Bauteilindividuelle und verfahrensspezifische Kennzeichnung und Identifikation für die Additive Fertigung

Die Verwendung von additiven Fertigungsverfahren ermöglicht insbesondere das profitable Fertigen von geringen Stückzahlen gegenüber dem Einsatz von konventionellen Fertigungsverfahren. Die Ausprägung der Prozesskette ermöglicht somit das Fertigen von kundenindividuellen Bauteilen in einer geringen Stückzahl bis hinunter zu Losgröße 1. Die hauptsächliche Herausforderung für das Fertigungsunternehmen besteht darin, dass in einem Bauprozess verschiedene kundenindividuelle Bauteile simultan gefertigt werden. Dies führt zu einer aufwändigen kundenspezifischen Zuordnung von Bauteilinformationen zu den dazugehörenden Kunden. Diese Zuordnung erstreckt sich über die gesamte Prozesskette der bauteilindividuellen Additiven Fertigung, vom Eingang der Auftragsdaten, über den Pre-, In- und Postprozess bis hin in die Nutzung und das Lebenszyklusende der Bauteile. Eine durchgängige Methode zur bauteilindividuellen und verfahrensspezifischen Kennzeichnung und Identifikation für die Additive Fertigung existiert nicht.

Zur durchgängigen Identifikation in der bauteilindividuellen und verfahrensspezifischen Additiven Fertigung wird in dieser Dissertation eine Methode zur Kennzeichnung additiv zu fertigender Bauteile und ein Informationsmodell zur Repräsentation relevanter bauteilindividueller Informationen über den gesamten Prozess hinweg entwickelt. Die Methode zur Bauteilkennzeichnung basiert auf einem bauteilindividuellen und verfahrensspezifischen Kennzeichnungsansatz, bestehend aus Kennzeichnungsträger und Identifikator, sowie der Anbringung dieses ausgewählten Ansatzes, basierend auf entwickelten Gestaltungsregeln, an der Bauteilgeometrie. Aufbauend auf diesen Entwicklungen wird dem Anwender die durchgängige virtuelle und physische Identifikation und Nachverfolgung von kundenindividuellen additiv gefertigten Bauteilen bereitgestellt.

Ausgehend von der Analyse des relevanten Standes der Technik und bestehender Forschungsarbeiten wurde ein Anforderungsprofil definiert. Aufbauend auf diesen Anforderungen wurde in dieser Dissertation ein Konzept zur bauteilindividuellen und verfahrensspezifischen Kennzeichnung und Identifikation für die Additive Fertigung entwickelt. Das Konzept gliedert sich in zwei wesentliche Konzeptbausteine. Zum einen wird die Methode zur Bauteilkennzeichnung im Pre-Prozess erarbeitet, welche den Anwender in der erweiterten Prozesskette unterstützt. Zum anderen wird das Informationsmodell zur bauteilindividuellen und verfahrensspezifischen Kennzeichnung und Identifikation für die Additive Fertigung entwickelt. Hierauf aufbauend wird die Software-Applikation additiv-ID mit dem Nachverfolgungs- und Assistenzsystem zur Bauteilkennzeichnung prototypisch implementiert. Diese Implementierung dient zur Validierung und Verifikation der entwickelten Ansätze und Methoden.

The use of additive manufacturing processes enables the profitable production of small quantities compared to conventional manufacturing processes. The characteristic of the process chain thus enables the production of customer-specific components in a small quantity down to batch size 1. The main challenge for the manufacturing company is that different customer-specific components are manufactured simultaneously in one building process. This leads to a complex, customer-specific assignment of component information to the corresponding customers. This assignment covers the entire process chain of the individual component additive manufacturing, from receipt of order data, through the pre-, in- and post-process to the use and life cycle of the components. There is no universal method for component-specific and process-specific marking and identification for additive manufacturing.

In this dissertation, a method for the identification of components to be manufactured is being developed for continuous identification in the production of individual components and process-specific additives. In addition, an information model is being developed for the representation of relevant individual component information. The component marking method is based on an individual and process-specific marking approach and the attachment of this approach to the component geometry. Based on these developments, the end-to-end virtual and physical identification and tracking of customer-specific additively manufactured components is provided to the user.

Based on an analysis of the relevant state of the art and existing research work, a requirement profile was defined. Based on these requirements, this dissertation developed a concept for component specific and process-specific marking and identification for additive manufacturing. The concept is divided into two essential concept modules. On the one hand, the method for component identification in the pre-process is developed, which supports the user in the extended process chain. On the other hand, the information model for component specific and process-specific marking and identification for additive manufacturing is being developed. Based on this, the software application additiv-ID is implemented prototypically with the component identification tracking and assistance system. This implementation serves to validate and verify the developed approaches and methods.