Gründung eines Fraunhofer Instituts in Augsburg

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1 Material- und Prozessentwicklung aktiv vorantreiben: 2. Augsburger Technologietransfer-Kongress Wettbewerbsvorteile für Ihr Unternehmen durch Effizienz, Innovation und Qualität Dr.-Ing. JOHANNES SCHILP (iwb Anwenderzentrum Augsburg) Dr.-Ing. DANIEL GÜNTHER (voxeljet technology GmbH) Gliederung 1. Vorstellung iwb Anwenderzentrum Augsburg 2. Additive Fertigung- ein Einblick 3. Vorstellung voxeljet technology GmbH 4. 3D-Drucken- vom Prototypenbau zur Serienfertigung 5. Schlusswort iwb Seite 2

2 Vorstellung iwb Anwenderzentrum Augsburg iwb Anwenderzentrum Augsburg Anwendungsnahe Forschung und Technologietransfer Nürnberg Ressourceneffiziente Mechatronische Verarbeitungsmaschinen München iwb Garching Forschung und Lehre auf dem Gebiet der Produktionstechnik iwb Seite 3 Vorstellung iwb Anwenderzentrum Augsburg Gründung eines Fraunhofer Instituts in Augsburg Zusammenführung ab geplant Fraunhofer Projektgruppe Projektgruppenphase RMV Projektgruppenphase iwb Seite 4 Stufe 7 Förderstufe 8 Förderstufe 7 Förderstufen 1-6

3 Vorstellung iwb Anwenderzentrum Augsburg Hauptaufgaben Erarbeitung von produktionstechnischem Wissen durch anwendernahe Forschung Technologietransfer für Unternehmen in Bayern Seit 1991 unterstützt durch: Bezug des Standorts: 1994 iwb Seite 5 Vorstellung iwb Anwenderzentrum Augsburg Kompetenz in den Geschäftsfeldern Betriebsorganisation Effizienzsteigerung durch schlanke Produktionsstrukturen iwb Forschung iwb Beratung Montagetechnik iwb Umsetzung iwb Training Wirtschaftliche Automatisierung durch Mechatronik Fertigungstechnik Technologieführerschaft durch innovative Fertigung Digitale Fabrik Intelligente Lösungen durch digitale Modelle iwb Seite 6

4 Gliederung 1. Vorstellung iwb Anwenderzentrum Augsburg 2. Additive Fertigung- ein Einblick 3. Vorstellung voxeljet technology GmbH 4. 3D-Drucken- vom Prototypenbau zur Serienfertigung 5. Schlusswort iwb Seite 7 Additive Fertigung- ein Einblick Grundlagen der additiven Fertigung 3D-CAD-Modellierung Erstellung STL-Datei Supportgenerierung und Slice-Prozess Quelle: SLM-Solutions GmbH Bauprozessvorbereitung Schichtauftrag Bauteil Quelle: Quelle: DMU / Thermische und mechanische Nachbearbeitung Wiederholende Schichterzeugung Bauteilplattform um eine Schichtdicke absenken Verfestigung der Schicht iwb Seite 8

5 Additive Fertigung- ein Einblick Maschinenpark im AMLab - Metall Concept Laser M1 Cusing Laserleistung: 200 W 150 x 150 x 250 mm Werkstoffe: Inconel 718, , , WC EOSINT M270 Xtended Laserleistung: 200 W 250 x 250 x 250 mm Werkstoffe: Inconel 718, Titan MTT SLM 250HL Laserleistung: 400 W 250 x 250 x 350 mm Werkstoffe: AlSi12, TiAl6V4, , 16MnCr5, AlSi10Mg EBM Strahlleistung max. 10 kw Bauraumgröße variabel Werkstoffe: hochschmelzende Legierungen iwb Seite 9 Additive Fertigung- ein Einblick Maschinenpark im AMLab - Kunststoff voxeljet VTS128 Schichtdicken: µm 110 x 250 x 95 mm Werkstoffe: PMMA FORMIGA P100 Laserleistung: max. 30 W 200 x 250 x 330 mm Werkstoffe: Alumide, PA2200, etc. Stratasys µprint SE Plus Schichtdicken: min. 254 µm 203 x 203 x 152 mm Werkstoffe: ABSplus iwb Seite 10

6 Additive Fertigung- ein Einblick Vor- und Nachteile der additiven Fertigung Vorteile Herstellung von komplexen Bauteilen Vergleichsweise kurze Fertigungszeit Herstellungsdauer und Wirtschaftlichkeit von geometrischer Komplexität unabhängig Verbrauchsmaterial nahezu vollständig wiederverwendbar Nachteile Verfahrenstypische Geometrieabweichungen (Treppenstufen, Verzug etc.) Nachbearbeitungsschritte notwendig Know-How für Bauteilvorbereitung notwendig Hohe Kosten bei Baujobabbruch Möglichkeit zur Funktionsintegration (Schalter etc.) iwb Seite 11 Additive Fertigung- ein Einblick Forschungsbereiche am iwb Anwenderzentrum Augsburg - Metall Hartmetallbeschichtung Entwicklung eines neuen Auftragsmechanismus Multimaterialverarbeitung (Stahl und Hartmetall) Stahl 5 mm Hartmetall Multimaterialbauteil, Quelle: iwb Prozessoptimierung des Laserstrahlschmelzens zur Herstellung von Turbinenbauteilen Optimierung der Belichtungs- und Bauraumparameter Untersuchung der Oberflächeneigenschaften und Bauteilrandzonen In-Prozess Überwachungsstrategien zur Erkennung von Unregelmäßigkeiten Delamination bei unterschiedlichen Belichtungsstrategien, Quelle: iwb Simulationsgestützte Qualifikation additiver Fertigungsverfahren für die Luftfahrt Unterstützung bei der Prozessauslegung Vertiefung des Prozessverständnisses Abstrahierte Turbinenschaufelgeometrie Quelle: iwb iwb Seite 12

7 Additive Fertigung- ein Einblick Forschungsbereiche am iwb Anwenderzentrum Augsburg - Kunststoff Maschinenspezifische Optimierung der Bauteilqualität Ermittlung von Unterschieden in der Bauteilqualität Kompensation der Abweichung durch inverse Rückführung der Charakteristik Intelligente Deformationskompensation im 3D-Druck Prozessanalyse anhand von Testkörpern Modellhafte Abbildung des Schwundverhaltens beim 3D-Drucken Erhöhung der Bauteilqualität durch Vorkompensation Visualisierung der Schwindungsverteilung beim Lasersintern, Quelle: iwb Trapezeffekt am Beispiel einer Testgeometrie, Quelle: iwb Additive Fertigung von elektronischen Schaltungen Erzeugung von elektrischen Leiterbahnen in 3D-gedruckten Bauteilen Integration und Ankontaktierung von Surface-Mounted Devices (SMDs) 1 cm Leiterbahn in einem PMMA- Bauteil, Quelle: iwb iwb Seite 13 Gliederung 1. Vorstellung iwb Anwenderzentrum Augsburg 2. Additive Fertigung- ein Einblick 3. Vorstellung voxeljet technology GmbH 4. 3D-Drucken- vom Prototypenbau zur Serienfertigung 5. Schlusswort iwb Seite 14

8 Vorstellung voxeljet technology GmbH Wer sind wir 1999 gegründet 100 Mitarbeiter 12.5 Mio US $ (2012) Hauptsitz in Augsburg, Germany Geschäftsfelder: digitale Fertigung, 3D-Druck Eigentümer: -Mehrheit Management -Private Equity iwb Seite 15 Vorstellung voxeljet technology GmbH Vision Wir verändern die Art, wie neue Produkte entworfen und gefertigt werden Konzept Design Modell Produkt iwb Seite 16

9 Vorstellung voxeljet technology GmbH Strategie durch Systeme und Dienstleistungen, die es Kunden ermöglichen, ihre Teile direkt aus den digitalen Datensätzen herzustellen bzw. zu erhalten. iwb Seite 17 Gliederung 1. Vorstellung iwb Anwenderzentrum Augsburg 2. Additive Fertigung- ein Einblick 3. Vorstellung voxeljet technology GmbH 4. 3D-Drucken- vom Prototypenbau zur Serienfertigung 5. Schlusswort iwb Seite 18

10 3D-Drucken- vom Prototypenbau zur Serienfertigung Verfahrensablauf beim 3D-Drucken Bauprozess Nachbehandlung Material Rakel Druckkopf Infiltrationsbad Pulver auftragen Drucken Infiltration Schichtweise Material mit Binder Absenken Plattform Grünling PMMA PMMA mit Binder PMMA mit z. B. Epoxidharz Fertigteil iwb Seite 19 3D-Drucken- vom Prototypenbau zur Serienfertigung Anlagentechnik voxeljet VX200 Anwendung: Designstücke und Prototypen Schichtstärke: 150 µm 300 x 200 x 150 mm voxeljet VX800 Anwendung: industrieller 3D-Drucker Schichtstärke: 80 µm 150 µm 850 x 450 x 500 mm voxeljet VX500 Anwendung: industrieller 3D-Druck Schichtstärke: 80 µm 150 µm 500 x 400 x 300 mm voxeljet VX1000 Anwendung: industrieller 3D-Drucker Schichtstärke: 100 µm 300 µm 1060 x 600 x 500 mm iwb Seite 20

11 3D-Drucken- vom Prototypenbau zur Serienfertigung Anlagentechnik voxeljet VXC800 Anwendung: Serienfertigung Schichtstärke: 150 µm 400 µm 850 x 500 mm voxeljet VX1000 Anwendung: industrieller 3D-Drucker Schichtstärke: 300 µm 4000 x 2000 x 1000 mm iwb Seite 21 3D-Drucken- vom Prototypenbau zur Serienfertigung Einsatzbereich der 3D-Drucktechnik Prototypen und Kleinserien Wirtschaftliche Herstellung von Losgröße 1 bis mittlere Stückzahl Schnelle Verfügbarkeit der Modelle bzw. Bauteile Belastbare und detailgetreue Modelle Hohe Druckauflösung: 600 dpi Architekturmodell Notre Dame (l) und Europa-Parlament (r) Quelle: voxeljet Formen und Modelle für den Metallguss Wirtschaftliche Herstellung von Losgröße 1 bis mittlere Stückzahl Fertigung großer Formen Realisierung von Modellen mit einer hohen Komplexität Erstellung von verlorenen Formen und Sandformen voxeljet Testform (l) und Kern eines Francislaufrads (r) Quelle: voxeljet iwb Seite 22

12 3D-Drucken- vom Prototypenbau zur Serienfertigung Kooperation im Bereich: Materialentwicklung Forschungsprojekt AktiPol - Aktivierte Polymerisation im 3D-Kunststoff-Druckprozess Ausgangssituation: Bauteile, hergestellt durch den 3D-Druck gekennzeichnet durch eine hohe Porosität Verbesserung der Bauteileigenschaften (z. B. Festigkeit) durch nachgelagertem Infiltrationsprozess Ziel: Entwicklung neuer Materialien zur Herstellung von Bauteile mit verbesserten Eigenschaften Ergebnis: Entwicklung eines neuen, pulverunabhängiges Systems (Diamin-Diketon) Mikroskopaufnahme eines nicht-infiltrierten Bauteils Quelle: voxeljet REM-Aufname des neuen Materialsystems Quelle: iwb Interesse iwb: Wissenschaftliche Betrachtung neuer Materialsysteme Interesse voxeljet: Erweiterung des verarbeitbaren Materialspektrums Erhöhung des Prozessverständnisses iwb Seite 23 3D-Drucken- vom Prototypenbau zur Serienfertigung Kooperation im Bereich: Anlagenentwicklung Forschungsprojekt AktiPol - Aktivierte Polymerisation im 3D-Kunststoff-Druckprozess Entwicklung eines neuen Anlagekonzeptes für den 3D-Druck Realisierung eines Prototypen und Verbesserung der Komponenten Erweiterung der Anlagentechnik durch die Entwicklung eines VX200 Multimaterialmoduls Entwickeltes Anlagenkonzept sowie Serienanlage Quelle: iwb, voxeljet Forschungsprojekt 3DAMEEA - Additive Fertigung von elektrischen und elektronischen Anwendungen Erweiterung der Anlagentechnik durch die hard- und softwareseitige Integration eines Unterdrucksystems VTS128 Anlagenerweiterung durch Aussaugmodul Quelle: iwb Interesse iwb: Schaffung von Prozessverständnis Anlagenentwicklung durch Funktionserweiterung Interesse voxeljet: Erkenntnisgewinn über die Anlagentechnik Erweiterung des bestehenden Produktportfolios iwb Seite 24

13 3D-Drucken- vom Prototypenbau zur Serienfertigung Kooperation im Bereich: Prozessentwicklung Forschungsprojekt 3DAMEEA - Additive Fertigung von elektrischen und elektronischen Anwendungen Erweiterung der Anlagentechnik zur Multimaterialbearbeitung Integration von SMDs während des laufenden Herstellprozesses Erzeugung von elektronischen Komponenten (z. B. Widerständen) Verbindung der Komponenten Leiterbahn und SMD Forschungsprojekt IDe3D - Intelligente Deformationskompensation im 3D-Druck Erfassung geometrischer Baufehler beim pulverbettbasiertem 3D-Drucken Curl Mathematische und physikalische Abbildung der Fehler Vorkompensation der Bauteile und Vermeidung von Baufehlern Typische Bauteilfehler, Quelle: voxeljet 5 mm Mit Aussaugmodul geschaffene Vertiefungen, Quelle: iwb Pilz Trapez Interesse iwb: Entwicklung neuer Anlagenfunktionen Erhöhung des Prozessverständnisses für das System Binder-Pulver Interesse voxeljet: Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten (Multimaterialdruck, Objektintegration, ) Erhöhung der Formgenauigkeit von Bauteilen iwb Seite 25 Gliederung 1. Vorstellung iwb Anwenderzentrum Augsburg 2. Additive Fertigung- ein Einblick 3. Vorstellung voxeljet technology GmbH 4. 3D-Drucken- vom Prototypenbau zur Serienfertigung 5. Schlusswort iwb Seite 26

14 Schlusswort Innovationskompetenz durch Kooperation iwb Anwenderzentrum Augsburg Quelle: iwb Firma voxeljet in Friedberg Quelle: Franz Scherer Transfer innovativer Ideen von der Hochschule in die Industrie Nutzung der Vorteile der geografischen Nähe beider Standorte für eine enge Zusammenarbeit Intensiver, fachlicher Erfahrungsaustausch zwischen dem iwb Anwenderzentrum Augsburg und der voxeljet technology GmbH iwb Seite 27 Schlusswort 17. Augsburger Seminar für additive Fertigung Funktionsintegration und Leichtbau Referenten aus Forschung und Industrie Keynote speech/ materialübergreifende Impulsvorträge Sessions für metallische und nicht-metallische Werkstoffe Besichtigung der Additive Manufacturing Laboratory Datum: 19. Juni 2013 Uhrzeit: 09:00 Uhr bis 18:00 Uhr Ort: MAN-Museum Augsburg Impressionen vom Seminar für Additive Fertigung 2012 iwb Seite 28