Nesting and Scheduling in Additive Manufacturing

Die Technologien der additiven Fertigung bzw. des 3D-Drucks werden heutzutage nicht mehr nur für die Erstellung von Prototypen im Produktentwicklungsprozess verwendet, sondern finden Anwendung in der Herstellung von marktfähigen Produkten in einer Vielzahl von Industriezweigen. Durch die Möglichkeit, verschiedene Produkte bzw. Bauteile gleichzeitig auf einem 3D-Drucker produzieren zu können, haben sich zudem neue Geschäftsmodelle, wie bspw. „Factory-as-a-Service“, entwickelt. Durch diese Entwicklung ist eine effiziente Planung der Abläufe innerhalb des Fertigungsprozesses unabdingbar, um die eingesetzten Ressourcen bestmöglich zu nutzen und den Anforderungen der KundInnen gerecht zu werden.

Im Fokus der Dissertation steht die Optimierung der Platzierung von Bauteilen im vorhandenen Bauraum, der damit einhergehenden Festlegung von Bauteilbündeln und der Zuweisung bzw. der Sequenzierung der resultierenden Bauteilbündel auf den verfügbaren 3D Druckern. Die Optimierung soll dabei sowohl einen effizienten Ressourceneinsatz als auch kundenorientierte Zielstellungen, wie bspw. Liefertermintreue, berücksichtigen. Aufgrund des Zusammenspiels aufgezeigten Subprobleme im Umfeld der additiven Fertigung stellt die Problemstellung ein neuartiges kombiniertes Planungsproblem im Bereich der Maschinenbelegungsplanung dar. Im Rahmen des Dissertationsprojektes sollen demnach u.a. folgende Aspekte in Bezug auf die Planung von additiver Fertigung betrachtet und untersucht werden:

• Nesting: Um die zu bearbeitenden Bauteile zu bündeln, ist die Anordnung der Bauteile im vorhandenen Bauraum zu optimieren. Hierbei lassen sich je nach betrachteter Technologie, zweidimensionale und dreidimensionale Fälle unterscheiden.
• Scheduling: Die zusammengefassten Bauteilbündel sind auf die vorhandenen 3D- Drucker einzuplanen. Jedoch sind hierbei nicht nur die Drucker selbst, sondern auch nachgelagerte Prozessschritte in der Planung zu berücksichtigen, da diese einen hohen Anteil der benötigten Bearbeitungszeit in Anspruch nehmen. Dadurch lässt sich das resultierende Problem als Flow Shop Problem darstellen.