Ein Beitrag zur potentialgetriebenen Fertigungsmaschinenentwicklung am Beispiel einer hybrid-integrierenden additiven Fertigungsmaschine

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.

Manufacturing technologies enable design potentials through process-specific product properties for the development of new kinds of products. Hybrid manufacturing processes, in particular hybridintegrating additive manufacturing processes, provide a variety of process-specific properties in the form of manufacturing-induced properties. The manufacturing machine significantly determines the manufacturing-induced properties. To achieve a comprehensive utilisation of the design-related manufacturing process potentials, there is a lack of approaches considering the development of the manufacturing machine. The aim of this work is the development of a method to obtain the systematic transfer of manufacturinginduced properties into manufacturing machine requirements. The process principle model developed in the context of production-integrated product development is suitable for describing the interactions between the manufacturing machine and the manufactured component. Thus, it enables the linkage of the manufacturing-induced properties with the effective variables and effective elements of the manufacturing machine by means of the property-based description. In order to gain an insight into the relations between the manufacturing machine and the manufactured component from a product development perspective, the hybrid-integrating additive 3DConFil manufacturing process is developed. The new manufacturing process enables the integration of continuous flexible electrical wires, optical fibres and tubes within the additively manufactured component volume and is provided for the first time by a developed manufacturing machine. Based on the knowledge gained from this, the method for potential-driven manufacturing machine development is developed. Starting from process-induced target properties, this enables their systematic transfer into target properties relevant to the process principle. These can be used as requirements for the manufacturing machine. The developed method is further extended by the systematic assignment of the process-induced target properties and the subsystems of the manufacturing machine based on the product architecture. With a methodical approach, the process of potential-driven manufacturing machine development is systematised. Finally, the developed method is verified and applied by expanding the process-induced properties of the 3DConFil process in form of a diameter reduction of integrable wires, cables and tubes, the integration of additional function carriers and kinematic expansion of the manufacturing machine. Starting from the requested process-induced component properties, the method of potential-driven manufacturing machine development enables the systematic derivation of requirements for the manufacturing machine in form of target properties.