Auf der Konferenz AM4I am 26. und 27. Mai in Ludwigsburg werden Sie im Schwerpunktthema "Der Weg zum Bauteil - die additive Prozesskette" hochkarätige Präsentationen sehen, z. B. der Vortrag mit dem Titel "Prozesskettengestaltung in der Hybriden Fertigung"

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Christina Fuchs und Christina Häußinger der TU München, Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften berichten über spannende Arbeiten aus der Prozesskettengestaltung in der hybriden Fertigung.

Das Einsatzfeld der additiven Fertigungsverfahren hat in den vergangenen Jahren eine deutliche Expansion erfahren. Die Gründe hierfür liegen in den Vorteilen der Additiven Fertigung in Anwendungsbereichen, die entweder eine geringe Stückzahl, eine hohe Komplexität hinsichtlich der geometrischen Gestaltung der Bauteile oder eine signifikante Leichtbauweise erfordern. Aufgrund des schichtweisen Aufbauprozesses gibt es derzeit eine Vielzahl an Herausforderungen, die den Einsatz additiv gefertigter Bauteile hemmen. Hierbei sind vor allem die  mangelhafte Oberflächengüte und die eigenspannungsbedingten Deformationen zu nennen, wodurch oftmals geometrische Qualitätsanforderungen nicht erfüllt werden können. Durch die Verbindung additiver Fertigungsverfahren mit spanenden Nachbearbeitungsprozessen können diese Herausforderungen bewältigt und die Qualitätsansprüche erreicht werden. Die Kombination der beiden Fertigungsverfahren zur Hybriden Fertigung erfordert jedoch eine Abstimmung der Teilprozesse und die Integration verfahrensspezifischer Zwischenschritte. Daher wird am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der Technischen Universität München an einer umfänglichen Prozesskette für die Hybride Fertigung geforscht. Als Additive Prozesse werden sowohl das Laser-Strahlschmelzen, welches sich vor allem für filigrane Bauteile in mittleren Stückzahlen eignet, als auch das Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM, dt: lichtbogenbasierte Additive Fertigung), dessen Anwendungsgebiet aufgrund der hohen Auftragsrate insbesondere  bei großvolumigen Bauteilen liegt, betrachtet. Die spanende Nachbearbeitung erfolgt in beiden Fällen durch Fräsen, da hiermit die geforderten Form- und Lagetoleranzen sowie Oberflächengüte erreicht werden können. 

Um die Potentiale der Hybriden Fertigung voll ausschöpfen zu können,  sollte diese bereits in der Prozess- und Operationsplanung berücksichtigt werden. Besonders bei Bauteilen mit großen Abmaßen muss abgewogen werden, welche Geometrieelemente (z. B. Bohrungen, Taschen, etc.) mittels Additiver Fertigung einer endkonturnahen Geometrie mit anschließender Nachbearbeitung oder mittels Aufbau von Vollmaterial und konventioneller Zerspanung gefertigt werden sollten. Das Ziel ist es hierbei ein Optimum zwischen Bearbeitungszeit und Materialeinsatz zu erreichen.  Dies geschieht im Rahmen einer geometrieelement-basierten Kostenanalyse. Das Ergebnis ist ein Geometriemodell, welches mittels des additiven Verfahrens gefertigt wird. 

Vor der anschließenden, spanenden Bearbeitung müssen die Abweichungen in der Bauteilgeometrie, resultierend aus der Additiven Fertigung, erfasst werden. Dies geschieht im Prozessschritt der  Erfassung der Bauteilgeometrie. 

Hierfür wurde eine Methode zur Digitalisierung der Geometrie innerhalb der Werkzeugmaschine entwickelt. Die Ziele der Methode sind die automatisierte Anpassung der Ist-Geometrie sowie die darauf basierende Fräsbahnanpassung zur Steigerung der Effizienz.  Hierbei konnte eine deutliche Minimierung der Bearbeitungszeit erreicht werden.