Fertigungstechnik Hersteller

Fertigungstechnik ist die technisch-wissenschaftliche Herstellung von Bauteilen aus Rohstoffen und Halbzeugen, basierend auf Produktionstechnik, Maschinenbau und Engineering. Sie richtet Prozesse, Betriebsmittel und Werkzeuge auf Qualitäts-, Kosten- und Zeitziele aus und trägt die industrielle Wertschöpfung von Automobilindustrie bis Halbleiterindustrie.

Grundlagen und Definition

Als angewandte Wissenschaft verbindet sie Werkstoffkunde, Digitalisierung und Steuerungstechnik. Im Fokus stehen Bearbeitung, Formgebung, Fügen, Beschichten und das Ändern von Stoffeigenschaften sowie die Beherrschung von Toleranzen, Oberflächen und Zykluszeit.

Abgrenzung zur Produktionstechnik

Produktionstechnik integriert Fabrikplanung, Logistik und Betriebswissenschaft, während die Fertigung die technische Umsetzung am Werkstück verantwortet. In der Modellfabrik verzahnen sich Fertigungsplanung und Produktionslogistik, was kurze Materialflüsse und geringe Stillstandzeiten ermöglicht.

Rolle von Werkzeugmaschinen und Werkzeugen

Die Werkzeugmaschine bestimmt Präzision, Zykluszeit und Leistung. Mikrometergenaue Führungen, stabile Aufspannung und geeignete Werkzeuge legen Toleranzen und Oberflächen fest. Schleifmaschine, Drehmaschine und Fräszentrum erhöhen Kapazität und Achsdynamik. Messgerät und Instrument sichern die Ergebnisse.

Klassifikation nach DIN 8580

• Urformen: Formgebung aus formlosen Stoff. Gießen, Sintern oder Binder-Jetting erzeugen neuen Werkstoffzusammenhalt.
• Umformen: Geometrieänderung bei gleicher Masse. Biegen, Tiefziehen oder Innenhochdruckformen mit Wirkmedium.
• Trennen: Spanen, Schneiden, Schleifen. Der Werkstoffzusammenhalt wird gezielt verringert.
• Fügen: Schweißverfahren wie Pressschweißen, Kleben oder Schrauben. Schweißbarkeit und Wärmeeinfluss steuern die Nahtqualität.
• Beschichten: Galvanisieren, Lackieren oder thermisches Spritzen. Eigenschaften der Randzone werden eingestellt.
• Stoffeigenschaften ändern: Härten, Anlassen, Glühen. Gefüge und Festigkeit werden angepasst.

Technische Anforderungen und Leistungsmerkmale

Toleranzen, Oberflächen und Messung

ISO 2768-1 definiert allgemeine Maßtoleranzen. Bei spanender Bearbeitung sind bei mittlerer Genauigkeit bis ±0,3 mm für 30–120 mm typisch. DIN EN ISO 4287 beschreibt Rauheitskennwerte. Feinstbearbeitung erreicht Rz 1,6 µm, Läppen bis Rz 0,4 µm. Metallanalyse, kalibrierte Messgeräte und dokumentierte Signalanalyse stützen den Nachweis.

OEE, Zykluszeit und Fallbeispiel

Die Overall Equipment Effectiveness bündelt Verfügbarkeit, Leistungsgrad und Qualitätsrate. Zielwerte liegen über 85%. In einer schleifbasierten Linie senkte verbesserte Aufspannung die Zykluszeit um 12%, steigerte die OEE auf 88% und reduzierte Ausschuss, gemessen mit SPC und mikrometerbasierten Stichproben.

Automatisierung und Dynamik

High-End-CNC-Zentren erreichen Positioniergenauigkeiten unter 10 µm und Wiederholgenauigkeiten unter 5 µm. Eilgang bis 90 m/min und hohe Achsgeschwindigkeit beschleunigen Stückgüter. Roboter, Palettiersysteme und Assistenzfunktionen stabilisieren Abläufe und reduzieren Stillstand.

Digitalisierung und Technologien

Vernetzte Systeme und Planung

Industrie-4.0-Konzepte koppeln cyber-physische Systeme mit künstlicher Intelligenz. Diese optimiert Rüstfolgen, Assistenzsysteme führen Werker durch Lerninhalte und Sicherheitsprotokolle. Digitale Fertigungsplanung verknüpft Materialfluss, Massenfertigung und flexibel eingeplantes Stückgut.

Additive Verfahren und Laser

Additive Prozesse erzeugen komplexe Geometrien schichtweise. Die Lasertechnik treibt selektives Laserschmelzen. In der Zerspanungstechnik rauen Hybridmaschinen Klebeflächen per Laser auf. Bei Schweißverfahren verbessert Strahlführung die Nahtqualität bei kritischer Schweißbarkeit.

Ressourceneinsatz und Kreislauf

Neue Anlagen senken den spezifischen Energieverbrauch je Bauteil um 20–30%. Kreislaufführung von Kühlschmierstoffen und Rückführung ungenutzter Pulver sind vorteilhaft. Stahlanwendungen profitieren von temperaturgeführter Wärmebehandlung, während die Stahlforschung Leichtbaulegierungen für Mobilität adressiert.

Auswahl und Wirtschaftlichkeit

Material, Geometrie und Stückzahl

Additive Prozesse eignen sich für komplexe Kleinserien. Bei hohen Losgrößen liefern Fräsen und Drehen reproduzierbare Oberflächenqualität. Umformen deckt dünnwandige Metallteile ab, Hydroumformen nutzt ein Wirkmedium für radikale Geometrien. Elektronik- und Halbleiterindustrie verlangen partikelarme Bearbeitung.

• Werkstoffwahl: Metall, Keramik oder Polymere aus Kunststofftechnik beeinflussen Kühlung, Werkzeug und Schnittwerte.
• Geometrie: Freiformflächen, Hohlräume oder Artefakt-ähnliche Strukturen verlangen CAM-Strategien und stabile Aufspannung.
• Stückzahl: Einzelteil bis Serie. Rüstzeit, Zykluszeit und Automatisierungsgrad definieren die Route.
• Nachweis: Messgerät, Instrumentenkalibrierung und Dokumentation sichern die Prozessnachweise.

TCO und Amortisation

Total Cost of Ownership umfasst Energie, Wartung, Verschleißteile, Personalkosten und Stillstand. Die TCO-Berechnung verknüpft OEE-Daten mit Instandhaltungsplänen und Lieferkettenrisiken, etwa bei Pulverversorgung durch Metallhändler oder Versicherung technischer Ausfälle.

Forschung, Ausbildung und Branchen

Wissenschaft und Netzwerke

Hochschulen und Forschungsvereinigungen bearbeiten Werkzeugmaschinen-, Mobilitätstechnologie- und Stahlanwendungen. Forschungsnetzwerke nutzen KI und datenbasierte Signalanalyse zur Prozessüberwachung und vergleichen Vergangenheit, Status quo und Potenzial.

Studium, Qualifikation und Verwaltung

Studiengänge in Produktionstechnik, Elektrotechnik und Zerspanungstechnik-nahem Design vermitteln Studien- und Lerninhalte sowie Praxis. Lehrstuhlleitung und Sekretariat koordinieren Modulnote, Anrechnungsmöglichkeit und Richtungswechsel. Bildungscheck, Zuschuss und Förderhinweis unterstützen Ausbildung. Versicherungspflichten im Praktikum sind mit dem Arbeitgeber zu klären.

Fachpersonal nutzt Aufstiegspfade zwischen Fertigungsplanung, Fabrikplanung und Qualitätswesen. Weiterempfehlung basiert auf belegbaren Ergebnissen. Das Leitbild moderner Betriebe verknüpft Nachhaltigkeit, Arbeitssicherheit und Mobilität im gesellschaftlichen Kontext.

Unternehmen und Anwendungsfelder

DMG MORI, TRUMPF, Siemens, FANUC, KUKA, Bystronic, Chiron, Heller, Mazak, EMAG, Schuler, GROB, Bosch Rexroth, Carl Zeiss und GF Machining Solutions prägen Markt und Technologiepfade. Anwendungen reichen von Massenfertigung mechanischer Komponenten bis zu Elektronik-Gehäusen und hochreinen Strukturen in der Halbleiterindustrie.

Praxisbeispiel additiv-spanend: Ein Hybridprozess kombiniert Laservorbeschichten und Präzisionsfräsen. Dadurch verkürzt sich die nachfolgende Bearbeitung um 18% bei konstanter Oberflächenqualität. Achsgeschwindigkeit und gezielte Bahnplanung erhöhen die Verarbeitungsleistung ohne neue Betriebsmittel.

Abschließend ordnen Werkzeugmaschine und Prozesswissen die Kette vom Metall über Kunststofftechnik bis zur Endmontage. Kernthese: Präzise Daten, robuste Prozesse und interdisziplinäre Zusammenarbeit schließen die Lücke zwischen Werkbank und Modellfabrik, vom Pressschweißen bis zur Laserbearbeitung.