OpAL – Optimierung, Additive Fertigung und Leichtbau

Die Anforderungen des Klima- und Umweltschutzes sowie Ressourcenknappheit stellen gerade kleine und mittlere Unternehmen (KMU) vor besondere Herausforderungen. Zusätzlich fordern der Wettbewerbsdruck und die unbeständigeMarktdynamik eine kontinuierlich wachsende Innovationskraft und Flexibilität. Zur Bewältigung dieser Herausforderungen soll der Dreiklang Optimierung, Additive Fertigung und Leichtbau einen Beitrag leisten.

Im Produkt-Entstehungsprozess kommen im sogenannten Computer Aided Engineering (CAE) modernste computergestützte Methoden zum Einsatz. Das Anfertigen der Konstruktion erfolgt meist mithilfe von 3D-CAD-Programmen. Für die Simulation hat sich unter anderem die Finite-Elemente-Analyse etabliert. Damit lassen sich große Teile des Prozesses digitalisieren, optimieren und teils auch automatisieren. Die gewinnbringende Einbindung dieser Methoden und die damit verbundene Möglichkeit zur frühzeitigen Fehler-Erkennung senken die Entwicklungszeiten und -kosten.

Die Additive Fertigung (3D-Druck) ermöglicht es, ungenutzte Potentiale zu heben. Beispielsweise gehen mit konventionellen Fertigungsverfahren (Fräßen, Gießen, Spritzguss etc.) Fertigungsrestriktionen, um etwa das Bauteil nach dem Gießen aus dem Werkzeug entnehmen zu können, einher. Dadurch wird die Form des Bauteils stark eingeschränkt. Die Additive Fertigung arbeitet werkzeuglos. Daraus ergibt sich eine enorme Flexibilität, die neue Freiheiten bei der Gestaltung der Bauteile eröffnet. Wird die Additive Fertigung optimal genutzt, so entstehen Bauteile mit ähnlicher Steifigkeit und deutlich reduzierter Masse im Vergleich zur konventionellen Fertigung. Dies spart in Symbiose mit verschiedenen Leichtbaustrategien nicht nur Material, sondern senkt ebenso Energieverbrauch und Treibhausgasemissionen im Betrieb. Zudem können flexibel sehr kleine Stückzahlen kurzfristig und wirtschaftlich produziert werden.

Das Projekt „OpAL“

Da die Anwendung der Methoden aus den Bereichen Optimierung, Additive Fertigung und Leichtbau nicht trivial ist, werden im Projekt OpAL anwendungsorientierte Wissenstransfermaßnahmen insbesondere für regionale KMUs und deren Mitarbeitende durchgeführt. Abgeleitet aus dem Dreiklang Optimierung, Additive Fertigung und Leichtbau ergeben sich zusammen mit dem Produktentstehungsprozess, Software und Technologie sowie Erprobung und Demonstration sechs Themenblöcke.

Durch die Bearbeitung verschiedener Anwendungsfälle und mit individuellen Lösungen für konkrete Problemstellungen erwerben die Projektpartner ein tiefes und nachhaltiges Verständnis für die Projektinhalte. Dadurch entsteht während des Projekts ein regionales Netzwerk aus KMU rund um die innovative Produktentwicklung unter besonderer Berücksichtigung von Nachhaltigkeitsaspekten.

Additive Fertigung für Prüftechnik und Spezialanwendungen bei der Schmidt-Engineering GmbH

Im Rahmen der Wissenstransfermaßnahme informierte derProjektpartner Weinmann Prüftechnik by Schmidt-Engineering im ersten Teil über ihren innovativen und kreativen Einsatz des 3D-Drucks im Produktentstehungsprozess. Das Unternehmen ist spezialisiert auf normgerechte Prüftechnik für Spezialanwendungen. Die Produktpalette reicht hier von Prüfständen für die Dauerfestigkeit von Fahrrädern bis hin zu solchen für die Zertifizierung von Büro- und Polstermöbeln und Matratzen. Neben dem Prototypenbau findet die Additive Fertigung auch immer dann Anwendung, wenn mit herkömmlichen Fertigungsverfahren aufwändig hergestellte Komponenten kostengünstig ersetzt werden können. Additiv gefertigte Bauteile werden so beispielsweise als Adapter, Abstandshalter und Führungen standardmäßig in die Prüffelder integriert.

Inspiriert von den Möglichkeiten des 3D-Drucks zielte der zweite Teil der Wissenstransfermaßnahme darauf ab, die praktischen Erfahrungen zu vertiefen. Eine Prüflehre, welche mit verschiedenen Druckverfahren, -einstellungen und -materialien mehrmals gefertigt wurde, wurde auf einem mechanischen Prüfstand getestet, um die Steifigkeit zu ermitteln. Zusammen mit dem Gewicht des Bauteils, den Druck- und Materialkosten und der Druckzeit ergab sich ein erstes Bild über die Eigenschaften sowie Vor- und Nachteile der verschiedenen Druckverfahren. Diese Untersuchungen werden zukünftig fortgesetzt, in dem die Maßhaltigkeit und Oberflächengüte der Bauteile näher betrachtet werden.

Dieses Projekt wird aus dem Europäischen Sozialfonds (ESF) gefördert.