Statistical tolerance analysis of linkage mechanisms taking into account deviations from additive manufacturing
Third party funded individual grant
Start date : 01.09.2017
End date : 31.08.2019
Extension date: 31.12.2020
Project details
Scientific Abstract
Die additive Fertigung findet in heutigen Produktentstehungsprozessen zunehmend Anwendung. Neben der Herstellung von Prototypen und Werkzeugen kommen additive Verfahren inzwischen verstärkt zur Fertigung von Endprodukten zum Einsatz, wie etwa in der Medizintechnik oder Luftfahrtindustrie. Da keine formgebundenen Werkzeuge eingesetzt werden, sind die resultierenden Stückkosten losgrößenunabhängig und nur geringfügig von der Komplexität der Bauteilgeometrie abhängig. Des Weiteren entfallen konventionelle Konstruktionsregeln, wie beispielsweise die Vermeidung von Hinterschneidungen bei Gussbauteilen. Aufgrund des schichtweisen Aufbaus lassen sich komplexe Leichtbaustrukturen umsetzen und bereits vollständige bewegliche Baugruppen in lediglich einem Prozessschritt (anstelle von vielfacher Einzelteilfertigung) herstellen. Die bisher erforderlichen Montageschritte entfallen somit. Trotz dieser vielen Möglichkeiten unterliegt auch die additiven Fertigung Grenzen in der Gestaltungsfreiheit der Produkte. Demnach sind auch hier verfahrensspezifische Gestaltungsregeln unverzichtbar. Der gegenwärtige Stand der Forschung und Technik stellt jedoch diese Gestaltungsregeln nur in unzureichendem Maße bereit. So sind beispielsweise die anisotropen Festigkeitseigenschaften und die Formhaltigkeit der Bauteile von der Baurichtung sowie vielzähligen Prozessparametern abhängig. Insbesondere bei der Gestaltung von Getrieben, in denen Gelenkspiel für die Beweglichkeit der Komponenten vorhanden sein muss, stellen diese Fertigungseinflüsse eine Herausforderung dar.Um diese Einflüsse bei der Gestaltung additiv gefertigter Bauteile und Baugruppen frühzeitig aufzuzeigen, bietet die statistische Toleranzanalyse immenses Potential. Statistische Toleranzanalysen werden in der Produktentwicklung bisher nur für konventionelle Fertigungsverfahren erfolgreich eingesetzt und erlauben die Beurteilung von zufälligen und systematischen Abweichungen aus der Fertigung, Montage sowie aus dem Betrieb. In der additiven Fertigung existieren hingegen bislang keine geeigneten Methoden hierzu.Das Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die statistische Toleranzanalyse zur virtuellen Absicherung des Bewegungsverhaltens additiv gefertigter und spielbehafteter Gelenkgetriebe zu erweitern. Hierzu wird eine Methodik entwickelt, durch die sich die Fertigungseinflüsse auf die Geometrie und das resultierende Gelenkspiel in Getrieben erfassen und in die statistische Toleranzanalyse integrieren lassen. Die Evaluierung dieser Methodik erfolgt anhand der aufgenommenen Bewegungsbahnen real gefertigter Gelenkgetriebe. Der Fokus liegt dabei auf dem Strangablegeverfahren FDM (Fused Deposition Modeling).Das Ergebnis des Forschungsvorhabens ist somit eine erweiterte statistische Toleranzanalyse, durch die das Bewegungsverhalten additiv gefertigter Gelenkgetriebe frühzeitig vorhergesagt werden kann und zeit- und kostenintensive Iterationen in der Produktentwicklung vermieden werden können.
