UNITED GRINDING Group · 07.11.2018 Dr. Michael Cloots / mobility-forum.org 2 Additive Manufacturing: Ein Begriff, viele Möglichkeiten Allgemeines zu Additive Manufacturing

Additive Manufacturing Ein Begriff, viele Möglichkeitenmobility-forum.org Bern, 7.November 2018

07.11.2018 Dr. Michael Cloots / mobility-forum.org 2

Additive Manufacturing: Ein Begriff, viele Möglichkeiten

Allgemeines zu Additive Manufacturing

Motivation: Warum Additive Manufacturing?

Anstehende Herausforderungen

Additive Fertigung oder 3D-Drucken ist die schichtweise Herstellung eines dreidimensionalen Gebildes aus einem digitalen Model

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Prinzipielle Funktionsweise von additiven Verfahren

07.11.2018 Dr. Michael Cloots / mobility-forum.org

Aufbringen einer Materialschicht Aushärten oder Verfestigen des Materials Aufbringen der nächsten Schicht …

Additive Manufacturing – Historie (Prozess und Maschine)

Electron Beam melting

Laser Metal Depositioning

Binder Jetting

Selective Laser Sintering/Melting

Fused Deposition Modelling

Laminated Object Modelling

Stereolithography Kommerzialisierung / MaschinenverkaufPatentantrag / Unternehmensgründung

Technologien

1965 1975 1985 1995 2005 20151970 1980 1990 2000 2010 2020

1965 1975 1985 1995 2005 20151970 1980 1990 2000 2010 2020

MIT erklärt AM Technologie als bahnbrechendOPM erhält Freigabe durch FDA für 3D-gedruckte Gesichtsimplantate

Erhöhte Produktivität durch automatisierte Mehrstrahlsystem

Meilensteine (Auswahl)

FAA erteilt GE Zulassung für erste ‚fliegende‘ Turbinenkomponente

Quelle: Wohlers, Roland Berger, BMC

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TechnologischerAuslöser

Gartner Hype Cycle

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Entwicklungsstand Additive Manufacturing (AM)

Sich

tbar

keit

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mun

g

Reifegrad/Zeit

Metall

Kunststoff


Umsatzentwicklung und -erwartungen des Primärmarktes für AM-Technologie

6

Additive Manufacturing stellt mit seinen jährlichen Wachstumsraten «fast» einen fertigungstechnologischen Megatrend für sich dar.

1.7 2.4 3.14.4

5.77.0

9.812.5

16.8

21.0

0

5

10

15

20

25

2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

Um

satz

wel

twei

t AM

-Pr

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en

US-

Dol

lar

AM-Systementwicklung

Quelle: Wohlers Report


7





8

Vergleich additiver mit konventionellen Fertigungstechnologien

Motivation zur Anwendung von AM

Kost

en

Anzahl Bauteile

konventionelleFertigungstechnologie

AM-Technologien

Kost

en

Anzahl Bauteile

konventionelleFertigungstechnologie

AM-Technologien


9

Hier am Beispiel von SLM-Lösungen

Motivation zur Anwendung von AM

FunktionsintegrationWerkzeuglose Fertigung

Leichtbau

Kleinserienfertigung

Quelle: Siemens, EOS GmbH, ZHAW, GE

Ersatzteilekundenindividuelle

Produkte


Complexity for free keine Skaleneffekte

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LED system by Atlighting, Denmark

AM Beispiele

konventioneller LED-Strahler

AdditiveLösung


11

LED system by Atlighting, Denmark

AM Beispiele

konventioneller LED-Strahler

AdditiveLösung


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GE: AM gefertigte Einspritzdüse für Leap A1 Flugzeugtriebwerk

AM Beispiele

Vorteil Integration von 20 Einzelbauteilen auf 2 Komponenten 5 mal Verschleissbeständiger 33 % leichter Optimiertes Design trägt zu geringerem Treibstoffverbrauch bei

Produktion GE investierte US-$ 50 Million in AM-Technologie für ein neues AM-Werk in

Auburn, Alabama, USA

2014: Produktionsbeginn 2017: 30’000 Einspritzdüsen pro Jahr 2020: 100’000 Einspritzdüsen pro Jahr


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Spritzgusswerkzeug in Hybridbauweise mit konturnaher Kühlung

AM Beispiele

konventionell gefertigtes Bauteil

aufgesetzter AM-Bau fertiges Bauteil

Adapterplatte(1.2709)

finished part (turned andmilled)

Spritzgusswerkzeug1.4404


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Spritzgusswerkzeug in Hybridbauweise mit konturnaher Kühlung

AM Beispiele

Vorteile beim Spritzgusswerkzeug

Bisherige Zykluszeit: 55 s

Zykluszeit mit AM-Lösung: 22 s

Adapterplatte(1.2709)

finished part (turned andmilled)

Spritzgusswerkzeug1.4404


15

Additive Manufacturing: Ein Begriff, viele Möglichkeiten





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Herausforderungen

50 µm

Anbindungsfehler

Heissrisse

50 µm

elliptisch


50 µm

Anbindungsfehler

Heissrisse

50 µm

elliptisch

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Ziel: Qualität und Produktivität

Einflussfaktoren beim Additive Manufacturing

Qualität & Produktivität

AdditiveManufacturing

Mensch Maschine (Pulver-)Material

Normierung


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Der Bediener beeinflusst die resultierende Qualität signifikant

Einflussfaktor Mensch


0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

BedienerMaterialMaschine

SubtraktiveVerfahren

unkonventionelleFertigungsverfahren


Reduktion menschl. Einflusses …AVOR Simulation

Bauteilorientierung Bauteilposition Belichtungsstrategie

Maschine Laserkalibration Verbesserte Scannertechnologie Closed-loop LösungenAdditive

Manufacturing


Normierung


Quelle: Prof. Gideon N. Levy

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Software unterstützt bei der Findung der idealen Lösung

Einflussfaktor Mensch




Normierung

obligatorisch Wärmebehandlung Bauteilabtrennung Supportentfernung Evtl. HIPen

Datenerzeugung Reverse Eng.

CAD-Systeme

Design for AM

Topologieopt.

Datenvorbereitung Bauteilpositionier. Bauteilorientierung Supportstrukturen Parameter-

zuweisung

PostprocessingPreprocessing SLM Prozess

3D-Daten +

PulverBauteil

Schmelzprozess Erstarrungs-

vorgänge Scanrichtung Multilaser


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AM unterliegt logistischen Herausforderungen

Einflussfaktor Maschine




Normierung

Pulverbereitstellen

Pulveraufbereiten

Bauteilabtrennen

Pulver-extraktion

Bauplatteaufbereiten

Bauplatte(n)-kreislauf

Pulver-kreislauf

Bauplatte entfernen

SLM-Prozess

Bauplattebereitstellen

SLM-Bauteil(e)

Post-processing


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Normierung

Prod

uktiv

ität

Automatisierungsgrad

Produktivitätszuwachs durch mehr Automation


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Qualität durch Prozessregelung





Normierung

Steuerkartez.B. SP-ICE 3

Controller Actuator

Laser, Scankopf, u.a.

Process

SchmelzpoolBaufeld

Störungen d(t)

EingangR(t)

Messbar c(t)thermischeStrahlung,Schall

Sensoren

Signal-verarbeitung

Maschinensensorik Optische Tomographie (off-axis) Quotientenpyrometer (on-axis) Photodioden (on-axis) Hyperspektralkameras (off-axis) u.v.m.


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Chemische Einflüsse beim Grundmaterial Pulver wirken sich unmittelbar auf die resultierende Bauteilqualität aus

Einflussfaktor Material




Normierung

SLM-Mikrostrukturen

erstellt mit getrocknetem Pulver erstellt mit feuchtem Pulver

Quelle: Fraunhofer, D.Buchbinder

Beispiel: Feuchtigkeitsgehalt in Al-Pulver führt zu Wasserstoffporosität

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Basis: Standardisierung gibt Sicherheit




Normierung

ISO und ASTM erarbeiten und veröffentlichen bereits seit 2011 partnerschaftliche Normen für die additive Fertigung

Oktober 2016 haben ISO und ASTM International die «Additive Manufacturing Standards Development Structure» veröffentlicht. Eine Reaktion auf den steigenden Bedarf nach technischenRegelsetzungen im schnell wachsenden Feld der additivenFertigung gerecht werden

beispielhafte Ziele: Untergliederung der Additiven Fertigung, einheitlicheTerminologien

Link: https://www.iso.org/news/2016/10/Ref2124.html


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Vielen Dank…

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