Design of and with solution principles for additive manufacturing
Final Report Abstract
In diesem Projekt steht die additive Fertigungsgerechtheit einer Konstruktion im Mittelpunkt, um die Konstruierenden in den frühen Phasen der Produktentwicklung zu unterstützen. Dabei werden der frühzeitige Einsatz der Gestaltungspotenziale und die Berücksichtigung der Restriktionen einer additiven Bauteilfertigung angestrebt. Es konnten einzelne Methoden sowie Werkzeuge entwickelt werden, die das Ziel der additiv fertigungsgerechten Konstruktion mittels Lösungsprinzipien verfolgen. Die Betrachtung von Lösungsprinzipien im Kontext der additiven Fertigung ermöglicht es, nicht nur den Lösungsraum neu aufzuspannen und wesentliche Änderungen der Produktarchitektur herbeizuführen, sondern dadurch auch kompaktere Bauteile zu entwickeln. Es werden zunächst die konstruktiven Einflüsse der Potenziale und Restriktionen für die Bauteilanpassung sowie -neukonstruktion abgeleitet. Hieraus resultieren Beurteilungskriterien und Änderungsmaßnahmen, die den Konstruierenden eine Konkretisierung, Optimierung und Anpassung einer Konstruktion an die additive Fertigung ermöglichen. Gegenseitige Abhängigkeiten der Kriterien werden in einer Matrix festgehalten und fließen in situativ vorgeschlagenen Änderungsmaßnahmen ein. Darauf aufbauend wird in einem ersten Schritt die Entwicklung von additiv fertigungsgerechten Lösungsprinzipien fokussiert. Es werden für allgemein anwendbare Funktionen einzelne additiv fertigungsspezifische Effektträger bereitgestellt, die für eine funktionsorientierte Gestaltung der Lösungsprinzipien notwendig sind. Die Methode ermöglicht es, schrittweise eigene additiv fertigungsgerechte Lösungsprinzipien zu entwickeln. Zudem beschreibt die Methode, wie bestehende Lösungsprinzipien hinsichtlich ihrer Gestalt analysiert und an die additiven Fertigungsverfahren angepasst werden können. Eine Lösungssammlung strukturiert die vordefinierten, additiv fertigungsgerechten Lösungsprinzipien und folgt einer erprobten Beschreibungssystematik. Für Konstruierende ergibt sich der Mehrwert der Sammlung aus den bereits einbezogenen Restriktionen, die den Einstieg in das additiv fertigungsgerechte Konstruieren vereinfachen sollen. Somit kann dem Defizit von fehlendem Technologie- und Anwendungswissen entgegengewirkt werden. In einer zweiten Methode werden die Konstruierenden darin angeleitet, wie mit den vordefinierten Lösungsprinzipien umzugehen ist. Die Methode zielt dabei auf die Funktionsintegration der Lösungsprinzipien in ein Bauteil ab, indem die zielgerichtete Auswahl, Anpassung und Kombination der Lösungsprinzipien beschrieben werden. Während die Auswahl auf den geforderten Produkteigenschaften des zu entwickelnden Bauteils aufbaut, schlägt die Anpassung eine Variation der Produktcharakteristiken vor. Erzielbare Produkteigenschaften und -charakteristiken werden in der Lösungssammlung für jedes Lösungsprinzip spezifiziert. Abschließend werden die ausgewählten und angepassten Lösungsprinzipien über die Wirkflächen verbunden, um zu einer möglichst einteiligen Bauteilgestalt zu gelangen. Da die additive Fertigungsgerechtheit bereits in die Lösungssammlung miteinbezogen wurde, wird folglich auch eine additiv fertigungsgerechte Bauteilgestalt induziert. Schließlich werden die Kernergebnisse zu einer Methodik verknüpft, welche in 48 Probandenversuchen mit Masterstudierenden erfolgreich evaluiert wurde. Dabei konnten alle erarbeiteten Unterstützungen erprobt werden, wobei die Evaluationen mit Industriepartnern noch aussteht. Die ersten Ergebnisse des Projekts wurden in mehreren internationalen Veröffentlichungen publiziert, weitere Publikationen zur Erkenntnisverbreitung sind geplant.
Publications
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DERIVATION OF CRITERIA FOR ASSESSING SOLUTION PRINCIPLES CONFORMAL FOR ADDITIVE MANUFACTURING. Proceedings of the Design Society, 1 (2021, 7, 27), 923-932.
Tüzün, Gregory-Jamie; Garrelts, Enno; Roth, Daniel & Binz, Hansgeorg
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Additive Manufacturing Conformity – A Practical View. Proceedings of the Design Society, 2, 1481-1490.
Tüzün, G.-J.; Roth, D. & Kreimeyer, M.
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FUNCTION INTEGRATION IN ADDITIVE MANUFACTURING: A REVIEW OF APPROACHES. Proceedings of the Design Society, 3 (2023, 6, 19), 2005-2014.
Tüzün, Gregory-Jamie; Roth, Daniel & Kreimeyer, Matthias
