Entwicklung einer Methode zur Nutzung additiv gefertigter Spritzgussformeinsätze für die effiziente Validierung im Modell der SGE − Systemgenerationsentwicklung = Development of a method for the use of additive manufactured injection mould inserts for the efficient validation in the model of SGE − System Generation Engineering

Die Produktvalidierung ist die zentrale Aktivität zur Wissensgenerierung während der Produktentwicklung. Bei der Entwicklung von Spritzgussprodukten stehen seriennahe Prototypen aufgrund der meist kostenintensiven Herstellung von Spritzgusswerkzeugen und der langen Durchlaufzeiten häufig erst spät im Entwicklungsprozess zur Verfügung. Das Additive Tooling (AT) bietet eine Möglichkeit, solche seriennahen Prototypen herzustellen. Aktuelle Studien zeigen, dass die Herstellung von Spritzgussprototypen mit AT im Vergleich zum konventionellen Werkzeugbau in manchen Fällen kostengünstiger und schneller sein kann. ... mehrDer Validierungsprozess mit AT weist jedoch verschiedene Herausforderungen auf, die auf die spezifischen Eigenschaften von AT-Werkzeugen und auf mangelndes Wissen zurückzuführen sind. Darüber hinaus gibt es bisher keinen ganzheitlichen und systematischen Ansatz zur Unterstützung von Entwickelnden bei der Nutzung von AT zur Produktvalidierung.
In der vorliegenden Arbeit wird daher eine unterstützende Methode zur Nutzung von AT für die Validierung von Spritzgussprodukten erarbeitet. Zunächst werden relevante Grundlagen und Forschungsarbeiten zu den Themengebieten Produktentwicklung und Produktvalidierung, Spritzgießen im Kontext der Produktentwicklung sowie dem Additive Tooling aufgezeigt. Basierend auf dem Stand der Forschung, einer Marktstudie, einer technischen Vorstudie und einer Interviewstudie werden die Potenziale des AT für die Produktvalidierung, aber auch die Risiken und Anwendungshindernisse identifiziert. Darauf aufbauend werden der Unterstützungsbedarf und das Zielsystem für die zu entwickelnde Unterstützung konkretisiert.
Mit der AT-Systematik wird schließlich eine systematische Vorgehensweise zur Nutzung des AT in der Produktvalidierung vorgestellt. Die AT-Systematik gliedert den Validierungsprozess mit AT in die sechs Phasen Konkretisierung der Validierungsziele, Prüfung der Validierungsumgebung, Aufbau der Validierungsumgebung, Nutzung der Validierungsumgebung, Auswertung und Interpretation der Ergebnisse, sowie Nachbereiten und Lernen. Innerhalb dieser Phasen werden dem Anwender konkrete Aufgaben und Aktivitäten vorgeschlagen, sowie zusätzliche, phasen- und aktivitätenspezifische Methoden und Hilfsmittel zur Verfügung gestellt. Insbesondere für die AT-spezifische Unterstützung werden die AT-Checkliste, die AT-Design-Structure-Matrix (AT-DSM) und der AT-Konstruktionskatalog eingeführt.
Zur Evaluation der AT-Systematik erfolgt eine Bewertung des Erfolgsbeitrages, der Unterstützungsleistung und der Anwendbarkeit anhand von Anwendungsstudien und Interviews. Die erzielten Evaluationsergebnisse legen den Schluss nahe, dass die AT-Systematik den Einsatz von AT in der Entwicklung von Spritzgussprodukten sowie die Herstellung validierungsgeeigneter AT-Prototypen unterstützt und damit durch die Potenziale des AT zu einer effizienteren Produktvalidierung beiträgt.

Product validation is the central activity for generating knowledge during product development. In the development of injection molded products, prototypes with properties close to series production are often only available late in the development process due to the usually cost-intensive production of injection molds and the long lead times. Additive tooling (AT) offers the possibility of producing such near-series prototypes. Current studies show that the production of injection molding prototypes with AT can be more cost-effective and faster in some cases compared to conventional toolmaking. ... mehrHowever, the validation process with AT presents various challenges due to the specific characteristics of AT molds and a lack of knowledge. In addition, there is no holistic and systematic approach to support developers in the use of AT for product validation.
Therefore, the purpose of this thesis is the development of a supporting method for the use of AT in the validation of injection molded products. First, relevant fundamentals and research work on the topics of product development and product validation, injection molding in the context of product development, and Additive Tooling are presented. The potential of AT for product validation, as well as the risks and barriers to its application, are identified based on the current state of research, a market study, a preliminary technical study, and an interview study. Based on this, the need for support and the system of objectives for the support to be developed are specified.
As a result, a systematic approach to the use of AT in product validation is presented in the form of the Additive-Tooling-Design-Method (ATDM). The ATDM divides the validation process using AT into six phases: Determine validation objectives, verify and choose validation technology, building the validation environment, using the validation environment, evaluating and interpreting the results, and follow-up and learning. Within these phases, tangible tasks and activities are proposed to the user, and additional phase- and activity-specific methods and tools are provided. In particular, the AT-Checklist, the AT-Design-Structure-Matrix (AT-DSM), and the AT-Design-Catalog are presented for AT-specific support.
Based on application studies and interviews, the ATDM is evaluated for its contribution to success, support performance and applicability. The evaluation results obtained suggest that the ATDM supports the use of AT in the development of injection molded products and the production of validatable AT prototypes, thus contributing to more efficient product validation through the potential of AT.