Analyse des Produktentstehungsprozesses bei der Kombination additiver und subtraktiver Fertigungsverfahren für die Herstellung von Multimaterialprodukten

Das Forschungsprojekt zielt in einer langfristig angelegten Perspektive auf die Weiterentwicklung des additiven Fertigungsverfahrens Fused Layer Modelling (FLM) für den Einsatz in industriellen Produktionsprozessen. Die fünf beteiligten Forschungseinrichtungen konzeptionieren gemeinsam ein Produktionssystem zur Kopplung und Integration der subtraktiven und additiven Fertigungsverfahren. Hierzu wird im Rahmen des MERCUR-Projektes der gesamte Produktentstehungsprozess (PEP) sowie die Qualifizierung und Kombination neuer Materialien für diese Fertigungsverfahren betrachtet. Zuerst werden die technologischen Schnittstellen des FLM-Prozesses untersucht und eine Erweiterung der Fertigungsmöglichkeiten durch Zwischen- und Nachbearbeitungsschritte, wie die Oberflächenbehandlung mit Lösungsmitteln und spanende Bearbeitung, evaluiert.

Das Arbeitspaket des ISF umfasst die experimentelle und simulative Untersuchung der spanenden Fertigung im Hinblick auf die spätere Kopplung der Teilprozesse. Als zentrale Schnittstelleneigenschaften zum FLM-Prozess werden die Bauteiltemperatur und die Lagendicke betrachtet. Dazu sind Probekörper mit vorgegebener Lagendicke und möglichst geringem Aufmaß vom Institut für Produkt Engineering der Universität Duisburg-Essen (RTC) zu fertigen und anschließend am ISF mit angepassten Eingriffsbedingungen auf Maß zu fräsen. Durch die Nutzung eines mobilen Ofens werden die Probekörper auf dem für Umgebungstemperaturen bis 180 °C ausgelegten Spannsystem unmittelbar vor dem Versuch auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt, direkt in die Fräsmaschine eingesetzt und bearbeitet.

Um technologische Lösungen für die aus den Schnittstelleneigenschaften resultierenden Herausforderungen zu identifizieren, sind experimentelle Untersuchungen für unterschiedliche Fräswerkzeuge mit verschiedenen Schneidengeometrien vorzunehmen. Im zugehörigen Versuchsplan werden neben den Schnittstelleneigenschaften auch die Prozessparameter variiert. Als Zielgrößen sind nach den Experimenten die Oberflächenqualität RZ sowie die Formabweichung und Zugfestigkeit des Probekörpers nach der Erkaltung zu erfassen. Auf Basis der Daten werden empirische Modelle für die Analyse und Optimierung der Prozessparameter und Werkzeuge erstellt. Damit sollen für jedes Material und jede Auftragssituation optimale Prozessparameterwerte inklusive der zugehörigen Temperaturobergrenzen für eine prozesssichere Bearbeitung bestimmt werden. Diese Obergrenzen dienen als wichtige Information für die Bahnplanung und die Prozessregelung.

Abb.: Beispielhafter Anwendungsfall Oberschenkelprothese

Ansprechpartner