Entwicklung einer CAx-Prozesskette für additive Fertigung von Bauteilen aus Metall

Abstract

Die additive Fertigung und dabei im Speziellen die additive Fertigung von Endprodukten und Werkzeugen (rapid manufacturing), gilt als eine der Schlüsseltechnologien im Zusammenhang mit Industrie 4.0. Sie kann ihre Stärken vor allem dort ausspielen, wo konventionelle Fertigungsverfahren an ihre Grenzen stoßen. So bieten additive Verfahren durch die werkzeuglose Fertigung enorme Potentiale in der Gestaltungsfreiheit und Individualisierbarkeit der Produkte, sowie in der wirtschaftlichen Produktion von geringen Stückzahlen. Ziel dieser Arbeit ist es, im Zuge der Anschaffung einer selektiven Laserschmelz-Maschine in der Pilotfabrik der TU Wien, den Produktentstehungsprozess und dabei vor allem die CAx-Prozesskette zu beleuchten. Bei der additiven Fertigung ist die Art der Herstellung und die damit zusammenhängenden Gestaltungsrichtlinien und Gestaltungsfreiheiten wesentlich für die Produktgestaltung bzw. Konstruktionssystematik. Aus diesem Grund erfolgen im zweiten Kapitel der Arbeit umfangreiche Erläuterungen zu den Grundlagen der additiven Fertigungsverfahren mit dem Focus auf selektivem Laserschmelzen (SLM). Darauf aufbauend werden die Implikationen für den virtuellen Produktentwicklungsprozess beleuchtet. Im Konstruktionsprozess spielen vor allem Simulationslösungen zur Topologie-Optimierung und Generierung von inneren Strukturen eine wesentliche Rolle, welche den konventionellen Konstruktionsprozess erweitern und dem Potential der Gestaltungsfreiheit Rechnung tragen sollen. Die anschließenden Datenaufbereitungsmaßnahmen zur Fertigungsvorbereitung stellen ebenfalls ein Spezifikum der additiven Fertigung dar, bei dem die Konvertierung der 3D Dateien in Facetten-Geometrien eine entscheidende Rolle spielt. Aufgrund der diversen Landschaft an Datei-Formaten (Schnittstellen) und Softwarelösungen, welche an den einzelnen Produktentstehungsschritten beteiligt sein können, wurden im Zuge einer umfangreichen Software- und Schnittstellenanalyse die wesentlichen

Additive manufacturing in general and additive manufacturing of end products in particular, are considered to be one of the key technologies in connection with industrie 4.0. Its strengths are located in areas where conventional manufacturing technologies are limited. Because of the toolless manufacturing process, additive methods have enormous potential in areas of freeform shape customization, as well as in profitable production of small quantities. The aim of this thesis is to examine the product development process in the course of the purchase of a selective laser melting maschine in the TU Wien Pilotfabrik, focusing in particular on the CAx-process chain. Regarding additive manufacturing, the production type along with its modeling principles play a major role for the product design scheme. Therefore the first chapter deals with the principles of additive manufacturing focusing on selective Laser melting (SLM). Based on that, the implications for virtual product development are examined. Within the design process, simulation solutions on topology optimization and generation of lattice structures are particularly crucial for the design freedom and hence, extend the possibilities of conventional design process. The following data preparation for the production process highlights another special feature of the process chain, where the conversion of the 3D Geometry is essential. The diverse landscape of data formats and software solutions involved in this product development process are analyzed, categorized and discussed in an extensive software and data format-analyses. The geometry reconstruction of topology optimization results was recognized as major criteria, which should be discussed in the context of the final case study, which deals with the construction and additive manufacturing of a bottle opener. For this reason 3 different workflows are built with the available software systems in order to exemplarily show the production development process of a b