Eigenschaften additiv gefertigter Bauteile zu einer neuartigen Betrachtung bei der Prozesskettengestaltung führen. Gleichzeitig bietet die additive Fertigung Vorteile bei der Unikat- und Kleinserienfertigung und ermöglich so die Individualisierung und Anpassbarkeit von Produkten. Die Prozesskettenintegration von additiver Fertigung – und damit deren Verknüpfung mit subtraktiver Fertigung – muss also auf individuelle Bauteilanforderungen reagieren können und unterschiedlichste Fertigungsmittel mit ihren technologischen Leistungsfähigkeiten berücksichtigen. In dieser Dissertation wird eine Methode zur Beschreibung von Bauteilen und deren Anforderungen entwickelt, die den Eigenschaften additiv gefertigter Werkstücke gerecht wird und ebenso für die Weiterbearbeitung geeignet ist. Weiterhin werden bestehende Methoden zur Generierung und Gestaltung von Fertigungsprozessketten derart adaptiert und erweitert, dass additiv-subtraktive Prozessketten entwickelt werden können. Schließlich werden diese Elemente in eine gemeinsame Methodik integriert. Damit wird Fertigungsexpert·innen unabhängig von ihrer Expertise im Bereich Fertigungsplanung oder additive Fertigung ein Tool zur Verfügung gestellt, mit dem kennzahlenbasiert neue Prozessketten umgesetzt und strategische Entscheidungen zur zukünftigen Ausrichtung einer Fertigungsumgebung erleichtert werden. Die Umsetzung in einer prototypischen Software und die Validierung anhand von drei Fallbeispielen stellt die praxisgerechte Anwendbarkeit der Methodik sicher.The direct link between 3D CAD model - i.e. virtual design - and workpiece structure - i.e. the "materialization" of ideas - leads with additive manufacturing to a digital manufacturing technology. In parallel, there is great potential in terms of industrial application of additive manufacturing, supported by automation and process chain integration. The long-term economically and technologically effective use can only succeed if these potentials are addressed. This work is dedicated to the focus of process chain integration, with a focus on metallic components. In contrast to subtractive manufacturing processes for workpieces, additive manufacturing processes have not yet been sufficiently integrated into manufacturing process chains. However, this is necessary to achieve typical quality requirements by sequential machining. It should be noted that the special properties of additively manufactured components lead to a new type of consideration in process chain design. At the same time, additive manufacturing offers advantages in one-off and small batch production, thus enabling the individualization and customizability of products. The process chain integration of additive manufacturing - and thus its linkage with subtractive manufacturing - must therefore be able to respond to individual component requirements and take into account a wide variety of manufacturing resources with their technological capabilities. In this dissertation a method for the description of components and their requirements is developed, which meets the characteristics of additively manufactured workpieces and is also suitable for further processing. Furthermore, existing methods for generating and designing manufacturing process chains are adapted and extended in such a way that additive-subtractive process chains can be developed. Finally, these elements will be integrated into a common methodology. This provides manufacturing experts, regardless of their expertise in the field of production planning or additive manufacturing, with a tool that can be used to implement new process chains based on key figures and facilitate strategic decisions on the future direction of a manufacturing environment. The implementation in a prototypical software and the validation on the basis of three case studies ensure the practical applicability of the methodology.deHerstellungProzessketteVorgehensmodellRapid PrototypingIntegrationMetallbauteilKonzeptionelle Modellierungdoctoral thesis