ADDITIVE TEILEFERTIGUNG. LBC Engineering c/o Renishaw GmbH Karl Benz Str. 10 DE Pliezhausen

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1 ADDITIVE TEILEFERTIGUNG LBC Engineering c/o Renishaw GmbH Karl Benz Str. 10 DE Pliezhausen Tel +49 (0) Fax +49 (0) Internet

2 ADDITIVE TEILEFERTIGUNG

3 VORWORT LBC Engineering ist seit Mai 2013 als Dienstleister für additive Fertigung in die Renishaw GmbH integriert. Seit 2004 gehört LBC Engineering zu den Pionieren generativ gefertigter Metallbauteile. Das Dienstleistungsspektrum umfasst: Kompetente und vielschichtige Beratung zur additive Fertigung Machbarkeitsanalyse, ob ein Bauteil generativ herstellbar ist Analyse der Herstellkosten und Wirtschaftlichkeit einer Anfrage im Vergleich zu konventionellen Fertigungsmethoden. Generative Fertigung Ihrer Prototypenbauteile und Kleinserien Konstruktion, Simulation und generative Fertigung konturnah temperierter Werkzeugeinsätze für Spritzguss- und Druckgussanwendungen NOVATIVE WERKZEUGTEMPERIE

4 ÜBERSICHT Grundlagen Beratung Konstruktion Umsetzung Bauteile

5 ÜBERSICHT Grundlagen Beratung Konstruktion Umsetzung Bauteile

6 ERFAHRUNG LBC Engineering bietet die generative Herstellung metallischer Werkstücke seit 2004 als Dienstleistung an. Somit zählt LBC, speziell im Werkzeug- und Formenbau zu den Pionieren der additiven Fertigung und kann auf umfangreiches Know- How mit unterschiedlichen Maschinen zurückgreifen.

7 BLICK IN DIE AKTUELLE FERTIGUNG Durch eigene Entwicklungen und die offene Kommunikation mit unseren Kunden konnten wir die Akzeptanz und den Bedarf lasergenerierter Werkzeuge, Prototypen und Serienbauteile stetig steigern. Stand Dezember 2013

8 FAKTEN ca. 95% der lasergenerierten Werkstücke sind konturnah temperierte Werkzeugeinsätze. ca. 1% der lasergenerierten Werkstücke sind Prototypen ca. 4% der lasergenerierten Werkstücke sind Serienbauteile pro Jahr verbaut LBC Engineering mehr als 1500 kg Metallpulver

9 VORTEILE EINER KONTURNAHEN TEMPERIERUNG Reduzierung der Zykluszeit Optimierung der Prozessregelfähigkeit Reduzierung der Ausschussquote durch Bauteilverzug Homogenerer und somit qualitativ höherwertigerer Kunststoff Keine Einfallstellen oberhalb einer Rippe Verringerung der Optimierungsschleifen während der Bemusterung Das Werkzeug ist schneller für den Serieneinsatz verfügbar. Form und Werkstück entsprechen den CAD Daten.

10 VOM CAD-MODELL ZUM ROHLING Der 3D Datensatz wird horizontal in Schichten geschnitten. Die Schichtstärke für den Aufbau wird bereits hier festgelegt Das Werkstück wird auf Basis dieser Daten Schicht für Schicht aus dem Metallpulver verschweißt. Die Fertigung erfolgt unter Schutzgas-Atmosphäre. Das nicht belichtete, bzw. verschweißte Pulver kann aufbereitet und erneut verwendet werden. Partikel > 63 µm werden durch das Sieben des Pulvers entfernt. Die Abfallquote das Pulvers, hauptsächlich Schweißspritzer, ist abhängig von der Schichtstärke und der Laserleistung.

11 VOM CAD-MODELL ZUM ROHLING Berechnung der Schichten

12 POLITUR Durch eine spezielle Beschichtung, mit einer Oberflächenhärte von etwa 70 HRC, wird das Ausbrechen der Oxide und Karbide verhindert. Dadurch sind Klavierlack und ähnliche Oberflächen möglich.

13 ÜBERSICHT Grundlagen Beratung Konstruktion Umsetzung Bauteile

14 BERATUNG LBC Engineering fertigt und konstruiert seit 2004 Einsätze mit konturnaher Temperierung für Kunststoffspritzguss- und Druckgusswerkzeuge. Diese langjährige Erfahrung stellen wir unseren Kunden für die individuelle Lösung ihrer Temperierprobleme zur Verfügung. Zu diesem Zweck setzt LBC ein Online-Conferencing-System ein. Die Nutzung dieses Systems ist für unsere Kunden kostenlos. Somit können wir für unsere Kunden die Lösung zu lukrativen Kosten entwickeln.

15 ÜBERSICHT Grundlagen Beratung Konstruktion Umsetzung Bauteile

16 VERFAHRENSGERECHTE KONSTRUKTION Information: Erläuterungen: Beim Lasergenerieren handelt es sich um einen schichtweisen Aufbau. Daher muss jede neue Schicht von der darunterliegenden gestützt werden. Oben abgerundete Kanäle sind baubar. Nur wenige Schichten haben keine optimale Abstützung zur darunterliegenden Schicht. Oben waagrechte Kanäle sind nicht baubar, da die Deckschicht des Kanals in loses Pulver ohne Haltefunktion belichtet wird.

17 VERFAHRENSGERECHTE KONSTRUKTION Überhänge und Stützkonstruktionen

18 VERFAHRENSGERECHTE KONSTRUKTION Stützkonstruktionen INFORMATION: Die rot dargestellten Stützen sind für die additive Fertigung notwendig. Sie haben folgende Aufgaben: Wärmeableitung Fixierung des Bauteils Abstützung Minimierung des Verzugs Der wesentliche Nachteil dieser Stützen ist, dass sie aufwendig entfernt werden müssen. Zusätzlich bedeutet die Herstellung solcher Stützen zusätzliche Bauzeit und damit höhere Kosten.

19 VERFAHRENSGERECHTE KONSTRUKTION Stützkonstruktionen INFORMATION: Durch eine Optimierung der Baurichtung können Stützkonstruktionen optimiert werden. Somit ist es möglich, schwer zugängliche Flächen nicht stützen zu müssen und die Nacharbeit dadurch deutlich zu minimieren.

20 VERFAHRENSGERECHTE KONSTRUKTION Stützkonstruktionen INFORMATION: Eine Optimierung der Konstruktion auf die Bedürfnisse der generativen Fertigung ist in jedem Fall von Vorteil. Baubare Überhänge: min. 45 zur Horizontale besser 30 zur Vertikalen

21 VERFAHRENSGERECHTE KONSTRUKTION Bauteilausrichtung im Fertigungsprozess Beschichtungsrichtung der Klinge oberste Schicht ANIMATION DER BESCHICHTUNG

22 VERFAHRENSGERECHTE KONSTRUKTION Bauteilausrichtung im Fertigungsprozess Beschichtungsrichtung der Klinge oberste Schicht KRITISCHER BEREICH!! Bei Winkeln 45 kann es im Moment des Überfahrens der Geometrie mit dem Recoater, zu einem Kontakt zwischen Klinge und Geometrie kommen. Durch innere Spannungen kann der Rand der Baugeometrie nach oben gezogen werden. In diesem Fall käme es zu einer Kollision mit einem Abbruch der Beschichtung. Das Bauteil ist dann nicht zu retten!

23 VERFAHRENSGERECHTE KONSTRUKTION Bauteilausrichtung im Fertigungsprozess Beschichtungsrichtung der Klinge oberste Schicht PROBLEMLOSER BEREICH Das Verlassen der Geometrie ist, selbst bei einem Kontakt, meist kein Problem. Bei einem Winkel von ca. 45 oder sehr kleinen Überhängen wird die Störstelle durch die Klinge geglättet. An diesen Stellen ist dann die Oberfläche der Kontur meist etwas rauer. Ergebnis: die Orientierung der Bauteile im Bauraum ist sehr wichtig!

24 VERFAHRENSGERECHTE KONSTRUKTION Bauteilausrichtung im Fertigungsprozess Beschichtungsrichtung der Klinge LÖSUNGSANSATZ 1: Konstruktive Änderung oberste Schicht

25 VERFAHRENSGERECHTE KONSTRUKTION Bauteilausrichtung im Fertigungsprozess Beschichtungsrichtung der Klinge oberste Schicht LÖSUNGSANSATZ 2: Minimierung der Spannungen durch eine Stützkonstruktion NACHTEIL = höhere Kosten! Somit ist eine Abstimmung mit der Fertigung unerlässlich.

26 VERFAHRENSGERECHTE KONSTRUKTION Überhänge und Aufmaß INFORMATION: Prozessgerechte Vorbereitung des Formkerns mit 0,5 mm Aufmaß / Wand und Entschärfung aller kritischen Überhänge.

27 BAUBARKEIT VON KANÄLEN optimal baubar optimal baubar optimal baubar optimal baubar, aber nicht zu empfehlen

28 BAUBARKEIT VON KANÄLEN nicht sicher baubar nicht baubar nicht baubar

29 AUSFÜHRUNG VON KANÄLEN Information: Scharfkantige Umlenkungen in jedem Fall vermeiden. Hoher Druckverlust Höherer Druckbedarf Ungünstige Strömungsverhältnisse. Keine klaren Strömungen! geringere Wärmeableitung Gefahr von Ablagerungen und Versagen der Kühlung.

30 AUSFÜHRUNG VON KANÄLEN Information: Weiche abgerundete Umlenkungen. minimierter Druckverlust geringerer Druckbedarf klare definierte turbulente Strömung! hohe Wärmeableitung Gefahr von Ablagerungen und Verschluss der Kühlung nahezu ausgeschlossen.

31 ÜBERSICHT Grundlagen Beratung Konstruktion Umsetzung Bauteile

32 VORTEILE ADDITIVER BAUTEILE Verkürzung der Entwicklungszeit, teilweise um mehrere Wochen Verschiedene Varianten können gleichzeitig, kostensparend realisiert werden Funktionsprototypen sind aus hochfestem Stahl gefertigt Bauteilgenauigkeit besser 0,1 mm für Prototypen, in Serie besser 0,05 mm Komplexe, konventionell nicht realisierbare Geometrien sind möglich

33 BESONDERHEITEN ADDITIVER BAUTEILE Es sind immer Stützgeometrien erforderlich. Diese müssen entfernt werden! Überhänge > 45 müssen mit einer Stützgeometrie versehen werden Das Bauteil muss per Stützkonstruktion auf der Bauplattform fixiert werden. Die Oberflächen haben eine Rauigkeit durch den schichtweisen Aufbau. Diese muss meistens durch mechanische Bearbeitung geglättet werden. Nicht senkrecht gebaute Flächen weisen eine erhöhte Rauigkeit auf. Diese Nachteile sind im Vergleich zu den aufgezeigten Vorteilen meist vernachlässigbar. Es ist uns nur wichtig diese Punkte anzusprechen.

34 STÜTZKONSTRUKTIONEN Information: Fahrwerksteile eines Formel Student Rennwagens Radträger mit Stützen Radträger nach der Entfernung der Stützen Radträger auf der Bauplattform

35 REALISIERTE BAUTEILE Information: Komplexes Verteilersystem auf einem Rohling aus Edelstahl

36 REALISIERTE BAUTEILE Information: Planetengetriebe Die hier gezeigten Zahnräder können nach dem Abtrennen von der Bauplattform direkt eingesetzt werden. In der Entwicklung können somit Wochen eingespart werden.

37 REALISIERTE BAUTEILE Information: Turbinenrad aus Lediglich die Außenflächen wurden mechanisch nachgearbeitet.

38 REALISIERTE BAUTEILE Information: Einteiliger Prototyp eines dreistufigen Zahnrades. Konventionell ist ein solches Zahnrad nicht herstellbar.

39 REALISIERTE BAUTEILE Information: Plakette Diese Plakette wurde aus optischen Gründen nur auf dem Schriftzug partiell überschliffen.

40 REALISIERTE BAUTEILE Information: Musterwerkstück Dieses Bauteil wurde speziell auf Kundenwunsch gefertigt und zeigt die Freiheitsgrade des Lasergenerierens sehr deutlich.

41 REALISIERTE BAUTEILE Information: Werkzeuge für die Medizintechnik Generativer Aufbau eines Werkzeugsatzes nach Kundenvorgabe. Die Zeitersparnis zu einer konventionellen Herstellung beträgt ca. 10 Wochen

42 REALISIERTE BAUTEILE Information: Einzelteil aus Edelstahl Dieses Bauteil wurde gemeinsam mit anderen Werkstücken aufgebaut (siehe Seite zuvor) Nach einer Oberflächenbehandlung ist dieses Bauteil nicht von konventionell hergestellten Teilen zu unterscheiden.

43 REALISIERTE BAUTEILE Information: Turbinenrad aus Ø 9 mm

44 REALISIERTE BAUTEILE Information: Propeller aus Die Oberflächen wurden nicht nachbearbeitet. Minimale Wandstärke 0,3 mm

Entwicklung der additiven Fertigung von 2004 bis 2015

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