Rapid Manufacturing Anwendungen im Maschinen- und Anlagenbau. Systematische Bauteilauswahl, Potenzialanalyse und konstruktive Umsetzung

Inhaltsverzeichnis

• Kurzfassung
• Abstract
• Inhaltsverzeichnis
• Abbildungsverzeichnis
• Tabellenverzeichnis
• Formelverzeichnis
• Abkürzungsverzeichnis
• 1 Einleitung
• 1.1 Problemstellung
• 1.2 Ziel der Arbeit und Einschränkungen
• 1.3 Aufbau der Arbeit
• 1.4 Kurzprofil Schmitt Werke GmbH
• 1.4.1 MSB GmbH & Co. KG
• 1.4.2 IBS GmbH
• 1.4.3 Cleanscrape GmbH
• 2 Generative Fertigungsverfahren
• 2.1 Einteilung der Technologien
• 2.2 Beschreibung der Technologien
• 2.2.1 Pulverbett-basierte Technologien
• 2.2.1.1 Lasersintern (LS)
• 2.2.1.2 Selektives Laserschmelzen SLM
• 2.2.1.3 Elektronenstrahlschmelzen EBM
• 2.2.2 Laserauftragsschweißen mit Pulver
• 2.2.3 Draht-basierte Technologie
• 2.2.3.1 Laserauftragsschweißen
• 2.2.4 Pulverstrahl-basierte Technologien
• 2.3 Potenziale und Chancen
• 2.3.1 Erhöhte Gestaltungsfreiheit
• 2.3.1.1 Umsetzung komplexer Strukturen
• 2.3.1.2 Funktionsintegration und Bauteilverschmelzung
• 2.3.1.3 Neue Verbindungselemente
• 2.3.2 Entkopplung der Bauteilkosten und der Komplexität
• 2.3.3 Individualisierung von Bauteilen
• 2.3.4 Realisierung neuer Fertigungsstrategien
• 2.3.5 Umsetzung der Industrie 4.0
• 2.3.6 Realisierung neuer Werkstoffe
• 2.3.7 Steigerung der Nachhaltigkeit
• 2.4 Grenzen generativer Fertigungsverfahren
• 2.4.1 Bauteilgröße
• 2.4.2 Bauteilqualität
• 2.4.3 Maßgenauigkeit und Oberflächenrauigkeit im Bauprozess
• 2.4.4 Baugeschwindigkeit
• 2.4.5 Notwendigkeit von Stützstrukturen im Bauprozess
• 2.4.6 Folgeprozesse
• 2.4.7 Automatisierung
• 2.4.8 Prozesssicherheit und Qualitätsmanagement
• 3 Systematische Bauteilauswahl
• 3.1 Methodenauswahl
• 3.2 Grobauswahl
• 3.2.1 Stage-Gate-Methode
• 3.2.2 Stage 1 - Bauteilgröße
• 3.2.3 Stage 2 - geometrische Bauteilkomplexität
• 3.2.4 Stage 3 Bauteilvarianten
• 3.3 Eignungsanalyse TOPSIS-Verfahren
• 3.3.1 Kriterienauswahl
• 3.3.1.1 Bauteilform
• 3.3.1.2 Losgröße
• 3.3.1.3 Bauteilkomplexität
• 3.3.1.4 Zerspanungsverhältnis
• 3.3.1.5 Werkstoffkosten
• 3.3.1.6 Zerspanbarkeit
• 3.3.1.7 Komplexität der Herstellung
• 3.3.1.8 Anzahl der Schnittstellen
• 3.3.1.9 Variantenanzahl
• 3.3.1.10 Anzahl der Passungsflächen
• 3.3.2 Ermittlung der Entscheidungsmatrix
• 3.3.3 Ermittlung der Gewichtungsmatrix mittels AHP
• 3.3.3.1 Paarweiser Vergleich der Kriterien
• 3.3.3.2 Aggregation der Paarvergleichsurteile zu Bedeutungsurteilen
• 3.3.3.3 Überprüfung der Gewichtungsmatrix
• 3.3.3.4 Konsistenzprüfung
• 3.3.4 Berechnung der gewichteten Entscheidungsmatrix
• 3.3.5 Bestimmung virtueller Alternativen und deren Abstandsmaße
• 3.3.6 Berechnung des Eignungsindexes
• 3.4 Ergebnisse
• 3.5 Ausgewählte Bauteile
• 3.6 Potenzialuntersuchung
• 3.7 Sensitivitätsanalyse der Auswahlmethodik
• 4 Konstruktive Überarbeitung der Bauteile
• 4.1 Doppelkammersprührohr - Wasser-Nebel-Bedüsung
• 4.1.1 Beschreibung
• 4.1.2 Funktionen des Bauteils
• 4.1.3 Anforderungen
• 4.1.4 Konstruktive Überarbeitung
• 4.1.5 Generative Herstellung
• 4.1.6 Nachbearbeitung
• 4.1.7 Kostenermittlung
• 4.1.7.1 Ermittlung der Bauzeit
• 4.1.7.2 Ermittlung des Maschinenstundensatzes
• 4.1.7.3 Ermittlung der Fertigungskosten
• 4.1.7.4 Ermittlung der Materialkosten
• 4.1.7.5 Ermittlung der Herstellkosten
• 4.2 Pumpengehäuse Schrämgetriebe
• 4.2.1 Beschreibung
• 4.2.2 Funktionen des Bauteils
• 4.2.3 Anforderungen
• 4.2.4 Konstruktive Überarbeitung
• 4.2.5 Generative Herstellung
• 4.2.6 Nachbearbeitung
• 4.2.7 Kostenermittlung
• 5 Vergleich der Herstellungsverfahren
• 5.1 Vergleich der Prozessketten
• 5.1.1 Prozesskette des Doppelkammersprührohrs – Wasser-Nebel-Bedüsung
• 5.1.2 Prozesskette des Pumpengehäuses - Ölumlaufpumpe
• 5.2 Vergleich der Herstellzeiten
• 5.3 Vergleich der Herstellkosten
• 6 Zusammenfassung
• 7 Ausblick
• 7.1 Weiterentwicklung der Auswahlmethodik
• 7.1.1 Unschärfe-Logik
• 7.1.2 Softwareentwicklung
• 7.2 Zukunft der Bauteile
• 7.2.1 Wasser-Nebel-Bedüsung
• 7.2.2 Pumpengehäuse
• 7.3 Zukunft der Fertigungsverfahren
• 7.3.1 Allgemeine Zukunftsaussichten der Technologien
• 7.3.2 Generative Fertigung bei den Schmitt Werken GmbH
• Literaturverzeichnis
• Anhangsverzeichnis

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die Bachelorarbeit befasst sich mit der Eignung generativer Fertigungsverfahren für Maschinenbauunternehmen und analysiert deren Potenziale und Grenzen. Das Hauptaugenmerk liegt auf der systematischen Bauteilauswahl, um zu identifizieren, welche Bauteile sich wirtschaftlich sinnvoll generativ herstellen lassen. Die Arbeit untersucht die Einsatzmöglichkeiten dieser Verfahren am Beispiel der Schmitt Werke GmbH, einem mittelständischen Unternehmen.

• Systematische Bauteilauswahl: Entwicklung und Anwendung einer Methodik zur Identifizierung geeigneter Bauteile für die generative Fertigung.
• Potenzialanalyse: Bewertung der Vorteile und Chancen generativer Fertigungsverfahren im Maschinenbau.
• Konstruktive Überarbeitung: Anpassung von Bauteilen für die generative Fertigung und Optimierung der Konstruktion.
• Vergleich der Herstellungsverfahren: Gegenüberstellung von konventionellen und generativen Herstellungsverfahren hinsichtlich Prozesskette, Herstellzeiten und Kosten.
• Zukunftsaussichten: Analyse der zukünftigen Entwicklung generativer Fertigungsverfahren und deren Bedeutung für den Maschinenbau.

Zusammenfassung der Kapitel

Die Arbeit beginnt mit einer Einführung in die Thematik generativer Fertigungsverfahren und stellt die Schmitt Werke GmbH als Referenzunternehmen vor. Kapitel 2 beschreibt die verschiedenen generativen Fertigungsverfahren, deren Potenziale und Grenzen. Kapitel 3 befasst sich mit der systematischen Bauteilauswahl, wobei eine Methodik zur Identifizierung geeigneter Bauteile entwickelt und angewendet wird. Kapitel 4 untersucht die konstruktive Überarbeitung ausgewählter Bauteile für die generative Fertigung. Kapitel 5 vergleicht die Herstellungsverfahren und die Kostenstruktur von konventionellen und generativen Verfahren. Die Arbeit endet mit einer Zusammenfassung der Ergebnisse und einem Ausblick auf zukünftige Entwicklungen.

Schlüsselwörter

Generative Fertigungsverfahren, 3D-Druck, Additive Manufacturing, Bauteilauswahl, Potenzialanalyse, Konstruktive Überarbeitung, Prozesskette, Kostenvergleich, Maschinenbau, Schmitt Werke GmbH.