Einführung in die Fertigungstechnik

Produktion ist ein Wertschöpfungsprozess. Wertschöpfung entsteht an jedem einzelnen Produktionssystem, wenn aus einfachen oder komplexen Teilen wertgesteigerte Teile erzeugt werden (Bild 1.1) [GUE09]. An der Wertschöpfungskette sind verschiedene Betriebe, Abteilungen und Personen beteiligt. Nicht alle Teilprozesse der Wertschöpfung werden an demselben Ort ausgeführt. In vielen industriellen Bereichen ist vielmehr eine internationale Arbeitsteilung zu beobachten, bei der einzelne Glieder der Wertschöpfungskette auf verschiedene Länder und Industriebetriebe verteilt sind.

Alle Merkmale, die ein Kunde (Anwender, Verbraucher) von einem Erzeugnis erwartet, sind Qualitätsmerkmale. Entscheidend sind die Ausprägungen dieser Merkmale. Es geht darum, dass diese Ausprägungen gewisse Mindestanforderungen erfüllen, die gewöhnlich durch Toleranzen beschrieben werden. Die Toleranz oder die Toleranzgrenzen geben Mindest- und/oder Höchstwerte der Merkmale vor. In DIN 55350, Teil 11 wird Qualität definiert als die

Oft besteht die Möglichkeit, ein bestimmtes Werkstück mit unterschiedlichen Fertigungsverfahren herstellen zu können. Dadurch stellt sich die Aufgabe, das Verfahren auszuwählen, mit dem eine größtmögliche Wirtschaftlichkeit (minimaler Aufwand, maximaler Nutzen) unter Beachtung zahlreicher Kriterien und gegebener Randbedingungen zu erreichen ist.

Die ganzheitliche Produktbetrachtung spielt heute in der Fertigung eine immer wichtigere Rolle. Hierbei ist der gesamte Lebenszyklus eines Produktes, von der Rohstoffgewinnung über den Produktgebrauch bis hin zum Recycling zu betrachten. Der industrielle Leichtbau tritt heutzutage zusehends in den Vordergrund, vor allem im Flugzeug-, Fahrzeug- und Schiffsbau. Um eine gewichts- und kostengünstige Fertigung zu erreichen, werden drei Zielgrößen angestrebt:

In diesem Kapitel werden die einzelnen Hauptgruppen nach DIN 8580 näher beschrieben. Da im technischen Bereich metallische Werkstoffe nach wie vor die wichtigste Gruppe darstellen, werden die einzelnen Fertigungsverfahren an deren Beispiel erläutert.

Die Systematik zur Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 8580 gilt auch für die Fertigungsverfahren der Kunststoffbearbeitung. Die nachfolgende Tabelle 6.1 zeigt eine Übersicht der wichtigsten Fertigungsverfahren für Kunststoffe. Da in Kapitel 5 ausführlich auf die verschiedenen Fertigungsverfahren eingegangen wurde, werden an dieser Stelle nur die Besonderheiten bei der Bearbeitung von Kunststoffen für die Gruppen Urformen, Umformen, Fügen und Beschichten ergänzt.

Die Herstellungstechnologie keramischer Werkstoffe gliedert sich in die Phasen Pulversynthese, Masseaufbereitung, Formgebung, Sintern und Endbearbeitung (Bild 7.1).

Unter den nachwachsenden Rohstoffen ist der Werkstoff Holz von besonderer industrieller Bedeutung, und daher auch für die Fertigungstechnik zentral. Fertigungstechnisch komplexer als die Verarbeitung von Vollholz ist die Herstellung von Holzwerkstoffen. Holzwerkstoffe werden hergestellt, indem Vollholz zum Teil aufgelöst und in neuer Form wieder zusammengefügt wird. Unter den Holzwerkstoffen wiederum sind Spanplatten das wichtigste Produkt.

Mehr und mehr Industriebereiche, wie die Medizintechnik, die Feinmechanik, die Mikrosystemtechnik, die Pharmazie, die Lebensmittelindustrie oder die Halbleiterfertigung, benötigen bei der Herstellung ihrer Produkte reinste Fertigungs- und Umgebungsbedingungen. Dazu gehören beispielsweise der Reinraum, der die äußere Hülle der Fertigungsumgebung darstellt, die Handhabungs- und Transportsysteme sowie die Medienver- und -entsorgungssysteme, die zum Transport von Prozessmedien benötigt werden. Besonders hohe Reinheitsanforderungen werden dabei z. B. an

Neue Rahmenbedingungen wie kürzere Produktlebenszyklen, der Wunsch nach kundenindividuellen Produkten, gestiegene Verbraucheransprüche hinsichtlich Funktion, Qualität und Design der Produkte, deren Umweltverträglichkeit und Recyclebarkeit müssen schon bei der Neuoder Weiterentwicklung eines Produktes berücksichtigt werden. Ein wichtiger Einflussfaktor für den wirtschaftlichen Erfolg eines Produktes stellt seine gezielte und rechtzeitige Platzierung am Markt dar. Produkte sowie deren Entwicklungs- und Fertigungsprozesse werden somit immer komplexer, ihre Stückzahlen aber bei zunehmender Variantenvielfalt immer geringer. Diese neuen Rahmenbedingungen erfordern neue Technologien, mit denen sich die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens durch kürzere Entwicklungszeiten, und somit einen früheren Marktantritt eines Produktes, verbessern lässt. Mit Hilfe von Werkzeugen wie FEMBerechnungsmodellen, neuronalen Netzen, Kinematiksimulationen und 3D-Simulationen mit fotorealistischer Ergebnisausgabe lassen sich viele Fragen bezüglich eines neuen Produktes schon in einer frühen Phase der Entwicklung klären. Dennoch ist der Verzicht auf physische Prototypen in den meisten Fällen undenkbar. Die konventionelle Prototypenherstellung bedient sich neben Verfahren wie dem Modellieren und manuellen Bearbeiten und Fügen von Materialien vor allem den klassischen Fertigungsverfahren wie NC- und Kopierfräsen, Drehen, Schleifen, Erodieren und gegebenenfalls dem Urformen durch Gießen. Mittels Mehrachs-CNCBearbeitungszentren können Prototypen über ein NC-Programm direkt aus dem vollen Material gefertigt werden. Dieses Verfahren stößt aber bei komplexen Geometrien mit Hinterschneidungen und kompliziert ausgeformten Hohlräumen an seine Grenzen. Auf Grund des hohen Fertigungsaufwandes der oben genannten traditionellen Verfahren und der geringen Anzahl an zu fertigenden Prototypen hat der herkömmliche Prototypenbau einen hohen Zeit- und Kostenanteil an der gesamten Produktentwicklung.

Der aus dem angloamerikanischen Sprachraum stammende Begriff Recycling kann inzwischen auch im deutschen Sprachgebrauch als allgemein eingeführt und gebräuchlich bezeichnet werden, wobei hier auch von „Kreislaufwirtschaft“ gesprochen wird. Dennoch muss festgestellt werden, dass eine allgemein anerkannte deutsche Übersetzung und auch eine einheitliche Definition für Recycling bisher noch fehlen. Der sehr weit gespannte Begriff beinhaltet das Rezyklieren von Stoffen aus festen, flüssigen und gasförmigen Aggregatzuständen. Entsprechend groß ist auch das Spektrum der zur Anwendung kommenden physikalischen, chemischen und biologischen Gesetzmäßigkeiten und die Nutzbarkeit von Erkenntnissen aus bereits überaus traditionsreichen Naturwissenschaften für Fragestellungen des Recyclings.