Manufacturability analysis for additive manufacturing

Abstract

Die Additivfertigung hat sich in den letzten Jahren von einem Rapid Prototyping Prozess zu einem Standardprozess entwickelt. Dennoch ist es aufgrund der unterschiedlichen prozessbedingten Herausforderungen nach wie vor kein weit verbreitetes Herstellungsverfahren. In diesem Zusammenhang ist es von entscheidender Bedeutung, die Herstellbarkeit der konstruierten Teile zu überprüfen. Es gibt immer mehr druckbare Materialien. Die Entwicklung von neuen Verfahren ist ständig in Bewegung. Diese Arbeit konzentriert sich auf den wenig erforschten Keramikdruck mit dem Lithographie basierenden Keramikherstellungsverfahren (LCM). Es wird untersucht, wie Designempfehlungen definiert werden. Darüber hinaus wird erläutert, wie allgemeine Konstruktionsrichtlinien in maschinenlesbares Format gebracht werden können, um eine einfache Abfrage der erforderlichen Informationen für einen automatischen Produktionsfähigkeitsüberprüfer zu gewährleisten. Diese Arbeit stellt ein wissensbasiertes Framework vor, das in der Lage ist, geometrische Eigenschaften eines Teils automatisch zu untersuchen und mit den Richtlinien für die additive Fertigung zu vergleichen. Als Wissensbasis wird eine Ontologie verwendet, die Informationen über die Produktionsfähigkeiten von additiven Herstellungsverfahren, Druckern und Materialien enthält. Das System für die additive Fertigung verwendet dreiecksbasierte Polygonnetz-Verarbeitungsalgorithmen, um Merkmale zu erkennen und die für den LCM-Prozess notwendigen Richtlinien zu überprüfen. Die Funktionalität sowie die Performance in Form der Laufzeit der Algorithmen werden mit Testwerkstücken, dem National Institute of Standards and Technology (NIST) Testartefakt und einigen industriellen Objekten evaluiert. Die Evaluierung zeigt die Machbarkeit und ihre Grenzen der Produktionsfähigkeitsanalyse.

Additive Manufacturing (AM) evolved in the last years from being a rapid prototyping process to a standard manufacturing process. Nevertheless, it is still not a widely used manufacturing method due to different process-related challenges. In this context, it is of vital importance to inspect the manufacturability of the designed parts. The possibilities of printable materials are becoming more and more. New processes are constantly being developed and this thesis focuses on the not yet widely researched ceramic printing with the Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM) processes. It is examined how design recommendations are defined. Furthermore, how to map general design guidelines into a machine-readable format to ensure an easy way to query the required information for an automatic manufacturability checker. This thesis presents a knowledge-driven framework able to automatically examine geometric properties of a part and compare it to additive manufacturing guidelines. As a knowledge base, an ontology is used which contains information about the capabilities of additive manufacturing processes, printers, and materials. The additive manufacturing manufacturability system uses triangle-based mesh processing algorithms to recognize features and check the guidelines necessary for the LCM process. The functionality, as well as the performance in the form of the runtime of the algorithms, are evaluated with manufacturable workpieces, the National Institute of Standards and Technology (NIST) test artifact and some industrial objects. The evaluation shows the feasibility of manufacturability analysis and its limitations.