Teilekonsolidierung durch additive Fertigung revolutionieren

Mechanische Baugruppen sind in Konsum- und Industrieprodukten allgegenwärtig. Selbst relativ günstige Produkte können Dutzende Einzelkomponenten haben, und in komplexen Maschinen leicht Hunderte oder Tausende. Additive Fertigung (AM) ermöglicht hohe Level an Teilekonsolidierung – manchmal sogar die Eliminierung der Montage.

Vorteile der additiven Fertigung für Teilekonsolidierung

AM ist einzigartig in der Lage, komplexe Geometrien zu produzieren, die mit traditionellen Fertigungsmethoden nicht herstellbar sind. Eine mechanische Baugruppe, die normalerweise viele als separate Komponenten gefertigte Teile erfordert und dann zusammengefügt wird, kann additiv als einzelne Einheit gefertigt werden – selbst bei sehr komplexer Geometrie. Neben Designvereinfachung gibt es weitere greifbare Vorteile der AM für Teilekonsolidierung:

Gesamte Projektkosten senken

Der offensichtlichste Vorteil der Teilekonsolidierung mit AM: Weniger Teile zur Montage bedeuten geringere Montagekosten. Montage ganz wegzulassen reduziert auch potenzielle Kostentreiber wie Qualitätskontrolle oder Bestandsmanagement. Durch additive Fertigung mehrerer Teile als eines verringern Sie das Risiko versteckter Kosten und Projektverzögerungen.

Weniger Material

In der traditionellen Fertigung steigen die Teilkosten typischerweise mit wachsender Komplexität. Bei AM ist das nicht der Fall – mit steigender Komplexität steigen die Teilkosten nicht. In vielen Fällen sinken sie sogar, weil erhöhte Komplexität oft weniger Materialverbrauch bedeutet. Mit AM lassen sich Materialeinsparungen von bis zu 70 % im Vergleich zur traditionellen Fertigung erreichen.

Geringeres Gesamtrisiko

Teilekonsolidierung reduziert oder eliminiert diverse Risiken. Beispielsweise umgehen Sie das Risiko, dass Ihr Lieferant das betreffende Teil nicht mehr liefern kann. Dieses Lieferantenrisiko multipliziert sich mit der Anzahl der Teile in der Baugruppe. Drucken Sie mehrere Teile als einzelne Einheit mit AM, sinkt die Wahrscheinlichkeit dieses Problems drastisch.

Weitere Risiken werden reduziert. Die Instanzen von Teileversagen nehmen ab, wenn das Teil als einzelne Einheit gefertigt statt separat montiert wurde. Ein weiteres Risiko ist Veraltung: Wenn das Teil sein Lebensende erreicht, haben Sie keine Restbestände, die entsorgt werden müssen.

Bessere Performance

In vielen Fällen ermöglicht AM ein besser performendes Teil, da es Geometrien ermöglicht, die wünschenswert, aber mit traditioneller Fertigung nicht machbar sind. Zu den AM-Anwendungen mit spannenden Vorteilen für verbesserte Produktperformance gehören Leichtbau, hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, Wärmeübertragung und Fluidströmung sowie Energieabsorption.

Wie identifizieren Sie Teile für Konsolidierung?

Beim Denken über Teilekonsolidierung mit AM ist der erste Schritt, sich auf die Funktion der Baugruppe zu fokussieren, die Sie ersetzen wollen. Dann müssen Sie die Annahmen hinterfragen, die zu Ihrem ursprünglichen Design mit traditioneller Fertigung führten.

Ein strukturierter Ansatz zur Analyse der zu konsolidierenden Teile kann hilfreich sein. Eine effektive und populäre Methodik für die Analyse von Fertigung und Montage ist Design for Manufacture and Assembly (DFMA®). Das Modell besteht aus drei Fragen, die Ingenieuren und Herstellern den Start in den Konsolidierungsprozess erleichtern:

1. Muss sich das Teil relativ zu den montierten Teilen bewegen?
2. Sind mehrere Materialien für die Teilfunktion nötig?
3. Muss das Teil für Montage oder Demontage getrennt werden?

Durch diese Fragen können Designer die theoretische Mindestanzahl der für die Montage benötigten Teile bestimmen. Während diese Fragen als Ausgangspunkt dienen, helfen folgende Folgeüberlegungen zu entscheiden, ob Sie additiv für Teilekonsolidierung in Betracht ziehen sollten:

1. Sind mehrere Teile nötig, um diese Anforderung zu erfüllen?
2. Kann ein einzelnes Teil diese Anforderung erfüllen?

Mit anderen Worten: Werden mehrere Teile wirklich für die Funktion benötigt? Gibt es andere Lösungen – wie Gitterstrukturen (oder andere komplexe Geometrien) –, die in ein Design integriert werden könnten, um im Wesentlichen dieselbe Funktion zu erfüllen, während die Gesamtzahl der Teile und Materialien reduziert wird?

Sehen Sie sich die Grafik unten an, um zu entscheiden, ob Teilekonsolidierung mit additiver Fertigung für Sie richtig ist.

Teilekonsolidierung und additive Prozesse

Das Designen zur Reduzierung separater Komponenten ist nur ein Faktor der Teilekonsolidierung. Ein weiterer Weg, die Anzahl montierter Teile zu minimieren, ist der Einsatz von Technologien, die Konsolidierung ermöglichen. Mit additiven Technologien wie HP Multi Jet Fusion (MJF) haben separate Komponenten die Fähigkeit, nicht nur als ein ganzes Stück gedruckt zu werden, sondern sind auch fähig zu vollem Bewegungsbereich direkt ab Drucker.

Die Entscheidung für eine additive Technologie hängt von Ihren Designanforderungen ab. Beispielsweise benötigen Teile bei HP MJF keine Stützen, was Ingenieuren ermöglicht, komplexere Designs und bewegliche Teile zu erstellen. Carbon® Technologie benötigt Stützen, kann aber langlebige Komponenten mit variierenden Wandstärken als ein Stück drucken. Ein großartiges Beispiel für Teilekonsolidierung mit Carbon® ist Steelcases SILQ-Stuhl-Armlehne: Die Armlehne bestand früher aus drei separaten Teilen, wird jetzt dank Gitterstrukturen und komplexer Geometrien als ein Teil gedruckt.

Anwendungsbeispiele für Teilekonsolidierung

Es gibt viele Anwendungen, die von Teilekonsolidierung mit AM profitieren könnten. Es gibt bereits Anwendungen am Markt – wie mechanische Baugruppen, fluidische Komponenten, strukturelle Bauteile und mehr. Hersteller sehen gesteigerte Performance und Langlebigkeit dank Design mehrerer Teile als eines. Schauen wir genauer, wie Teilekonsolidierung zwei spezifische Anwendungen beeinflusst.

Pumpenlaufräder

Traditionell gefertigte Laufräder erfordern oft separate Teile, die verschweißt werden. Mit AM können diese als ein einziges Stück gedruckt werden. Bei traditioneller Fertigung hat ein Pumpenlaufrad Lücken zwischen seinen Komponenten. Durch additive Fertigung kann der Spalt entfernt werden – was die Gesamtperformance des Teils verbessert. Wichtig: Da die Schweißnähte eliminiert wurden, sind potenzielle Ausfallpunkte reduziert und Korrosion an den Schweißstellen tritt nicht mehr auf.

Luftkanäle

Luftkanäle sind auch hervorragende Kandidaten für Teilekonsolidierung. Durch komplexe Geometrien, die durch additive Fertigung ermöglicht werden, können Teilegeometrie und Luftstrom optimiert werden. Ein Fallbeispiel ist ein Kühlkanal in der HP 500/300 Druckerserie, der HP MJF nutzt. Durch Konsolidierung von acht Teilen auf einen konnte HP die Lieferkette vereinfachen und die Komponentenkosten um 30 % senken.

Hersteller streben Kostensenkung, Lieferkettenrisikominimierung und Performance-Verbesserung durch Teilekonsolidierung an. AM bietet die einzigartige Chance, Baugruppen durch nun mögliche komplexe Geometrien weiter zu reduzieren. Wenn Sie erfahren möchten, wie Ihre Anwendung konsolidiert werden kann, kontaktieren Sie heute unser Expertenteam.

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