Additive Fertigung von Aluminiumbauteilen Einsatz im Entwicklungsprozess und in der Serienfertigung. Gerald Galert, Coachulting Forum, 2.

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1 Additive Fertigung von Aluminiumbauteilen Einsatz im Entwicklungsprozess und in der Serienfertigung

2 Agenda citim GmbH Leistungsspektrum Additive Fertigung von Aluminium-Bauteilen Additive Fertigung von Prototypen Herausforderungen für die Serienproduktion Zusammenfassung

3 Technologien Additive Fertigung Gießverfahren Werkzeug-bau CNC Fertig. 3D Drucken Lasersintern Polyurethanguss Polyamidguss Spritzguss Kunststoff Elastomere Laserstrahlschmelzen Feinguss Sandguss Druckguss Fräsbauteile Metall

4 Additive Manufacturing - AM seit 1999 Forschungsprojekte zur Additiven Bauteilfertigung (DMLS, EBM) 2004 erste Fertigungsanlage zum Lasersintern von Kunststoffen (EOSINT P385i) 2009 erste Metallmaschine (EOSINT M270dual) 2011 erste Doppelstrahlanlage (SLM280HL von SLM Solutions) 2014 Pilotkunde EOSINT M SLM280HL mit 2x400 Watt

5 Ausstattung additiv Metall 1 x EOSINT M270 (200 Watt) 2 x EOSINT M280 (400 Watt) 1 x EOSINT M290 (400 Watt) 2 x EOSINT M400 (1000 Watt) 1 x SLM250 HL (400 Watt) 1 x SLM280 HL (2 x 400 Watt) 2 x SLM280 HL (400 Watt) 1 x TruPrint 1000 (200 Watt)

6 Materialien additiv Metall Aluminium AlSi9Cu3 AlSi10Mg AlMgSc, (Scalmalloy RP) Titan TiAl6Va Kupferlegierung CuNi2SiCr Werkzeugstahl Edelstahl Nickelbasislegierung IN 625 IN 718 Cobalt Chrom CoCr

7 Agenda citim GmbH Unternehmen Additive Fertigung von Aluminium-Bauteilen Additive Fertigung von Prototypen Herausforderungen für die Serienproduktion Zusammenfassung

8 Additiv Metall Laserstrahlschmelzen

9 Kennwerte additive Metall AM Anlagen mit folgenden Laserstärken: 200 Watt (minimum) 400 Watt (optimum) 1000 Watt Schichtstärke: 30µm, 50µm, 60µm, 75µm, 90µm Materialien: AlSi10Mg, AlSi9Cu3, AlSi7Mg + AlMgSc (in Entwicklung) Aufbaurate: 400 Watt Schichtstärke 50 µm 10 cm 3 /h 25 cm 3 /h

10 Legierung AlSi10Mg Eigenschaften Korrosionsbeständigkeit sehr gute Festigkeitswerte bei geringer Dichte hohe dynamische Belastbarkeit sehr gute Zerspanbarkeit Schweißbarkeit Typische Anwendungen direkte Herstellung von Funktionsbauteilen (Prototypen, Kleinserienteile oder Ersatzteile) Automobiltechnik, Maschinenbau, Motorsport, Luft- u. Raumfahrt, Pneumatik Prototypen für spätere Anwendung Druckguss Element Anteil (nach Gewicht) Silizium 9,0 11,0 % Eisen 0,55 % Kupfer 0,05 % Mangan 0,45 % Magnesium 0,2 0,45 % Nickel 0,05 % Zink 0,10 % Blei 0,05 % Zinn 0,05 % Titan 0,15 % Aluminium Rest

11 Bruchdehnung A5 [%] Vergleich AlSi11 AlMg3 AlSi9Cu3 AlSi10Mg T6 AlSi7Mg0,7 T6 AlSi7Mg0,3 AlSi9Mg AlCu4Ti AlSi12 AlSi10Mg Feinguss Sandguss Strahlschmelzen Zugfestigkeit RM [MPa]

12 Agenda citim GmbH Unternehmen Additive Fertigung von Aluminium-Bauteilen Additive Fertigung von Prototypen Herausforderungen für die Serienproduktion Zusammenfassung

13 Additive Metallfertigung Gründe für den Einsatz Lieferzeit bessere mechanische Eigenschaften Ölfilterkonsole Rohteil mit Support auf Bauplattform Vermeidung von Gussproblemen bei komplexen Geometrien Baugruppe aus Einzelteilen keine Werkzeuge Kostenvorteile Ölfilterkonsole Fertigbauteil

14 Additiv contra Guss einstufiger Prozess (im Idealfall sind extrem kurze Fertigungszeiten realisierbar) kleinvolumige, komplexe Bauteile kostengünstiger herstellbar gusstechnische Probleme können vermieden werden (Wandstärken, Lunker, Poren) sehr gute, reproduzierbare Materialeigenschaften Blauplattform mit 2 x 2 Bauteilen

15 Additiv contra Umformen als Ersatzverfahren für kleine Stückzahlen für Umformteile kann die Fertigung von Werkzeugen entfallen Fertigung von Baugruppen ohne nachträgliche Fügeprozesse Applikationsbeispiel: 2 Varianten von Rohren 14 Bauteile im Bauraum kein Schweißen erforderlich Fertigungszeit 4 AT statt 12 AT

16 Agenda citim GmbH Unternehmen Additive Fertigung von Aluminium-Bauteilen Additive Fertigung von Prototypen Herausforderungen für die Serienproduktion Zusammenfassung

17 Vergleich Prototyp Serienteil Lieferzeit +++ Kosten Bauteil + Qualität + Reproduzierbarkeit + Dokumentation + Lieferzeit + Kosten Bauteil +++ Qualität +++ Reproduzierbarkeit +++ Dokumentation +++

18 AM in der Serie große Designfreiheit / Integration von Funktionen neue Materialien signifikante Reduzierung time-to-market lokale und weltweite Produktion werkzeuglose Fertigung neue Geschäftsmodelle

19 Kostenvergleich Gesamtbedarf von 3600 Bauteilen über eine Laufzeit von 3 Jahren, jährlicher Abruf Druckguss Strahlschmelzen Werkzeugkosten Einrichtkosten Stückpreis 0,45 6, Stück Gesamtkosten (Quelle: citim GmbH)

20 Wirtschaftlichkeit keine Investition in Werkzeuge erforderlich Produkteinführungszeit kann extrem verkürzt werden bedarfsgerechte Fertigung (Kosten entstehen nur bei der Fertigung der Bauteile) minimierte Lagerhaltung Funktionsintegration (mehrere Bauteile können zusammengefasst werden) vereinfachte Ersatzteilversorgung

21 Serienfertigung Beispiel SLM Flaschenöffner Werbeprodukt individuell anpassbar Design und Konstruktion speziell auf SLM abgestimmt keine Stützstruktur nötig Nacharbeit minimiert nicht anders herstellbar 165 Stück / Baujob Fertigungszeit 5 AT Bauteilpreis: 9 /Stk

22 Teile in der Luft- und Raumfahrt Sentinel-1 Antenna Support Bracket Gemeinschaftsprojekt: RUAG, Altair, EOS & citim Topologieoptimierung Gewichtsreduktion: ~1,6kg > ~0,9kg Freigabe nach erfolgreicher Erprobung Kleinserie von 3 Stück

23 Herausforderungen an Serie Produktivität ist nicht hoch genug Oberflächenqualität / Maßhaltigkeit / Nacharbeitsaufwand Prozessstabilität Bauteildesign nicht AM-gerecht neue QS-Methoden für Serienprodukte

24 Agenda citim GmbH Unternehmen Additive Fertigung von Aluminium-Bauteilen Additive Fertigung von Prototypen Herausforderungen für die Serienproduktion Zusammenfassung

25 Agenda citim GmbH Unternehmen Additive Fertigung von Aluminium-Bauteilen Additive Fertigung von Prototypen Herausforderungen für die Serienproduktion Fazit

26 Fazit Additive Manufacturing von Aluminiumteilen ist etabliert, um Prototypen herzustellen Additive Manufacturing ist für die Serienproduktion grundsätzlich geeignet. Derzeit ist es auf einen kleinen Teilebereich beschränkt. Es ist sehr zeitaufwendig und teuer, ein Qualitätsmanagementsystem für die Serienproduktion zu installieren.

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