Fertigungsprozess

Was ist ein Fertigungsprozess?

Die Herstellung ist der Prozess der Umwandlung von Rohstoffen oder Komponenten in fertige Produkte. Der Fertigungsprozess ist ein schrittweiser Plan für die Entwicklung von Produkten.

Die beiden wichtigsten Fertigungsarten sind die diskrete und die Prozessfertigung. Bei der diskreten Fertigung werden Teile, Komponenten und Produkte unter Verwendung einer Kombination definierter Materialien und Produktionsabläufe hergestellt, um bestimmte Artikel und Produkte zu erzeugen, die von Smartphones bis hin zu Windturbinen in Branchen wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie reichen.

Der diskrete Fertigungsprozess umfasst eine Stückliste sowie die Schritte und Anforderungen zur Herstellung jedes Teils, jeder Baugruppe oder jedes vollständigen Produkts. Dieser Fertigungsprozess umfasst die Materialien, Maschinen und Werkzeuge, Arbeitskräfte, die Produktion, die Montage und andere Anforderungen zur Herstellung von Produkten.

Im Gegensatz dazu werden bei der Prozessfertigung Fertigerzeugnisse durch Mischen von Rohstoffen und Zutaten hergestellt, um eine bestimmte Menge eines Endprodukts (nicht einzelne Einheiten) zu erzeugen. Beispiele für die Prozessfertigung sind Lebensmittel und Getränke, Pharmazeutika und Benzin.

Was sind die wichtigsten Fertigungsverfahren für die diskrete Fertigung?

Produktionsverfahren haben jeweils ihre eigenen relativen Stärken, und zu den Variablen für die Auswahl eines Herstellungsverfahrens gehören das Produktionsvolumen (Kleinserie vs. Massenproduktion), die Funktionalität des Endprodukts und die damit verbundenen Vorlaufzeiten, die zur Erfüllung der Kundennachfrage erforderlich sind. Weitere Überlegungen zur Herstellung betreffen die Lagerverwaltung und die Art und Weise, wie die fertigen Produkte vertrieben werden sollen.

Im Folgenden finden Sie einen Überblick über die verschiedenen Arten von Fertigungsverfahren:

Additiv:

Der 3D-Druck, auch als additive Fertigung bezeichnet, ist ein Verfahren, bei dem dreidimensionale Objekte durch schichtweises Hinzufügen von Material entstehen, bis das Teil fertig ist (auf der Grundlage eines CAD-Modells). Im Gegensatz zur subtraktiven Fertigung wird bei der additiven Fertigung das Produkt von Grund auf neu erstellt, was einzigartige und hochkomplexe Designmöglichkeiten bietet. Dieses Verfahren minimiert den Abfall, da nur die für die Konstruktion erforderlichen Materialien verwendet werden.

Die additive Fertigung wird häufig für das Prototyping, die kundenspezifische Produktion und die Herstellung kleiner Serien eingesetzt. Zu den additiven Fertigungsverfahren gehören:

Direktes Lasersintern von Metall
Materialstrahlverfahren
Metallpulver
Selektives Lasersintern
Stereolithographie

Montage:

Bei der Montage in der Fertigung werden einzelne Komponenten oder Teile zu einem fertigen Produkt zusammengefügt. Sie umfasst das systematische Verbinden, Einpassen und Zusammenfügen von Teilen oder Komponenten, um eine vollständige und funktionale Einheit zu bilden. Teile und Komponenten werden manuell oder mit Hilfe von automatisierten Montagelinien und Robotern montiert. Zu den Methoden der Montage gehören:

Kleben
Mechanische Befestigung
Dichten
Einsetzen von Gewinden
Schweißen

Gießen und Schmieden:

Beim Gießen handelt es sich um ein Herstellungsverfahren, bei dem ein flüssiges Material – häufig geschmolzenes Metall oder eine Legierung – in eine Form gegossen wird, um ein festes Objekt herzustellen. Mit dieser Methode werden Komponenten mit komplizierten Designs und komplexen Formen hergestellt, die mit anderen Produktionstechniken nur schwer oder mit hohem Kostenaufwand zu realisieren wären. Zu den Gieß- und Schmiedeverfahren, die in der Regel für die Großserienproduktion eingesetzt werden, gehören:

Gesenkschmieden
Druckguss
Feinguss
Ringgewalztes Schmieden
Sandguss

Verbundwerkstoffe:

Wie der Begriff schon sagt, werden bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen zwei oder mehr Materialien zu einem einzigen Teil oder einer einzigen Komponente kombiniert. Zu den gängigen Verbundwerkstoffen gehören Kohlefaser, Glasfaser, Metall und Stahlbeton. Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe (MMC) bestehen beispielsweise aus einem Metall wie Aluminium, das mit einer Kohlenstofffaser verstärkt ist.) Verbundwerkstoffe sollen leichter und stärker sein als vergleichbare Materialien. Zu den Herstellungsverfahren für Verbundwerkstoffe gehören:

Additiver / 3D-Druck
Automatisierte Faserplatzierung
Automatisiertes Auflegen von Bändern
Wickeln von Filamenten
Handauflegen
Pultrusion
Prepreg/vorimprägnierte Fasern
Harz-Transfer-Molding (RTM)
Aufsprühen

Elektronik:

Der Herstellungsprozess für elektronische Chips und Schaltkreise umfasst Design und Prototyping sowie die Herstellung und Montage elektronischer Komponenten auf Leiterplatten (PCBs). Je nach Anwendung kann die Elektronik auch Kabelbäume umfassen, d. h. interne „Drähte“ in kleinen elektronischen Geräten (oder kleinen Gehäusen). Kabelbaugruppen bündeln Drähte in einem einzigen Gehäuse (z. B. eine Computersteckdose). Zu den Herstellungsverfahren für Elektronik gehören:

Kabelmontage
PCB-Montage
PCB-Fertigung
Montage von Kabelbäumen

Endbearbeitung:

Die Endbearbeitung ist die letzte Stufe des Produktionsprozesses und umfasst die Anwendung zusätzlicher Behandlungen, Verfahren oder Beschichtungen zur Verbesserung des Aussehens oder der Leistung eines Produkts. In dieser Phase wird das Produkt so veredelt, dass es bestimmte Anforderungen, Oberflächeneigenschaften und Leistungsstandards erfüllt, bevor es verwendet oder verkauft wird.

Umformen:

Bei der Umformung werden verformbare Materialien – wie z. B. Bleche – durch mechanische oder thermische Verfahren in Komponenten oder Formen umgewandelt. Zu den Umformverfahren gehören:

Biegen
Ziehen
Tiefziehen
Strangpressen
Schmieden
Walzen
Stanzen

Wärme- und Oberflächenbehandlung:

Die Hersteller wenden Wärme- und Oberflächenbehandlungen auf Oberflächenmaterialien (z. B. Produktgehäuse) an, um das Material zu härten und seine Haltbarkeit zu erhöhen. Beispiele für die Herstellung sind:

Alterung, Spannungsabbau
Eloxieren, Schwarzoxid
Entfetten
Elektroplattieren
Lackieren
Pulverbeschichtung
Oberflächenhärtung
Durchhärtung

Fügen:

In der Fertigung ist das Fügen der Prozess der Verbindung oder des Zusammenbaus mehrerer Komponenten zu einer einzigen, einheitlichen Struktur. Zu den Fügeverfahren gehören:

Kleben
Hartlöten
Verriegelungsmechanismen
Mechanische Befestigung (z. B. Schrauben und Nieten)
Versiegeln
Löten
Schweißen

Spanende Bearbeitung:

Die maschinelle Bearbeitung ist ein Fertigungsverfahren, bei dem Material von einem Werkstück abgetragen und geformt wird, um eine gewünschte Form, Größe oder Oberfläche zu erhalten. Mit dieser Technik wird eine Vielzahl von Präzisionsteilen und -komponenten hergestellt, die auf dem Verbraucher- und Industriemarkt verwendet werden. In Fabriken werden verschiedene Materialien wie Metalle, Kunststoffe, Holz und Verbundwerkstoffe bearbeitet. Zu den Bearbeitungsverfahren gehören:

Bearbeitung von additiven, gegossenen, geschmiedeten oder gefertigten Teilen
Fräsen, Drehen, Schleifen und Zahnradherstellung
Mehrspindelbearbeitung
Bearbeitung von Rohmaterial

Metallherstellung:

Die Metallherstellung umfasst im weitesten Sinne die Verfahren, die für die Formgebung, das Formen und die Montage von Metallwerkstoffen erforderlich sind, um eine Reihe von Produktkomponenten, Baugruppen und Produkten herzustellen. Bei diesem Produktionsverfahren werden Rohmetalle, Metalllegierungen oder Bleche verarbeitet. Zu den Prozessen gehören:

Stangen und Rohre
Strangpressen
Hart- und Weichumformung
Stanzen und GesenkschmiedenInnenhochdruckumformung von Blechen
Walzprofilieren von Blechen
Streckziehen von Blechen
Transferwerkzeug für Bleche

Formen (Gießen):

Bei der Herstellung wird ein halbflüssiges oder flüssiges Material durch Gießen oder Pressen in einen Formhohlraum geformt. Das Material kühlt ab, erstarrt oder härtet in der Form aus und nimmt die Form des Formhohlraums an. Weitere Informationen finden Sie unter den Definitionen für Gießen und Schmieden und Kunststoffherstellung auf dieser Seite. Zu den verschiedenen Arten des Gießens gehören:

Blasformen
Gießen
Formpressen
Spritzgießen
Rotationsgießen

Kunststoffe:

Bei der Kunststoffherstellung handelt es sich um einen multifunktionalen Prozess, bei dem Kunststoffprodukte und -komponenten aus synthetischen Polymermaterialien hergestellt werden. Zu den Standardverfahren bei der Kunststoffherstellung gehören:

Blasformen
Extrusion
Spritzgießen
Montagespritzguss
Montage-Kunststoffspritzgießen
Polymerisation (Polymerverfahren)
Reaktionsspritzgießen
Herstellung von Harzen
Rotationsgießen
Strukturelles Schaumspritzgießen
SMC-Pressformverfahren
Kunststoffplatten
Thermoformung

Wie sollten Sie das beste Herstellungsverfahren für Ihr Produkt ermitteln?

Berücksichtigen Sie diese Faktoren bei der Auswahl des für Ihr Unternehmen am besten geeigneten Herstellungsverfahrens.

Kosten: Schätzen Sie alle Kosten: Ausrüstung, Arbeit, Material und laufende Produktion. Vergleichen Sie die Herstellungskosten verschiedener Regionen und Lieferanten.
Ausrüstung: Bewerten Sie die technologischen Anforderungen und erwägen Sie Konstruktionsalternativen, um mögliche Einschränkungen bei den für die Produktion verfügbaren Maschinen/Fabriken zu berücksichtigen. Ermitteln Sie den Bedarf an neuen (oder maßgeschneiderten) Maschinen, Prozessen oder Qualifikationsanforderungen an die Mitarbeiter.
Materialauswahl: Bestimmen Sie geeignete Materialien für das Produkt auf der Grundlage von Materialverfügbarkeit, Leistung, Nachhaltigkeit, Kosten usw. Richten Sie die Stückliste auf einen geeigneten Fertigungsprozess aus.
Produktanforderungen: Berücksichtigen Sie Größe, Komplexität, Materialeigenschaften und einzigartige Merkmale.
Produktionsvolumen: Schätzen Sie das Produktionsvolumen (pro Produktionslauf und jährliches Volumen) und die Anforderung, die Produktion schnell zu skalieren.
Qualität: Wählen Sie einen Hersteller und den dazugehörigen Prozess, der die Einhaltung von Industriestandards unterstützt (z. B. ISO 13485 für medizinische Geräte).
Risiko: Identifizieren Sie potenzielle Faktoren wie Fertigungstechnologie, Materialverfügbarkeit, Lieferkettenprobleme, geopolitische Risiken und andere potenzielle Herausforderungen.
Auswirkungen auf die Nachhaltigkeit: Bewerten und vergleichen Sie die Umweltauswirkungen jedes potenziellen Prozesses (z. B. die CO2e-Auswirkungen der Herstellungszykluszeit und den Strommixfaktor).
Zeit bis zur Markteinführung: Planen Sie das Einführungsdatum und schätzen Sie die Opportunitätskosten von Verzögerungen. Wählen Sie dann einen Hersteller und Fertigungsprozesse aus, um Ihren Zeitplan für die Markteinführung einzuhalten.

Verwandter Begriff: Fertigungsprozessmodell