3D-Drucken Technik, Möglichkeiten, Grenzen

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1 3D-Drucken Technik, Möglichkeiten, Grenzen Manfred Schmid inspire AG, irpd, CH-9014 St. Gallen inspire is the swiss competence center for production technology Inspire develops future oriented technologies and methods and boosts the innovation capability and international competitiveness of Swiss industry 1

2 Agenda 3D-Drucken Technik, Möglichkeiten, Grenzen 3D-Drucken / Additive Manufacturing (AM) 3D-Druckverfahren (Home and Professional) Möglichkeiten / Grenzen (Herausforderungen) Ausblick Begriffe Verschiedene (historische) Begriffe für Additive Manufacturing: 2

3 Begriffe - Konfusion um 3D-Drucken: in Zeitungen, Zeitschriften, online, 05/2013 alles ist 3D-drucken Spiegel 12/12 Fünf Szenarien bis 2035 Wie 3D-Drucker ganze Branchen verändern können Von Wilfried Eckl-Dorna The Economist 4/12 Sie gelten als das nächste große Technik-Ding: Bereits heute stellen 3D-Drucker perfekte Zahnkronen her. In wenigen Jahren könnten sie sogar Häuser drucken - mit Daten aus der Cloud. Fünf Szenarien, welche Branchen 3D-Printing unter Druck setzen wird. 1. Teil: Wie 3D-Drucker ganze Branchen verändern können 2. Teil: 2014: Sesselunikate für jedermann 3. Teil: 2016: Mit gedruckten Werkzeugen zum Marktführer 4. Teil: 2020: Türgriffe selbst gemacht 5. Teil: 2025: Häuslebauer dank 3D-Drucker 6. Teil: 2035: Das Ende der großen Autofabriken inspire irpd a joint project with university of applied science St. Gallen Begriffe Ausgabe Donnerstag Wurfsendung Mai/13 NASA: Materialtest bei über 3000 C inspire irpd a joint project with university of applied science St. Gallen 3

4 Begriffe Welche Technologien stecken hinter all diesen Beispielen? Investition gering Investition enorm Agenda 3D-Drucken Technik, Möglichkeiten, Grenzen 3D-Drucken vs. Additive Manufacturing (AM) 3D-Druckverfahren (Home and Professional) Möglichkeiten / Grenzen (Herausforderungen) Ausblick 4

5 Verfahren Definition: Additive manufacturing (AM), n processes of joining materials to make objects from 3D model data, usually layer upon layer, as opposed to subtractive manufacturing fabrication methodologies. Funktionsprinzip: Verfahren VDI 3404 additive fabrication rapid technologies Fused deposition modeling - FDM Selective Laser Sintering / Melting SLS / SLM Stereo Lithographie - SLA Multi-jet Modeling - MJM Poly-jet Modeling - PJM Layer Laminated Manufacturing - LLM Digital Light Processing- DLP 3D-Printing 3-DP 5

6 Verfahren Fused Deposition Modelling (FDM): Ausgangsmaterial: amorphe (erweichungsfähige) Thermoplast Filamente Supportmaterial: ja Auflösung: gering - mittel Langzeitstabilität: mittel Anisotropie: hoch Verfahren Fused Deposition Modeling: Individualisierte Produktion für Jedermann 3D-drucken (FDM) für persönlichen Gebrauch: und viele mehr... Aktuell: enorme Wachstumsraten... Wichtig für den Zugang zur Technologie: aber nur gadgets, toys, 6

7 Verfahren Multi Jet Modelling: Ausgangsmaterial: UV-härtbare Flüssigkeiten (Acrylate /Epoxide) Supportmaterial: ja Auflösung: sehr hoch Langzeitstabilität: gering Anisotropie: gering Verfahren 3D-Printing: Ausgangsmaterial: Pulver: anorganisch (Gips), Polymere, Metalle, Keramik Binder: flüssiger Klebstoff Supportmaterial: nein Auflösung: mittel -gut Stabilität: gering Anisotropie: gering 14 7

8 Verfahren Die digitale Kernfertigung produziert vollständige Sandkerne und Formpakete oder voll funktionsfähige Metallteile aus den CAD-Dateien. Verfahren 3D-Printing: erster kontinuierlicher 3D-Druckprozess (Voxeljet) 8

9 Verfahren Selective Laser Sintering & Melting (SLS/SLM) roller / blade for powder distribution IR heater IR heater LASER Beam IR heater layer thickness: 100 µm temperature: 170C CO 2 -laser: λ = 10.6 µm powder supply Konvektion Part cylinder sintered part powder supply Verfahren Selective Laser Sintering (SLS) process steps after build 9

10 Verfahren Weltneuheit vor wenigen Tagen! K-Messe Düsseldorf Ausgangsmaterial: Polymere (ABS, PC, PA12) Spritzguss Granulat! Supportmaterial: nein Auflösung: mittel Stabilität: gut Anisotropie: gering Agenda 3D-Drucken Technik, Möglichkeiten, Grenzen 3D-Drucken vs. Additive Manufacturing (AM) 3D-Druckverfahren (Home and Professional) Möglichkeiten / Grenzen (Herausforderungen) Ausblick 10

11 Kosten Additive Manufacturing konventionelle Fertigung «Complexity for free» Komplexität Möglichkeiten business drivers für AM-Implementierung Ökonomische Kleinserien Produktion Enorme geometrische Freiheiten Integrierte Funktionalitäten Produkt Personalisierung Nachhaltigkeit ( Sustainability ) Neue supply chains und Geschöftsmodelle 11

12 Möglichkeiten Ökonomische Kleinserien Produktion Problem Kunden mit eingeschränkter Mobilität brauchen Anpassungen Produktion: normalerweise RIM in Werkzeug (Formen sehr teuer)! manuelle Modifikation sehr zeitaufwändig Lösung Laser gesinterte AM Teile (mit Leder und Finishing) Möglichkeiten Geometrische Freiheiten / integrierte Funktionalität change angle touching keys combined tubing mounting Snappers with hinge 12

13 Möglichkeiten Produkt Personalisierung prothesen Individual consumer products, with customer input Medical devices Consumer goods Cultural & emotional artefacts Online design tools Co-creation Herausforderungen Material portfolio (Anforderungen aus Industrie und von Konsumenten) Qualitätsverbesserungen (Eigenschaften und Oberflächen) Wachstum der Branche ( key players ) (Unabhängigkeit von Maschinen und Materialproduzenten) Optimierte und standardisierte Prozesse (Prozessstabilisierung & reduzierte Wartung und Instandhaltung) Designempfehlungen für Konstrukteure (fertigungsgerechte funktionsgerechte Konstruktion) Ausbildung auf allen Niveaus (Konstruktions- & Design Möglichkeiten durch AM) Identifikation weitere Zielmärkte 13

14 Ausblick D printing A new brick in the Great Wall The Economist online Additive manufacturing is growing apace in China Apr 27th 2013 BEIJING Danke! China to invest $245 million ( 160 million) in a seven-year project that will boost development of additive manufacturing. 14