Entwicklung einer Methodik für das Fügen von hybriden, additiv gefertigten Fahrzeugkomponenten aus thermoplastischen Kunststoffen

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Fügen von hybrid additiv gefertigten Fahrzeugkomponenten aus thermoplastischen Kunststoffen. Auf Basis des Stands der Technik werden die relevanten Rahmenbedingungen im automobilen Interieur, die Eigenschaften der betrachteten additiven Verfahren Materialextrusion und pulverbasiertes Schmelzen sowie typische Fügetechnologien für Thermoplaste analysiert. Anschließend werden Segmenttypen, Fügeflächentopografie und -toleranzen, Bauteileigenschaften, Materialkombinationen, Recyclinganforderungen und eine planare Segmentierungsstrategie systematisch beschrieben und in Form von Spezifikationen und Anforderungen aufbereitet. Darauf aufbauend werden die Fügeverfahren Heizelementschweißen, Ultraschallschweißen und Schraubverbindung ausgewählt und ihr Anwendungsbereich in Form von Verfahrensprofilen festgelegt. Die entwickelte Methodik wird in einer Python-Anwendung umgesetzt. Dabei werden Geometriedaten der Bauteile eingelesen, potenzielle Fügebereiche automatisch identifiziert und relevante Kenngrößen der Fügezone ermittelt. Auf Grundlage der hinterlegten Verfahrensprofile wird anschließend beurteilt, welche Fügeverfahren für die jeweilige Segmentkombination geeignet sind. Gleichzeitig werden erforderliche geometrische Anpassungen im Fügebereich angegeben. Die Evaluierung zeigt, dass die Methodik die Zielsetzung einer nachvollziehbaren und automatisierten Auswahl geeigneter Fügeverfahren für die betrachteten hybrid additiv gefertigten Interieurbauteile erfüllt und einen Beitrag zur Verknüpfung von additiver Fertigung, Fügeflächentopografie und methodischer Fügeverfahrensauswahl leistet. Die entwickelte Methodik schafft eine systematische Grundlage für die Auswahl von Fügeverfahren bei hybrid additiv gefertigten Interieurbauteilen und bildet eine skalierbare Basis für den Aufbau durchgängig digitaler Entscheidungs- und Bewertungswerkzeuge.