Steigerung der Ressourceneffizienz beim pulverbettbasierten Schmelzen von Metallen

Den vielfältigen Potenzialen der additiven Fertigung, wie der wirtschaftlichen Fertigung kundenindividueller und funktionsoptimierter Bauteile, stehen verschiedene Hemmnisse gegenüber, die einen breiten industriellen Einsatz der additiven Fertigung limitieren. Zu diesen Hemmnissen zählen der Bedarf an kostenintensiven und in der Herstellung energieintensiven Materialien, der umfangreiche manuelle Arbeitsaufwand sowie die zeitintensive Nutzung von Maschinen und Peripheriegeräten. Diese Ressourcen verursachen insbesondere beim meistgenutzten additiven Fertigungsverfahren metallischer Bauteile, dem pulverbettbasierten Schmelzen von Metallen mittels Laserstrahl (PBF-LB/M), substanzielle Kosten, die eine wirtschaftliche Anwendung des PBF-LB/M erschweren. Um die Effizienz dieser Ressourcen zu steigern und die vielfältigen Potenziale des PBF-LB/M für weitere Anwendungen zu erschließen, wurde in der vorliegenden Dissertation eine Methodik entwickelt, mit deren Hilfe die Ressourceneffizienz beim PBF-LB/M gesteigert und gleichzeitig die Bauteilqualität und Arbeitssicherheit gewährleistet werden kann. Aufgrund des zunehmenden Strebens nach einem höheren Umweltschutz wird dem Anwender der Methodik zusätzlich die Möglichkeit eröffnet, neben ökonomischen Aspekten auch den CO2äq-Fußabdruck der eingesetzten Materialien zu berücksichtigen. Die Methodik basiert auf der messtechnischen Erfassung, der Normalisierung und der Monetarisierung aller Ressourcenbedarfe entlang der PBF-LB/M-Prozesskette. Diese Datengrundlage ermöglicht es dem Anwender der Methodik, Hotspots kosten- und effizienzbasiert zu definieren. Für diese Hotspots werden mittels der entwickelten Methode Maßnahmen-Relevanz- und Aufwands-Analyse ursachenorientiert Maßnahmen zur Steigerung der Ressourceneffizienz abgeleitet, ausgewählt und umgesetzt. Im Rahmen einer praktischen Erprobung der Methodik im Forschungs- und im Industrieumfeld konnten bereits eine Vielzahl von Maßnahmen identifiziert werden, die in einem Maßnahmenkatalog zusammengefasst wurden, um sie für weitere Anwender nutzbar zu machen. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Methodik produzierende Unternehmen dazu befähigt, die Ressourceneffizienz ihrer PBF-LB/M-Prozesskette systematisch zu steigern.