Hand in Hand: Additive Fertigung und der digitale Prozess
Hersteller suchen ständig nach neuen Wegen, ihre Konstruktionsprozesse zu optimieren und einfacher, flexibler und agiler zu werden, um den individuellen Kundenwünschen gerecht zu werden. Dazu gehört die Investition in Fertigungswerkzeuge und -maschinen, die auf die Bedürfnisse der Unternehmen zugeschnitten sind und zur Erreichung übergeordneter strategischer Ziele beitragen.
Zukunftsorientierte Hersteller bereiten sich frühzeitig auf diesen Trend vor und öffnen sich neuen Technologien – eine der wichtigsten Möglichkeiten zur Individualisierung besteht in der Kombination von additiver Fertigung und digitalem Prozess.
Additive Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck, ist der Prozess des schichtweisen Aufbaus physischer Objekte. Die Herstellung neuer Teile und Produkte war traditionell ein zeitaufwändiger und teurer Prozess, der die Umstrukturierung von Fertigungssystemen (Produktions- und Montagelinien) erforderte. Die mit Rüst- und Umrüstzeiten verbundenen Kosten stellen insbesondere bei Einzelanfertigungen einen finanziellen Nachteil dar. In der heutigen schnelllebigen Welt individualisierter Produkte ist dies nicht tragbar – die additive Fertigung bietet hierfür eine Lösung.
den gängigsten additiven Fertigungsverfahren Unter FDM und PolyJet für die schnelle und kostengünstige Herstellung von Bauteilen und Prototypen. PolyJet zeichnet sich durch seine Detailgenauigkeit aus, während FDM auf die Fertigung langlebiger Endprodukte spezialisiert ist. Wenn mechanische Festigkeit und Langlebigkeit entscheidend sind, ist FDM die beste Wahl.
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Der digitale Prozess ist der Schlüssel zur Terminplanung der additiven Fertigung
Die additive Fertigung ermöglicht die schnelle Produktion neuer Prototypen, Bauteile und Produkte ohne umfangreiche Umrüstungen der Produktionsanlagen. Selbst bei Einzelanfertigungen können die Kosteneinsparungen erheblich sein – beispielsweise bei einem Maschinenausfall, wenn ein Ersatzteil mit einem 3D-Drucker vor Ort hergestellt werden kann. Um das volle Potenzial auszuschöpfen, empfiehlt sich die Kombination von additiver Fertigung und digitalen Prozessen. Im obigen Beispiel ermöglichen uns IoT (Internet der Dinge) und Analytik, die Wartung von Anlagen vorausschauend zu planen und proaktive Maßnahmen zu ergreifen. Indem wir ein virtuelles Modell des benötigten Ersatzteils aus dem digitalen Inventar in den 3D-Drucker einspeisen, können wir das Ersatzteil in kurzer Zeit produzieren und kostspielige Ausfallzeiten vermeiden.
Das IoT liefert zudem wichtige Leistungsdaten, die für einen geschlossenen Feedback-Kreislauf für Produktdesigner genutzt werden können. Über den digitalen Prozess können Designer auf reale Produktnutzungsdaten zugreifen, um die nächste Produktversion zu entwickeln.
Generatives Design und der digitale Prozess
Künstliche Intelligenz (KI) verändert Branchen, Unternehmen und die damit verbundenen Rollen. Produktentwicklung und -gestaltung werden zunehmend mit KI-gestützten generativen Designwerkzeugen ausgestattet, um kleinere und effizientere Produktvarianten der Zukunft zu entwickeln.
Welche Techniken gibt es für die Konstruktion für die additive Fertigung?
Bei der Auswahl der Konstruktionstechnik(en) ist es wichtig, die Verwendung und die Funktion des Bauteils zu berücksichtigen. Topologieoptimierung und generatives Design sind oft miteinander verwandt. Das des generativen Designs ist es, mithilfe von Rechenmethoden und vorhandenen Ressourcen ein Design zu entwickeln, das die Leistungsanforderungen besser, schneller und mit geringerem Gewicht erfüllt. Die Topologieoptimierung ist eine bewährte Methode des generativen Designs, die die Materialverteilung mithilfe zuverlässiger numerischer Verfahren optimiert. In vielen Fällen lassen sich die durch Topologieoptimierung erzielten optimierten Formen nicht mit traditionellen Verfahren herstellen.
Jeder Fertigungsprozess erfordert eigene Konstruktionstechniken: Teile, die maschinell bearbeitet werden, werden anders konstruiert als solche, die im 3D-Druckverfahren hergestellt werden. Die additive Fertigung nutzt spezielle Konstruktionsregeln und Werkzeuge, um optimierte, für den 3D-Druck geeignete Designs zu erstellen. Ziel dieser Konstruktionslösungen ist es, Kosten, Zuverlässigkeit und andere Aspekte des Produktlebenszyklus bestmöglich zu optimieren.
Die additive Fertigung erweckt diese innovativen, generativen Designs zum Leben, indem sie Materialien Schicht für Schicht druckt. Diese optimierten Produktdesigns können Abfall, Materialverbrauch und Produktgewicht deutlich reduzieren, was sich erheblich auf die Herstellungskosten und die praktische Leistung auswirkt.
Durch die Kombination von additiver Fertigung und generativem Design lassen sich die Gesamtkosten der Prototypenerstellung deutlich senken. Mithilfe eines 3D-Druckers vor Ort können Produktdesigner schnell einen mit generativem Design optimierten Prototyp erstellen. Rapid Prototyping wirkt sich auch auf die nachfolgenden Prozessschritte aus. Es ermöglicht Herstellern, ihre Produkte schneller als je zuvor auf den Markt zu bringen und den Anforderungen immer kürzerer Lieferzeiten gerecht zu werden.
Hersteller benötigen eine Strategie für additive Fertigung, um mit den Trends zur Massenindividualisierung und den Herausforderungen des Wettbewerbs Schritt zu halten. In Kombination mit dem digitalen Designprozess bietet die additive Fertigung die Möglichkeit, innovative Technologien zu verbreiten und die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Funktionen zu erleichtern. Die additive Fertigung wird die physische Produktionslinie revolutionieren, während der digitale Prozess seine weitreichende Wirkung auf alle Betriebsabläufe ausdehnen kann.
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