Rapid Prototyping - Verfahren und Anwendungen

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1 Rapid Prototyping - Verfahren und Anwendungen Funktionsweisen verschiedener Rapid Prototyping Verfahren und ausgewählte Beispiele zu deren Anwendungsmöglichkeiten Prof. Dr.-Ing. Dirk Hennigs / Rapid Prototyping Zentrum Nord e.v. Abb.1: Blick in den Bauraum der Dimension 768 SST Abb.2: Prototyp eines Spielzeugbaggers (ABS) Abb.3: Prototyp einer KFZ- Luftdüse (ABS) Abb.4: Modell eines Herzens (ABS) Fotos: AlphaCAM GmbH Seite 1

2 Inhalt : Anforderungen in der Produktentwicklung (Zur Notwendigkeit von RP-Verfahren in der Produktentwicklung) Begriffe und Definitionen (Kurzdarstellung der wesentlichen Fachbegriffe) Rapid Prototyping Prozesskette (Übersicht der notwendigen Prozessschritte) Rapid Prototyping Verfahren (Übersicht ausgewählter Verfahren, Material- und Bauteileigenschaften) Anwendungsbereiche von Rapid Prototyping Verfahren (Einsatzgebiete von der Auftragsakquisition bis zur Produktherstellung) Kurzvorstellung des Rapid Prototyping Zentrum Nord e.v. (Ziele, Leistungsangebot, Mitglieder und Ansprechpartner des RPZ Nord e.v.) Seite 2

3 Kosten in der Produktentwicklung * : 100 festgelegte Kosten K f verursachte Kosten K V Kosten Σ K f 50 Σ K v Konstruktion Arbeitsvorbereitung Einkauf Fertigung Vertrieb * : nach VDMA Quelle: VDMA Seite 3

4 Änderungskosten in der Produktentwicklung * : Änderungskosten Erprobung Konzeption Entwurf Konstruktion Berechnung 1 Idee Planen Grad der Produktentwicklung * : nach Gebhardt, A.; Rapid-Prototyping, Carl Hanser Verlag Quelle: A. Gebhardt Seite 4

5 Neue Anforderungen in der Produktentwicklung: Veränderte Randbedingungen - steigender Kostendruck in der Produktentwicklung - nicht konkrete oder sich schnell ändernde Kundenwünsche - Individualisierung der Produkte - wachsende Bedeutung von Design - sinkende Produktlebensdauer Forderungen nach neuen Methoden - zur Verkürzung der Entwicklungszeit - zur frühzeitigen Festlegung von Konstruktionsmerkmalen - zur Senkung der Kosten - zur Steigerung der Produkt- und Fertigungsflexibilität Foto: EOS GmbH Seite 5

6 Begriffe und Definitionen: Rapid-Prototyping Rapid-Prototyping bezeichnet die Technologie der generativen Fertigungsverfahren. Ebenso wird darunter das generative Herstellen von einzelnen Anschauungs- und Funktionsmodellen verstanden. Rapid-Tooling Rapid-Tooling bezeichnet die Herstellung von Werkzeugen oder Formen zur Herstellung von Prototypen und Vorserien mit Hilfe von generativen Verfahren. Rapid-Manufacturing Rapid-Manufacturing bezeichnet die Herstellung von Produkten in Kleinserien mit Hilfe von generativen Verfahren, die Seriencharakter haben. Abb.1: Prototyp des Siebes einer Verpackungsmaschine Abb.2: Werkzeugeinsatz für den Einsatz im Spritzguß Abb.3: Gerüst einer Zahnbrücke für den Zahnersatz Fotos: EOS GmbH Seite 6

7 Rapid Prototyping Prozesskette: 3D-Modellierung CAD-Systeme, z.b.: CATIA, INVENTOR, SolidWorks - Modellierung der 3D-Geometriedaten - Ableiten der STL-Daten (Triangulation) CAD-Modell Datenvorbereitung Datenreparatur, z.b.: ViscCAM Mesh, VisCAM RP Prototyper EOS, AlphaCAM, Objet, - Datenreparatur v. evtl. Lücken und Löchern - Erzeugen d. Schichtinformationen, Slicing - Ableiten der Maschinensteuerdaten - Bauteilherstellung auf dem Prototyper Slicing Prototyper Produktrealisierung Nachbehandlung Postprocessing der Bauteile - Entfernung evtl. Stützstrukturen - Bauteilfinish, Polieren, Lackieren, etc. Bauteil Fotos: Hochschule Bremen Seite 7

8 Stereolithographie (SLA): Baumaterial Photopolymer Bauraumgröße min. 250x250x250 mm 3 Bauteil Bauplattform Laserquelle Schichtdicke Einsatz Hersteller ca. 50 µm - Geometrieprototypen - Designmodelle -Urmodelle 3D-Systems, F&S, etc. Harz A B C A: Geometrieprototyp eines Robotergreifarms B: Designmodell einer Sonnenbrille C: Geometrieprototyp eines Verbrennungsmotors Fotos: BIBA, EOS GmbH Seite 8

9 Fused Deposition Modeling (FDM): Modellwerkstoff Stützwerkstoff Baumaterial ABS, PC, PC-ABS Bauraumgröße max. 600x500x600 mm 3 Schichtdicke min. 127 µm Düsenköpfe Einsatz Hersteller - Designmodelle - Funktionsprototypen - Direct Digital Manufact. Stratasys Corp. Bauteil Bauplattform A B C A: Geometrieprototyp einer KFZ-Luftdüse (ABS) B: Prototyp eines Spielzeugbaggers (ABS) C: Modell eines Herzens (ABS) Fotos: AlphaCAM GmbH Seite 9

10 Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS): Baumaterial Stahl, Edelstahl, Titan, Pulverdosierung Bauraumgröße max. 250x250x215 mm 3 Laserquelle Schichtdicke Einsatz min. 20 µm - Funktionsbauteile - Werkzeugeinsätze - e-manufacturing TM Walze Hersteller EOS GmbH Pulverschichten Bauplattform A Bauteil B C A: Spritzgußwerkzeugeinsatz, DirectSteel H20 B: Funktionsprototyp eines Pumpengehäuses C: Spritzgußkern mit integrierten Kühlkanälen Fotos: EOS GmbH Seite 10

11 3D-Printing (3DP): Baumaterial Stärke, Gips-Keramik Pulverdosierung Bauraumgröße max. 250x200x200 mm 3 Druckkopf Binder Walze Schichtdicke Einsatz Hersteller min. 100 µm - Konzeptmodelle - Anschauungsmodelle - farbige Modelle mgl. Z-Corp., 4D-Concepts Pulver Bauplattform A Bauteil B C A: Anschauungsmodell eines Hochhauses B: Anschauungsmodell eines Lüfterrades C: FEM-Anschauungsmodell einer Kúrbelwelle Fotos: Z-Corp. Seite 11

12 Rapid Prototyping Anwendungsbereiche: Kommunikation / Vertrieb - Verbesserung der Internen und externen Kommunikation durch Anschauungsmodelle - Unterstützung des Vertriebes durch Modelle/ Prototypen während der Auftragsakquisition Entwicklung / Konstruktion - Bauteilerprobung durch Einbauversuche und Funktionstests - Schnelle Erprobung von Konstruktionsvarianten Vorserie / Werkzeugbau - Schnelle Realisierung von Klein- und Vorserien mit serienähnlichen Bauteileigenschaften - Vorserienwerkzeugeinsätze (Spritzguß, Al-Druckguß, Sandguß, etc.) Fertigung / Produktion - Realisierung von Serienwerkzeugeinsätzen (Spritzguß, Al-Druckguß, Sandguß, etc.) - Serienfertigung (e-manufacturing TM, Direct-Digital-Manufacturing) Seite 12

13 : Design (CAD/CAE) RP/Modellbau Forschung Entwicklung Netzwerk zum gemeinsamen Technologietransfer und Anwendungsunterstützung im Bereich der schnellen Produktentwicklung und des Prototypenbaus. RP-Tooling Konstruktion Engineering Abmusterung Modellbau Werkzeugbau Werkzeugbau Seite 13

14 RPZ Nord e.v. - Kooperationsmöglichkeiten: Forschung / Entwicklung - Durchführung Produktentwicklungskooperationen - Unterstützung bei der Initiierung und Durchführung von Förderprojekten Technologietransfer - Unterstützung der Kooperation mit wissenschaftlichen Einrichtungen - Durchführung von Fach-, Qualifikations- und Informationsveranstaltungen Dienstleistung - Prototypenbau mit verschiedenen RP-Verfahren (FDM, SLA, DMLS, SLM, M 3 D, 3D-Printing) - 3D-Konstruktion, Reverse Engineering, Visualisierung und Animation Beratung - Unterstützung und Hilfe bei der Anwendung von RP-Verfahren - Kontaktvermittlung zu Dienstleistern Seite 14

15 RPZ Nord e.v. - Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Claus Aumund Kopp Fraunhofer Institut für Angewandte Materialforschung, IFAM Wiener Str. 12 D Bremen Tel.: Fax: Mail: cak@ifam.fraunhofer.de Prof. Dr.-Ing. Dirk Hennigs Hochschule Bremen Fakultät 5 - Maschinenbau, Fachgebiet CAD und Bauteilkonstruktion Neustadtswall 30 D Bremen Tel.: Fax: Mail: dirk.hennigs@hs-bremen.de Seite 15

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Seite 16

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