Funktional Determinierte Additive Fertigung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Burkhard Corves; Professor Dr.-Ing. Georg Jacobs; Professor Dr. Leif Kobbelt
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 513808244

Die Additive Fertigung (AF) bietet die Chance viele Beschränkungen konventioneller Fertigungsverfahren hinter sich zu lassen. Allerdings bringen AF-Verfahren auch neue Randbedingungen und Herausforderungen für die Konstruktion, die Prozessvorbereitung und die Produktion funktionsfähiger Bauteilgeometrien mit sich. Bauteile werden als wachsende Volumenkörper durch das sukzessive Hinzufügen von Material in einer vorgegebenen Aufbaurichtung erzeugt. Die schichtweise Fertigungsstrategie prägt dem Bauteil ein anisotropes Verhalten auf und schränkt die Druckbarkeit komplexer Geometrien stark ein, da sich ungünstige Kraftzustände und schlecht druckbare Wirkflächen im Allgemeinen nicht konstruktiv vermeiden lassen. Die übergeordnete Forschungshypothese für das beschriebene Vorhaben lautet: Durch einen disziplinübergreifenden funktionsorientierten, multidirektionalen und schichtlosen Produktentstehungsprozess können optimierte Bauteilgeometrien für die Additive Fertigung lastgerecht und mit funktional optimalen Wirkflächen ausgelegt und gefertigt werden. Gesamtziel des Vorhabens ist es, das volle Potential der AF nutzbar zu machen, indem ein durchgängiger Produktentstehungsprozess (PEP) bestehend aus Konstruktionsprozess, Prozessvorbereitung und Fertigung aufgebaut wird und das Fused Layer Modelling (FLM) Verfahren zu einem multiaxialen und schichtlosen additiven Fertigungsverfahren weiterentwickelt wird. Teilziele 1. Ziel der Konstruktion ist die funktional determinierte Bauteilgestaltung für die additive Fertigung. Die Funktion eines Bauteils wird durch seine Wirkflächen und seine Leit-Stütz-Struktur repräsentiert. Die Freiheitgrade der AF erlauben es, die Gestalt eines Bauteils konsequent auf die benötigten Wirkflächen und Leitstützstrukturen auszurichten. Voraussetzung ist ein funktionsorientierter, modellbasierter Entwicklungsprozess, der die Wirkflächen und Leitstützstrukturen in den Vordergrund stellt und die AF-spezifischen, fertigungstechnischen Restriktionen berücksichtigt. 2. Ziel der Prozessvorbereitung ist ein Algorithmus, der aus der zunächst verfahrensunabhängigen Bauteilbeschreibung der Konstruktion unter Berücksichtigung verfahrensspezifischer Randbedingungen und des verwendeten Manipulators die notwendigen Extrusionstrajektorien für eine kraftpfadoptimierte Fertigung berechnet. 3. Ziel der Fertigung ist ein prototypischer 6D-Druck- und Handhabungsprozess, der Extrusionsstränge räumlich und belastungsoptimiert aufträgt und das dabei entstehende Bauteil flexibel greifen, halten und führen kann. Dieser Fertigungsprozess wird durch einen Demonstrator aus einem feststehenden Druckkopf und ein Handhabungssystem (HHS) realisiert. Der feststehende Druckkopf stellt sicher, dass Extrusionsstränge immer in Wannenlage (Waagerecht zur Druckoberfläche) aufgebracht werden. Die Planung der Robotertrajektorie ermöglicht die kontinuierliche Manipulation des Bauteils durch das HHS unter dem Druckkopf mit maximaler Freiheit.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen