Die vielfältigen Herstellungsprozesse verstehen

Fast jedes Produkt, das wir täglich nutzen, vom Smartphone bis zum Auto, kann seinen Ursprung auf Herstellungsprozesse zurückführen. Diese Prozesse bestimmen nicht nur die Qualität und Produktionseffizienz von Produkten, sondern wirken sich auch direkt auf die Kostenkontrolle und die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen auf dem Markt aus. In diesem Artikel definieren wir Herstellungsprozesse und gehen auf ihre Kategorien und verschiedenen Methoden ein. Beginnen wir jetzt damit, ihre weitreichenden Auswirkungen zu erkunden!

Was ist ein Herstellungsprozess?

Bevor wir besprechen, was ein Herstellungsprozess beinhaltet, nehmen wir uns einen Moment Zeit, um einen Blick auf das Gesamtbild der Fertigung zu werfen. Bei der Fertigung handelt es sich um den Prozess der Umwandlung von Rohstoffen oder Komponenten in fertige Waren durch den Einsatz von Werkzeugen, Maschinen und Arbeitskräften.

Die Geschichte der Herstellung reicht bis in prähistorische Zeiten zurück, als der Mensch erstmals einfache Werkzeuge zum Schneiden, Zerkleinern und Formen von Materialien verwendete. Im Laufe der Zeit wuchsen mit der Weiterentwicklung der Zivilisationen auch die Komplexität und Verfeinerung der Herstellungstechniken. Die Industrielle Revolution markierte einen bedeutenden Wendepunkt, denn sie führte Dampfkraft, Mechanisierung und Massenproduktionsmethoden ein, die die Art und Weise, wie Waren hergestellt wurden, revolutionierten. Heutzutage sind Fertigungsprozesse stark automatisiert und mit fortschrittlichen Technologien wie Robotik, CNC-Bearbeitung (Computer Numerical Control) und 3D integriert Drucken.

Der Herstellungsprozess bezieht sich auf die spezifischen Methoden und die Abfolge von Vorgängen innerhalb der umfassenderen Fertigungstätigkeit zur Herstellung eines bestimmten Produkts. Es umfasst mehrere Phasen wie Design, Materialauswahl, Verarbeitung, Qualitätskontrolle und Endmontage. Jede Phase ist entscheidend für die Gestaltung der Gesamtleistung und des Lebenszyklus der Endprodukte.

Fünf Kategorien von Herstellungsprozessen

Abhängig von der Produktionsart und der Art der hergestellten Fertigwaren können Herstellungsprozesse in verschiedene Typen eingeteilt werden, von denen jeder seine eigenen Eigenschaften und Anwendungen hat. Im Allgemeinen gibt es fünf Kategorien von Herstellungsprozessen.

Lohnfertigung

Die Lohnfertigung ist ein hochflexibles Produktionsparadigma, das für Anforderungen mit geringen Stückzahlen und großer Vielfalt konzipiert ist. Das Unternehmen ist auf einzigartige, kundenspezifische Produkte spezialisiert, die häufig spezielle Werkzeuge und Rüstzeit erfordern. Angetrieben durch Kundenaufträge können Lohnfertiger sich schnell an unterschiedliche Produktionsanforderungen anpassen. Diese Flexibilität stellt jedoch eine Herausforderung für die Vorhersage von Arbeitsabläufen dar, da die Produktion mehrere, komplizierte und nichtlineare Vorgänge umfasst. Trotz dieser Komplexität ist die Lohnfertigung ideal für Branchen, die schwere Geräte, Maschinen oder Spezialgüter in kleinen Chargen oder Prototypen herstellen.

Diskrete Fertigung

Bei der diskreten Fertigung handelt es sich um die Herstellung eindeutiger, abzählbarer Produkte, die häufig aus einer Vielzahl einzelner Teile oder Komponenten zusammengesetzt werden. Bei dieser Art der Fertigung steht der Zusammenbau dieser Einzelteile zu fertigen Produkten im Mittelpunkt. Jedes Produkt, etwa ein Auto, ein Computer oder ein Gerät, ist einzigartig und kann während des gesamten Produktionsprozesses verfolgt werden. Die diskrete Fertigung umfasst vielfältige Vorgänge und ermöglicht oft ein hohes Maß an Individualisierung. Es wird häufig in Branchen wie der Automobil-, Elektronik- und Möbelindustrie eingesetzt.

Serienfertigung

Unter Serienfertigung versteht man die wiederholte Herstellung gleicher oder sehr ähnlicher Produkte über einen längeren Zeitraum. Bei diesem Ansatz liegt der Schwerpunkt auf der schnellen und identischen Produktion standardisierter Produkte in großen Mengen. Dedizierte Produktionslinien und automatisierte Montagemaschinen rationalisieren den Prozess und reduzieren den Bedarf an manueller Arbeit. Die Qualitätskontrolle ist von größter Bedeutung, um Konsistenz sicherzustellen und Fehler zu minimieren, wobei die Materialien kontinuierlich eine Reihe automatisierter Schritte durchlaufen. Dieses Verfahren ist äußerst effizient für die Herstellung von Automobilteilen, Leiterplatten und Prozessoren sowie für die Massenproduktion einheitlicher Lebensmittel und Getränke wie Flaschengetränke und Konserven.

Batch-Prozessfertigung

Bei der Batch-Prozessfertigung handelt es sich um eine Produktionsmethode, bei der Produkte in Gruppen oder Chargen und nicht in einem kontinuierlichen Produktionsstrom hergestellt werden. Ähnlich wie bei der Einzel- und Lohnfertigung passt die Batch-Prozessfertigung ihren Produktionsplan an Kundenaufträge oder Marktnachfrage an. Jede Charge durchläuft den gesamten Produktionsprozess, bevor mit der nächsten begonnen wird, was ein hohes Maß an Individualisierung und Flexibilität zwischen den Chargen ermöglicht. Beispielsweise werden in der Pharmaindustrie unterschiedliche Chargen von Medikamenten mit spezifischen Rezepturen und Dosierungen hergestellt. Nach jeder Charge wird die Ausrüstung gereinigt und für die nächste Charge vorbereitet, bei der es sich möglicherweise um ein anderes Medikament oder eine Variation des vorherigen handelt.

Kontinuierliche Prozessfertigung

Wie die Serienfertigung steigert auch diese Art der Prozessfertigung die Produktionseffizienz und Standardisierung. Bei der kontinuierlichen Fertigung fließen Rohstoffe kontinuierlich in ein Produktionssystem, während die fertigen Produkte am anderen Ende wieder austreten. Diese ununterbrochene Produktion wird typischerweise für Flüssigkeiten, Gase oder andere fließfähige Substanzen wie Chemikalien, Erdölprodukte sowie Lebensmittel und Getränke genutzt. Im Gegensatz dazu eignet sich die Serienfertigung für die Herstellung hochstandardisierter Produkte, bei denen es zu Pausen zwischen Produktionszyklen oder Chargen kommen kann.

Was sind die verschiedenen Herstellungsmethoden?

Innerhalb jeder Kategorie gibt es verschiedene Methoden und Techniken, mit denen die gewünschten Ergebnisse erzielt werden. Im folgenden Abschnitt werden wir sieben Haupttypen von Herstellungsmethoden und ihre Untertypen diskutieren.

1. Subtraktive Fertigung

Die subtraktive Fertigung ist ein vielseitiger Prozess, bei dem Material von einem massiven Block entfernt wird, um eine gewünschte Form zu erzeugen. Es ist für eine Vielzahl von Materialien anpassbar, darunter Metalle, Kunststoffe, Keramik und Verbundwerkstoffe. Moderne subtraktive Fertigungsprozesse werden durch CNC-Technologie automatisiert und gewährleisten eine schnelle und präzise Werkzeugherstellung für komplizierte Details und glatte Oberflächen. Unternehmen der Lohnfertigung und der diskreten Fertigung nutzen in großem Umfang subtraktive Verfahren für die Herstellung kundenspezifischer Teile und Komponenten.

Nachfolgend sind die gängigen subtraktiven Fertigungsverfahren aufgeführt:

• Drehen: Using a lathe, the workpiece rotates while a cutting tool removes material to create cylindrical parts.
• Mahlen: A rotating multi-point cutting tool moves across the workpiece to remove material, often to create complex shapes or contours.
• Bohren:A rotating drill bit is used to make a hole of circular cross-section into the solid material.
• Langweilig: Using a boring tool, an existing hole is enlarged and refined to achieve a precise diameter and improved alignment.
• Reiben:Typically performed after drilling or boring, a reamer with multiple cutting edges is used to slightly enlarge and smooth the existing hole, achieving a final precise diameter and high-quality surface finish.
• Schleifen: An abrasive wheel removes small amounts of material to achieve high-precision surfaces and fine finishes.
• Laserschneiden:Using a high-powered laser beam to cut through materials. It is precise and can cut complex shapes with a fine surface finish.
• Funkenerosion (EDM): A non-traditional machining process that uses electrical sparks to erode material from the workpiece, useful for hard or electrically conductive materials.
• Wasserstrahlschneiden: Using a high-pressure jet of water, sometimes mixed with abrasive particles, to cut through materials without generating heat.

2. Beitritt

Beim Fügen werden zwei oder mehr Materialstücke dauerhaft oder semipermanent zu einer Baugruppe verbunden. Diese Technik wird häufig bei der Herstellung komplexer Produkte eingesetzt, deren direkte Herstellung oft nicht praktikabel ist. Durch die Herstellung mehrerer einfacherer Komponenten und deren anschließendes Zusammenfügen können die Produktionskosten für komplexe Teile gesenkt werden. Darüber hinaus ermöglichen Fügeprozesse den Austausch fehlerhafter Komponenten, ohne dass das gesamte Produkt entsorgt werden muss. Einige Beispiele für Fügeverfahren sind:

• Schweißen: A process that fuses materials by applying heat, pressure, or both, together with the addition of a filler material to form a strong joint upon cooling.
• Hartlöten:A joining method where a filler metal with a melting point higher than that of soldering but lower than the base materials is melted and flowed into the joint by capillary action.
• Löten: Similar to brazing, but performed at lower temperatures. A filler metal (solder) is melted and drawn into the joint between closely fitted parts.
• Klebeverbindung:A process where an adhesive material is applied between the surfaces to be joined, creating a bond upon curing.
• Mechanische Montage: Connecting components using fasteners such as bolts, nuts, rivets, or screws.
• Presspassung (Presspassung):A method where parts are joined by forcefully pressing them together, creating a tight fit due to the interference between the parts.
• Andere:Such as clinching and crimping, which are specialized joining techniques.

3. Formen

Umformen ist ein Herstellungsprozess, bei dem die Form eines Materials, typischerweise Metall, durch mechanische Kräfte verändert wird, ohne dass Material hinzugefügt oder entfernt wird. Dieser Prozess basiert auf der plastischen Verformung des Materials, was zu minimalem Materialabfall führt. Die verschiedenen Arten von Herstellungsprozessen beim Umformen sind:

• Schmieden:A metalworking process where metal is shaped by applying compressive forces. The metal is typically heated to a high temperature to make it more malleable before being hammered, pressed, or rolled into the desired shape. Forging produces strong and durable parts due to the refinement of the grain structure and the elimination of internal voids.
• Stempeln:Involving sandwiching a flat sheet of metal(either in coil or blank form) between a punch and a die, then applying force via a press to deform the metal into the die's cavity shape. Stamping can be performed in a single stroke or through a series of operations known as progressive stamping. It is widely used in various industries, particularly for high-volume production of components where precision and consistency are critical.
• Biegen: Involving deforming a material, typically metal, along a straight axis to create an angular shape or a curve. The process does not remove material but rather changes its geometry by applying force, causing the material to plastically deform and hold the new shape. This can be done using tools and machines like press brakes, roll benders, or hand brakes. In press brakes, for example, the workpiece is clamped between two dies, and a ram applies pressure to the top die, bending the material to the desired angle.
• Rollen:A fundamental and cost-effective manufacturing process that involves passing metal stock through one or more pairs of rolls to reduce thickness, ensure uniformity, or impart desired mechanical properties. It can be conducted at room or elevated temperatures (cold rolling or hot rolling), depending on the material and desired properties of the final product. Rolling is commonly used to produce flat sheets, strips, plates, beams, and other structural components.
• Extrusion: A versatile and efficient forming process where material is forced through a die to create objects with a fixed cross-sectional profile. The material, which can be metal, plastic, ceramic, or food, is typically heated and then pushed or drawn through the die, taking the shape of the die opening.

4. Casting

Beim Gießen wird flüssiges Metall in einen Formhohlraum gegossen, um einen festen Gegenstand mit einer bestimmten Form zu erzeugen. Sobald das Metall abgekühlt und erstarrt ist, wird die Form entfernt, wodurch das Gussteil zum Vorschein kommt. Das Gießen umfasst eine Vielzahl von Prozessen und seine Klassifizierung umfasst die folgenden:

• Sandguss: Using sand as the mold material to produce castings. It produces castings in sand molds. This is a low-cost method with flexibility in material choices but has lower dimensional accuracy and a coarser surface finish compared to other casting methods, requiring significant finishing work.
• Feinguss (Wachsausschmelzverfahren):Using a wax pattern coated with ceramic to create precise and intricate parts. It is known for its excellent surface finish and high dimensional accuracy. However, it has size limitations on parts and is a high-cost process due to its labor-intensive nature.
• Schleuderguss:Involving pouring molten metal into a rotating mold. The centrifugal force distributes the metal evenly around the mold cavity, resulting in high-quality, dense cylindrical parts with a fine grain structure.
• Druckguss: Involving forcing molten metal under high pressure into a precision metal mold cavity, where it cools and solidifies into a casting. Known for fast production cycles, it excels in high-volume manufacturing of intricate parts. However, the initial mold cost is substantial, and it's primarily suited for low-melting-point metals like aluminum, zinc, magnesium, and copper.
• Kokillenguss (Kokillenguss): Involving pouring molten metal into a reusable metal mold under gravity, which is then cooled naturally or by using a cooling medium. While it has a slower production speed, this casting method can accommodate a wider range of metals and alloys, including some high-melting-point materials.
• Strangguss: A process where molten metal is continuously poured into a mold, solidified, and then extracted in an ongoing flow. It is highly efficient and is commonly used to produce long metal sections such as beams, rods, and slabs.
• Schalenformung: An advanced casting method using resin-coated sand to form a mold shell around a heated pattern, creating precise and complex parts. It is known for its good surface finish and high dimensional accuracy, suitable for gears, valves, and small to medium-sized castings in industries such as automotive, aerospace, and machinery manufacturing.

Es gibt andere Gießverfahren wie Vakuumdruckguss, Niederdruckguss, Schaumausschmelzguss usw. Sie werden mit ihren einzigartigen Vorteilen auch in verschiedenen Branchen eingesetzt, um spezifische Produktionsanforderungen zu erfüllen.

5. Formen

Das Formen ähnelt dem Gießverfahren, das Formen wird jedoch häufiger mit Kunststoffen in Verbindung gebracht, während beim Gießen hauptsächlich Metalle verarbeitet werden. Beim Formen wird geschmolzenes Material in eine Form gegossen, um es in die gewünschte Form zu verfestigen. Obwohl die Herstellung von Formen kostspielig und zeitaufwändig ist, eignet sich das Verfahren ideal für die Massenproduktion von Teilen mit präzisen Abmessungen und guter Oberflächengüte. Die Wiederverwendbarkeit von Formen senkt auch die Produktionskosten. Zu den gängigen Formverfahren gehören:

• Spritzguss:A highly versatile process for producing plastic parts. It involves injecting molten plastic into a closed mold cavity under high pressure. Once the plastic cools and solidifies, the mold is opened, and the part is ejected. This method offers high production rates, excellent repeatability, and the ability to produce complex shapes with fine details, making it a cost-effective solution for many industries.
• Formpressen: It involves placing a pre-measured amount of molding material into an open mold cavity. The mold is then closed, and pressure is applied to shape and cure the material. This method is suited for materials with low flow characteristics and is ideal for producing high-strength, high-density parts that are large, flat, or moderately curved.
• Blasformen:A process used to create hollow plastic parts by inflating a heated plastic tube (parison) until it fills the mold cavity. It is efficient for high-volume production of hollow plastic parts such as bottles, containers, and pipes, and is relatively low-cost.
• Rotationsformen:A process used to create hollow plastic products of various sizes and shapes. It involves filling a heated mold with plastic resin and slowly rotating it around two perpendicular axes. The resin melts and coats the interior of the mold, forming a hollow part. This method has low tooling costs and the ability to produce large, complex parts with smooth interior surfaces, thick walls, and minimal assembly requirements. It is particularly suitable for low-volume production runs and custom designs.
• Thermoformen (Heißluftformen oder Vakuumformen):A plastic forming process that utilizes heat and pressure to shape a plastic sheet into a desired three-dimensional form. This method offers low tooling costs, quick production cycles, and flexibility in design and material choices. It is commonly used for packaging, disposable cups, trays, lids, and other lightweight plastic products.

6. Additive Fertigung

Additive Fertigung (AM), allgemein bekannt als 3D-Druck, ist ein Prozess, bei dem Objekte durch schichtweises Hinzufügen von Material auf der Grundlage digitaler Modelle hergestellt werden. AM arbeitet mit Materialien, die durch Wärme formbar sind, darunter Metalle und bestimmte Kunststoffe, was ein hohes Maß an Individualisierung, komplexe Geometrien und reduzierten Materialabfall ermöglicht. Die häufigsten Arten von additiven Fertigungsverfahren sind wie folgt:

• Selektives Lasersintern (SLS): Using a laser to fuse powdered material into solid parts, ideal for producing functional prototypes and complex end-use parts. SLS is commonly used in aerospace and automotive industries, utilizing materials like nylon and other thermoplastics.
• Digitale Lichtverarbeitung (DLP):Using a digital light projector to cure resin layers in a single flash, speeding up the printing process while maintaining high detail and precision. DLP is ideal for applications requiring fine details and smooth surfaces, such as dental models, jewelry, and detailed miniatures.
• Selektives Laserschmelzen (SLM): An advanced additive manufacturing process using a high-powered laser to fully melt and fuse metallic powder particles, creating dense and strong metal components. SLM is widely used in aerospace, automotive, and medical industries for high-performance parts made from materials like titanium, aluminum, and stainless steel.

7. Oberflächenbehandlungsprozesse

Bei der Oberflächenbehandlung werden verschiedene Techniken auf die Oberfläche eines Materials angewendet, um dessen Eigenschaften wie Aussehen, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Haftung zu verbessern. Diese Behandlungen können mechanisch, chemisch oder elektrochemisch sein. Zu den gängigen Arten der Oberflächenbehandlung gehören Perlenstrahlen, Polieren, Pulverbeschichten, Galvanisieren und Eloxieren.

Drei Arten von Fertigungsstrategien

Basierend auf der Kundennachfrage und den Produktionsprozessen gibt es drei Fertigungsstrategien, die üblicherweise in der Fertigung und im Lieferkettenmanagement eingesetzt werden:

Lagerfertigung (MTS)

Beim Make-to-Stock-Ansatz (MTS) produziert ein Hersteller Waren in Erwartung der zukünftigen Nachfrage auf der Grundlage vergangener Verkaufsdaten, Markttrends und Prognosen. Die Produkte werden hergestellt, montiert und in Lagern gelagert, bevor konkrete Kundenbestellungen eingehen.

Diese Methode ermöglicht eine schnelle Erfüllung von Kundenaufträgen, da die Produkte bereits verfügbar und versandbereit sind. Es minimiert die Vorlaufzeiten und erhöht die Kundenzufriedenheit durch sofortige Verfügbarkeit. Allerdings birgt es auch das Risiko von Überbeständen, wenn die Nachfrageprognosen ungenau sind.

Auftragsfertigung (MTO)

Bei der Make-to-Order-Strategie (MTO) wird der Produktionsprozess erst eingeleitet, nachdem ein Kunde eine Bestellung aufgegeben hat. Hersteller unterhalten ein flexibles Produktionssystem, das in der Lage ist, sich an wechselnde Aufträge anzupassen, oft auch mit kürzeren Produktionsläufen.

Während MTO die Lagerkosten und das Risiko der Veralterung senkt, führt es in der Regel zu längeren Vorlaufzeiten, da die Produktion für jede Bestellung von vorne beginnt. Diese Methode ist ideal für Produkte mit geringem Nachfragevolumen oder hohem Individualisierungsgrad.

Make-to-Assemble (MTA)

Make to Assemble (MTA), auch bekannt als Assemble to Order (ATO), ist ein hybrider Ansatz, der Elemente von MTS und MTO kombiniert. Bei diesem Modell produzieren und lagern Hersteller Komponenten oder Unterbaugruppen vor, die nach Eingang der Kundenbestellungen schnell zu Endprodukten zusammengebaut werden können.

Diese Strategie ermöglicht bis zu einem gewissen Grad eine individuelle Anpassung bei gleichzeitig kürzeren Vorlaufzeiten im Vergleich zum vollständigen MTO. MTA reduziert den Bedarf an umfangreichen Anpassungen während des Produktionsprozesses und macht ihn effizienter und kostengünstiger. Es stellt außerdem sicher, dass nur die notwendigen Komponenten hergestellt werden, wodurch Abfall und Überbestände minimiert werden. MTA eignet sich besonders für Produkte mit einer Mischung aus Standard- und anpassbaren Funktionen.

Abschluss

Hinsichtlich der Arten von Herstellungsprozessen ist es offensichtlich, dass es eine Vielzahl von Methoden gibt, die auf bestimmte Branchen, Produkte und Produktionsziele zugeschnitten sind. Die Diskussion über Herstellungsmethoden hat wichtige Aspekte hervorgehoben, die Ihnen helfen können, Effizienz, Kosteneffizienz und Qualität Ihrer Produkte zu erreichen. Bei Chiggo sind wir stolz auf unser Fachwissen in der CNC-Bearbeitung und Blechherstellung. Darüber hinaus bieten wir 3D-Druck- und Spritzgussdienstleistungen an und bieten umfassende, auf Ihre Bedürfnisse zugeschnittene Lösungen. Kontaktieren Sie uns, wenn Sie Fragen haben!