Programm zur Bauteiltrennung und -bewertung

Python Skript zur automatisierten Trennung von Bauteilen für die additive Fertigung und Auswahl und Bewertung der enstehenden Schnittvarianten bezüglich der Herstellkosten.1.

Gestaltung der Baustruktur für die additive Fertigung mittels Bauteilintegration und -trennung

Die additive Fertigung ist eine relativ neue Fertigungstechnologie. Sie zeichnet sich durch spezifische Restriktionen und Potenziale aus und grenzt sich damit gegen andere Fertigungsverfahren ab. Die Herausforderungen in der Anwendung der additiven Fertigung liegen dabei unter anderem in fehlendem konstruktivem Wissen und den hohen Kosten der Fertigungstechnologie. Die Eigenschaften der additiven Fertigung erfordern ein fundamentales Umdenken in der Konstruktion der Bauteile, aber auch in der Gestaltung der Baustruktur. In der Literatur zur Gestaltung der Baustruktur für die additive Fertigung wird dabei insbesondere eine Integralbauweise angestrebt. Eine Trennung von Bauteilen wird nur eingeschränkt betrachtet und die kombinierte Betrachtung von Integral- und Differenzialbauweise fehlt. Das Ziel dieser Arbeit ist daher die Gestaltung der Baustruktur für die additive Fertigung durch Bauteilintegration und -trennung. Hieraus ergibt sich die erste Forschungsfrage: Welche Einflüsse ergeben sich aus den Potenzialen und Restriktionen der additiven Fertigung auf die Baustruktur eines Produktes im Rahmen einer Anpassungskonstruktion? Dazu werden zunächst die Potenziale und Restriktionen der additiven Fertigung analysiert und diese gezielt mit den Motiven für eine Bauteiltrennung verknüpft. Daraus lässt sich systematisch ein Einfluss der Eigenschaften der additiven Fertigung auf die Baustruktur ableiten. Eine Veränderung der Baustruktur beeinflusst die Herstellkosten, die Fertigungszeit und die Qualität der Bauteile. Diese können daher als Kriterium für die Bewertung einer Anpassung der Baustruktur herangezogen werden. Aus dem Einfluss der Eigenschaften der additiven Fertigung auf die Baustruktur lässt sich darüber hinaus ein methodisches Vorgehen zur Gestaltung der Baustruktur mittels Bauteilintegration und -trennung ableiten. Der Ansatz zur Gestaltung der Baustruktur sieht dabei zunächst eine Integration von Bauteilen durch die Nutzung der Potenziale der additiven Fertigung vor. Dies führt zu der zweiten Forschungsfrage: Wie kann die Auswahl von Bauteilen für eine Bauteilintegration unterstützt werden? Anhand der Literatur werden die für eine Bauteilintegration relevanten Informationen identifiziert und diese in einem Modell dargestellt. Dies ermöglicht die systematische Auswahl von Bauteilen für eine Bauteilintegration. Die Restriktionen werden hierbei bewusst nicht berücksichtigt, um einen möglichst hohen Grad der Bauteilintegration zu erreichen. Dies erweitert den Gestaltungsspielraum für die anschließende Bauteiltrennung. Die Bauteiltrennung greift dann gezielt die Restriktionen der additiven Fertigung auf und stellt abschließend die Fertigbarkeit der Bauteile sicher. Darüber hinaus können die Menge an Stützkonstruktionen, die Prozesszeit und damit die Herstellkosten durch die Bauteiltrennung beeinflusst werden. Hieraus ergibt sich die dritte und abschließende Forschungsfrage: Welchen Einfluss hat eine Bauteiltrennung auf die Kriterien Herstellkosten, Qualität und Fertigungszeit eines Bauteils und wo sollten Bauteile getrennt werden, um diese Kriterien zu optimieren? Zur Optimierung der Baustruktur hinsichtlich dieser Kriterien wird ein automatisiertes Programm entwickelt, welches eine Bauteiltrennung und -beurteilung verschiedener Varianten ermöglicht. Die Beantwortung dieser Forschungsfragen wird durch eine logische Verifikation gezeigt. Die entwickelte Methode zur Gestaltung der Baustruktur für die additive Fertigung wird anhand von zwei Evaluationsbeispielen initial validiert. Um einen Einfluss der Methode auf die beschriebenen Herausforderungen zu zeigen, wird eine Nutzerstudie durchgeführt und abschließend die Herstellkosten der erarbeiteten Lösungen mit den Ausgangskonstruktionen verglichen. Die Ergebnisse dieser Arbeit ermöglichen damit eine fertigungsgerechte Gestaltung der Baustruktur durch Bauteilintegration und -trennung im Rahmen einer Anpassungskonstruktion

Design guidelines for the separation of components to combine the potentials of additive and conventional manufacturing processes

Additive manufacturing offers great potential in the geometric design of components. However, there are also restrictions that must be taken into account. These have already been studied and described in the literature. In order to improve the design of components for additive manufacturing, the restrictions are documented in the form of design guidelines and made available to the designer. The design guidelines show a geometry that is less suitable for additive manufacturing and what adjustments must be made to this geometry to enable or improve manufacturing. However, such an adaptation of the geometry is not always possible. This paper therefore extends existing design guidelines in order to specifically aim for the combined manufacturing of the components with different manufacturing processes and to use this as a means to comply with the restrictions of additive manufacturing. In this way, the potential of additive manufacturing is combined with the potential of conventional manufacturing processes in order to overcome the restrictions of additive manufacturing. To put this into practice, new design guidelines are presented that specifically identify features that can be better manufactured conventionally. Finally, these new design guidelines are evaluated on the basis of an example component being manufactured by machining and laser powder bed fusion, resulting in a reduction of manufacturing costs by 27%

SELECTIVE PRE-LOAD GENERATION: FINDING MANUFACTURING-INTEGRATED SOLUTIONS FOR LINEAR GUIDES

Pre-load is important for a linear guide’s precision but can adversely affect its longevity. The idea of selectively adjusting pre-load for specified track sections of a linear guide is starting point for an innovative product design. Key challenge of realising linear guides with a selective pre-load generation is to integrate this additional function with low manufacturing effort. A continuous flow production with linear flow splitting has a high potential for realising a function integrated product design at low costs. Based on linear flow split linear guides, these potentials are extended towards manufacturing-integrated solutions (MIS) for linear guides with integrated selective pre-load generation. The design pattern matrix (DPM) aids the designer in systematically developing MIS based on generally applicable function carriers. Several MIS for linear flow split linear guides with a selective pre-load generation have been developed and two prototypes produced. The solutions are characterised by a comprehensive utilisation of the continuous flow production's design possibilities, resulting in products with high functionality and low manufacturing and assembly effort

Eignung von Direktverschraubungen für additiv gefertigte Bauteile aus AlSi10Mg/Suitability of Direct Screw Connections for Additiv Manufactured Parts Made of AlSi10Mg

Die Additive Fertigung gewinnt an Bedeutung und auch Endprodukte werden zunehmend additiv gefertigt. Es sind daher geeignete Bauteilverbindungen für additiv gefertigte Produkte notwendig. Der begrenzte Raum vieler Fertigungsanlagen führt außerdem zu einer höheren Anzahl von Bauteilverbindungen. Der Einsatz gewindeformender Schrauben ist eine einfache Möglichkeit, eine lösbare Bauteilverbindung herzustellen. Durch die Möglichkeit der schnellen und werkzeug-losen Herstellung von Prototypen für Einschraubversuche bietet die additive Fertigung außerdem ein großes Potenzial, Versuche an konventionell gefertigten Teilen zu ersetzen. Dies kann die Entwicklungszeit und -kosten erheblich reduzieren und die experimentelle Bestimmung von Bohrungsdurchmessern und Entformungsschrägen erleichtern