Eine zunehmende Individualisierung und Komplexität von Produkten bedingt Fertigungsprozesse, die hinsichtlich Varianten flexibel reagieren und komplexe Strukturen herstellen können. Mit der additiven Fertigung, insbesondere des SLM-Verfahrens (Selective Laser Melting), steht eine hochflexible Fertigungstechnologie, die in der Lage ist komplexe Strukturen zu fertigen, an der Schwelle zur Einführung in die Serienfertigung.
Wesentliches Hemmnis, das einen breiten Einsatz unterbindet, sind die hohen Stückkosten bei höheren Stückzahlen im Vergleich zu konventionellen Fertigungsverfahren. Das im Juni 2015 gestartete Forschungsvorhaben „AutoAdd“ adressiert hierbei eine ganzheitliche Betrachtung der zur Industrialisierung notwendigen Schritte. Von der Auswahl SLM-geeigneter Bauteile, über die Ermittlung generischer Designrichtlinien bis hin zur Bewertung von Anlagenkonzepten, Endbearbeitung und Prozessketten bzw. der Fabrikgestaltung sollen Optimierungspotentiale bezüglich möglicher Kosteneinsparung erarbeitet werden.
Das Verbundprojekt AutoAdd dient als Wegbereiter der additiven Fertigung in die automobile Serienfertigung. Dabei sollen die für die Automobilindustrie relevanten Hemmnisse abgearbeitet werden. Wesentlich ist hier die Reduzierung der Stückkosten zu nennen.
Zunächst sollen grundsätzlich für das SLM geeignete Bauteile aus der Automobilfertigung identifiziert werden. Hierzu ist eine umfangreiche Prüfung einzelner Bauteile hinsichtlich Ihrer SLM-Eignung durchzuführen. Anhand identifizierter Bauteile soll die Bauteilgestalt hinsichtlich einer kostenoptimalen Fertigung mittels SLM-Verfahren optimiert werden, mit dem Ziel allgemeingültige Designrichtlinien für die SLM-Fertigung abzuleiten.
Neben dem Bauteil selbst ist das umgebende Produktionssystem entscheidend für die Festlegung der Stückkosten. Hierfür werden alternative SLM-Anlagenkonzepte sowie Konzepte zur Nachbearbeitung der SLM-Bauteile entwickelt. Ziel dieser alternativen Technologiekonzepte ist ein höherer Automatisierungsgrad und ein zugunsten höherer Stückzahlen ausgelegter Bearbeitungsprozess.
Zur relativen Bewertung der Technologiekonzepte wird unter anderem eine Benchmark-Analyse heute verfügbarer SLM-Anlagen durchgeführt. Die an den SLM-Prozess anschließenden vor- und nachgelagerten Bearbeitungsschritte werden auf Basis einer exemplarischen konventionellen Prozesskette erfasst und in einem Simulationsmodell abgebildet.
Anhand des Simulationsmodells werden mögliche additive Prozessketten ausgestaltet. Dabei sollen Prozessketten sowohl mit heutigen SLM-Anlagen als auch mit den erarbeiteten neuen Technologiekonzepten ausgestaltet werden. Die Prozessketten werden hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit bewertet. Wirkzusammenhänge einzelner Eingangsgrößen auf den Stückpreis werden ermittelt.
Abschließend wird die Prozesskette für ausgewählte Bauteile anhand heute verfügbarer SLM-Anlagen in konventionellem und optimiertem Design abgebildet. So lassen sich beispielsweise erstmalig Maschinenfähigkeitsindizes eines additiven Verfahrens feststellen. Letztendlich stellt das Forschungsvorhaben AutoAdd Konzepte für eine erfolgreiche Implementierung der additiven Technologien in der Automobilserienfertigung bereit.
Das AutoAdd-Projekt (Integration generativer Fertigungsverfahren in die Automobilserienfertigung) wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Initiative „Photonische Prozessketten“ über einen Zeitraum von drei Jahren bis Ende Mai 2018 mit rund 1,9 Millionen Euro gefördert.
Projektpartner
- Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe
- TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH, Ditzingen
- Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Aachen
- Bayerische Motoren Werke AG (BMW), München
- GKN Sinter Metals Engineering GmbH, Radevormwald
- netfabb GmbH, Lupburg
- Daimler AG, Ulm