Mehrzieloptimierung von Produkt- und Produktionsauslegung für die additive Prozesskette am Beispiel von Power Bed Fusion with Laser Beam of Metals [ProAM]

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Johannes Henrich Schleifenbaum
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 577244694

Additive Manufacturing (AM) bezeichnet Fertigungsprozesse, in denen Bauteile schichtweise auf Grundlage dreidimensionaler Modelle produziert werden und leistet als innovative Technologie einen entscheidenden Beitrag zur individualisierten und insbesondere ressourceneffizienten Herstellung. Darüber hinaus bietet AM als digitale Technologie die Möglichkeit, Daten aus verschiedenen Domänen des Herstellungsprozesses in der Produktentwicklung nutzbar zu machen und fertigungsbedingte Randbedingungen frühzeitig im Entstehungsprozess zu berücksichtigen. Der Übertrag dieser Möglichkeiten zur Nutzung von AM in nachhaltigen und produktzentrierten Wertschöpfungsketten ist bisher jedoch nur in wenigen Fällen gelungen. Ein Blick in die digitale Produktauslegung und Produktion von AM legt jedoch Silos isolierter Optimierung offen. Die produktionsnahen Optimierungspotentiale, die in anderen Fertigungsverfahren und Produktionsketten üblicherweise gehoben werden, sind somit im beim AM nicht adressierbar. Diese Einschränkungen gelten auch und insbesondere für das industriell relevante AM-Verfahren Powder Bed Fusion mit Laserstrahl von Metallen (PBF-LB/M), wenn bspw. die Konstruktionsrichtlinien zu einer Minimierung der Supportstruktur führt, da die Produkte „nur“ einzeln ausgelegt werden, in der Produktion aber das gesamte Produktionsprogramm – d.h., die Wechselwirkung zwischen verschiedenen Produkten – relevant ist. Diese domänen-spezifische „Sub-Optimierung“ stellt eine große Herausforderung beim (kosten-) effizienten und ressourcenschonenden Einsatz additiver Fertigungsverfahren dar, ist jedoch aufgrund der bislang weitgehend unerforschten, domänen-übergreifenden Wechselwirkungen zwischen Produktauslegung und Produktion Stand der Technik. Maßnahmen zur Ausschöpfung ungenutzter Potenziale durch eine Mehrzieloptimierung der Produktentstehung für das PBF-LB/M können folglich einen wesentlichen Befähiger für eine (kosten-) effiziente und ressourcenschonende AM-Fertigungsroute sein. Ziel des Projektes ProAM ist es daher, die Silos zwischen Produkt- und Produktauslegung aufzubrechen und in eine integrierte und optimierte Auslegung zu überführen. Diese wechselseitige Mehrzieloptimierung von Produkt- und Produktionsauslegung für PBF-LB/M soll zu signifikanten Verbesserungen der Stellgrößen Zeit (Bauzeit), Kosten (Kostenstruktur), Qualität (Konstruktionsregeln) und Nachhaltigkeit (Lebenszyklusanalyse) führen. Hierzu bedarf es eines gesamtheitlichen Modells, dass die wechselseitigen Abhängigkeiten beschreibt und handhabbar macht. Auf Basis der Einzelschritte in den Optimierungsprozessen werden relevante Stellparameter zwischen den Abhängigkeiten der Einzelmodellierungen von Produktentwicklung und Produktion identifiziert und abstrahiert. Mithilfe einer systematischen Analyse erfolgt darauf aufbauend eine Verkettung der verschiedenen Modellierungen und wird in einer Metamodellbeschreibung für eine integrierte Produktauslegung gebündelt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen