OptiAMix: Mehrzieloptimierte und durchg?ngig automatisierte Bauteilentwicklung für additive Fertigungsverfahren im Produktentstehungsprozess

Projekttr?ger: Karlsruhe (PTKA)

Themenfeld: "Additive Fertigung – Individualisierte Produkte, komplexe Massenprodukte, innovative Materialien (ProMat_3D)"

Aufgrund hoher konstruktiver Freiheiten erlangen additive Fertigungsverfahren ein zunehmend wachsendes Interesse in der Industrie und der Forschung. So bescheinigt der VDI der Technologie beispielsweise eine herausragende Bedeutung für den Wirtschaftsstandort Deutschland: additive Fertigungsverfahren f?rdern die Umsetzung der Industrie 4.0-Strategie, sichern Arbeitspl?tze, verkürzen Transportwege und bieten M?glichkeiten für neue Gesch?ftsmodelle. Gleichzeitig ist die industrielle Anwendbarkeit additiver Fertigungsverfahren aufgrund verschiedener limitierender Faktoren bisher begrenzt. Zur industriellen Anwendung fehlen Erkenntnisse in der strategischen Produktplanung, Software zur AM-gerechten Konstruktion sowie Werkzeuge zur interdisziplin?ren Zusammenarbeit in der Produktentstehung, die eine ganzheitliche Sichtweise von der Idee bis zum Produkt sowie die gesamte Prozesskette berücksichtigen.

Diese Problematiken aufgreifend besteht das Ziel des Projekts ?OptiAMix“ in der mehrzieloptimierten und durchg?ngigen, automatisierten Bauteilentwicklung für additive Fertigungsverfahren im gesamten Produktentstehungsprozess. Um eine Mehrzieloptimierung hinsichtlich divergierender Faktoren, wie geringe Kosten oder einer belastungsgerechten Gestaltung durchführen zu k?nnen, wird ein neues Softwarewerkzeug zur fertigungsgerechten, nachbearbeitungsgerechten, belastungsgerechten sowie kostengerechten Gestaltung von Bauteilen entwickelt und mit bekannten Softwarewerkzeugen kombiniert. So kann die steigende Produktkomplexit?t beherrscht und ein hohes Ma? an Datensicherheit gew?hrleistet werden. Gleichzeitig werden Methoden entwickelt und konsolidiert, mit denen die relevanten Informationen generiert und genutzt werden k?nnen; zu diesen z?hlen beispielsweise die Potenzialabsch?tzung additiver Fertigungsverfahren, Konstruktionsrichtlinien sowie Prozess- und Werkstoffkennwerte, die zur anforderungsgerechten, automatisierten Konstruktion gebraucht werden und somit die Konstruktionszeit erheblich verkürzen.

Ziele

Methoden:

• Strategisch-technische Bauteilauswahl
• Integration der additiven Fertigung in den Produktentstehungsprozess

Software-Tools:

• Software-Tool zur automatisierten mehrzieloptimierten Bauteilgestaltung
• Software-Tool zur Unterstützung der interdisziplin?ren Zusammenarbeit

Bereitstellung:

• Transfer der Methoden und der Werkzeuge in die industrielle Praxis
• Etablierung der Fertigungsverfahren in den Unternehmen

Arbeitspakete am C.I.K.

• Entwicklung eines Werkzeugs zur Auswahl geeigneter Bauteilkandidaten
• Entwicklung einer Methode zur Bauteilmarkierung
• Entwicklung eines durchg?ngigen Werkzeugs zur Unterstützung der Zusammenarbeit der Unternehmensbereiche
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Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Programm ?Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen“ gef?rdert und vom Projekttr?ger Karlsruhe (PTKA) betreut.  

Beschreibung im Fachgebiet Produktentstehung

Additive Fertigungsverfahren bieten vielf?ltige Potenziale in Bezug auf Leichtbau oder Funktionsintegration. Diese k?nnen jedoch nicht durch eine einfache ?bernahme konventionell entwickelter und gefertigter Bauteile erreicht werden. Für eine phasenübergreifende Unterstützung des Entwicklungsprozesses und die Aussch?pfung der Potenziale additiver Fertigungsverfahren arbeiteten Forscher der Fachgruppe Produktentstehung mit mehreren Forschungs- sowie Industriepartnern zusammen.

Die Forscher der Fachgruppe Produktentstehung des HNI der Universit?t Paderborn entwickelten hierbei Methoden zur Analyse von Anforderungen an additiv gefertigten Bauteilen. Da die Anforderungen an additive Bauteile sehr dynamisch sind und im Verlauf der Entwicklungsphasen vielen ?nderungen unterliegen, adressierte die Analyse insbesondere deren ?nderungsrisiko. So k?nnen bereits vor dem Auftreten eines ?nderungsbedarfs Risikosteuerungsma?nahmen initiiert und das Risiko von Kosten- oder Zeitüberschreitungen reduziert werden. Um die Anwendbarkeit auch für umfangreiche Anforderungssets gew?hrleisten zu k?nnen, wurde ein Softwareprototyp entwickelt, der auf Basis einer textuellen Anforderungsliste die Risikoberechnung teilautomatisiert ausführt. Die Validierung erfolgt unter anderem an den Projekt-Demonstratoren wie einem additiv gefertigten topologieoptimierten Heckflügelhalter für Rennwagen mit Funktionsintegration. Das Projekt hat vielf?ltige Forschungs- und Anwendungspotenziale aufgedeckt und war der Auftakt für eine Reihe weiterer Forschungsvorhaben der Fachgruppe in diesem Themenkomplex.

Meldung vom 8.3.2017

An der Universit?t Paderborn startet mit ?OptiAMix“ ein neues, durch das BMBF mit 2,54 Mio. Euro gef?rdertes, Forschungsprojekt, an welchem das DMRC mit vier Lehrstühlen der Universit?t beteiligt ist. Durch die Partizipation von vier Industrieunternehmen unter der Leitung der Krause DiMaTec GmbH erreicht das Projekt ein Gesamtvolumen von 4,4 Mio. Euro. Partner auf Seiten des DMRCs sind die Lehrstühle C.I.K., KAt, LiA und HNI-PE. Die Koordination des Forschungsprojekts erfolgt durch Herrn Prof. Dr.-Ing. Rainer Koch vom Lehrstuhl Computeranwendung und Integration in Konstruktion und Planung (C.I.K.).

Das Ziel des Projektes besteht in der mehrzieloptimierten und durchg?ngigen, automatisierten Bauteilentwicklung für additive Fertigungsverfahren im gesamten Produktentstehungsprozess. Um eine Mehrzieloptimierung hinsichtlich divergierender Faktoren, wie geringe Kosten oder einer belastungsgerechten Gestaltung durchführen zu k?nnen, wird ein neues Softwarewerkzeug zur fertigungsgerechten, nachbearbeitungsgerechten, belastungsgerechten sowie kostengerechten Gestaltung von Bauteilen entwickelt und mit bekannten Softwarewerkzeugen kombiniert. So kann die steigende Produktkomplexit?t beherrscht und ein hohes Ma? an Datensicherheit gew?hrleistet werden. Gleichzeitig werden Methoden entwickelt und konsolidiert, mit denen die relevanten Informationen generiert und genutzt werden k?nnen; zu diesen z?hlen beispielsweise die Potentialabsch?tzung additiver Fertigungsverfahren, Konstruktionsrichtlinien sowie Prozess- und Werkstoffkennwerte, die zur anforderungsgerechten, automatisierten Konstruktion gebraucht werden und somit die Konstruktionszeit erheblich verkürzen.

Neben der Krause DiMaTec GmbH und den beteiligten Lehrstühlen bildet sich das Gesamtkonsortium aus den Unternehmen EDAG Engineering GmbH, Hirschvogel Tech Solutions, INTES GmbH und WP Kemper GmbH. Darüber hinaus wird das Projekt durch die assoziiert beteiligten Verb?nde VDMA und FVA unterstützt.