OptiAMix: Mehrzieloptimierte und durchgängig automatisierte Bauteilentwicklung für additive Fertigungsverfahren im Produktentstehungsprozess

Projektträger: 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 fördern die Umsetzung der Industrie 4.0-Strategie, sichern Arbeitsplätze, verkürzen Transportwege und bieten Möglichkeiten für neue Geschäftsmodelle. 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 interdisziplinären 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 durchgängigen, automatisierten Bauteilentwicklung für additive Fertigungsverfahren im gesamten Produktentstehungsprozess. Um eine Mehrzieloptimierung hinsichtlich divergierender Faktoren, wie geringe Kosten oder einer belastungsgerechten Gestaltung durchführen zu können, wird ein neues Softwarewerkzeug zur fertigungsgerechten, nachbearbeitungsgerechten, belastungsgerechten sowie kostengerechten Gestaltung von Bauteilen entwickelt und mit bekannten Softwarewerkzeugen kombiniert. So kann die steigende Produktkomplexität beherrscht und ein hohes Maß an Datensicherheit gewährleistet werden. Gleichzeitig werden Methoden entwickelt und konsolidiert, mit denen die relevanten Informationen generiert und genutzt werden können; zu diesen zählen beispielsweise die Potenzialabschätzung 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 interdisziplinären 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 durchgängigen 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“ gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut.  

Beschreibung im Fachgebiet Produktentstehung

Additive Fertigungsverfahren bieten vielfältige Potenziale in Bezug auf Leichtbau oder Funktionsintegration. Diese können jedoch nicht durch eine einfache Übernahme konventionell entwickelter und gefertigter Bauteile erreicht werden. Für eine phasenübergreifende Unterstützung des Entwicklungsprozesses und die Ausschöpfung der Potenziale additiver Fertigungsverfahren arbeiteten Forscher der Fachgruppe Produktentstehung mit mehreren Forschungs- sowie Industriepartnern zusammen.

Die Forscher der Fachgruppe Produktentstehung des HNI der Universität 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 Änderungen unterliegen, adressierte die Analyse insbesondere deren Änderungsrisiko. So können bereits vor dem Auftreten eines Änderungsbedarfs Risikosteuerungsmaßnahmen initiiert und das Risiko von Kosten- oder Zeitüberschreitungen reduziert werden. Um die Anwendbarkeit auch für umfangreiche Anforderungssets gewährleisten zu können, 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 vielfältige 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 Universität Paderborn startet mit „OptiAMix“ ein neues, durch das BMBF mit 2,54 Mio. Euro gefördertes, Forschungsprojekt, an welchem das DMRC mit vier Lehrstühlen der Universität 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 durchgängigen, automatisierten Bauteilentwicklung für additive Fertigungsverfahren im gesamten Produktentstehungsprozess. Um eine Mehrzieloptimierung hinsichtlich divergierender Faktoren, wie geringe Kosten oder einer belastungsgerechten Gestaltung durchführen zu können, wird ein neues Softwarewerkzeug zur fertigungsgerechten, nachbearbeitungsgerechten, belastungsgerechten sowie kostengerechten Gestaltung von Bauteilen entwickelt und mit bekannten Softwarewerkzeugen kombiniert. So kann die steigende Produktkomplexität beherrscht und ein hohes Maß an Datensicherheit gewährleistet werden. Gleichzeitig werden Methoden entwickelt und konsolidiert, mit denen die relevanten Informationen generiert und genutzt werden können; zu diesen zählen beispielsweise die Potentialabschätzung 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 Verbände VDMA und FVA unterstützt.