DMRC. 3D-Druck in Entwicklung & Konstruktion. 22. Januar Dr.-Ing. Eric Klemp 1

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1 DMRC 3D-Druck in Entwicklung & Konstruktion 22. Januar 2014 Dr.-Ing. Eric Klemp 1

2 Agenda Das DMRC Technologie Selective Laser Melting Lasersintering Fused Deposition Modelling Anwendungen in Entwicklung in der Konstruktion Dr.-Ing. Eric Klemp 2

3 Agenda Das DMRC Technologie Selective Laser Melting Lasersintering Fused Deposition Modelling Anwendungen in Entwicklung in der Konstruktion Dr.-Ing. Eric Klemp 3

4 DMRC Direct Manufacturing Research Center Paderborn Berlin DMRC (start in 2009): 20 Wiss. Mitarbeiter (Vollzeit) 8 beteiligte Lehrstühle ~ 60 Studenten Dr.-Ing. Eric Klemp 4

5 New Partners Founding Partners Partner in DMRC Science & R&D Materials Equipment & Systems Service Provider Enduser Production AM-System Dr.-Ing. Eric Klemp 5

6 DMRC The DMRC is a proactive collaboration of key technology stakeholders who have a common interest in advancing Additive Manufacturing technology into dependable, production rugged Direct Manufacturing technology (DM)! Dr.-Ing. Eric Klemp 6

7 Beteiligte Institute Dr.-Ing. Eric Klemp 7

8 Agenda Das DMRC Technologie Selective Laser Melting Lasersintering Fused Deposition Modelling Anwendungen in Entwicklung in der Konstruktion Dr.-Ing. Eric Klemp 8

9 Technologie CAD AM-Anlage Produkte individuell komplex Source: EOS, SLM Solutions, Stratasys schnell & günstig Source: EOS, SLM Solutions Dr.-Ing. Eric Klemp 9

10 CAD- Entwurf Dr.-Ing. Eric Klemp 10

11 Movie Konstruktion Dr.-Ing. Eric Klemp 11

12 SLM-Verfahren Schichtinformationen Auftragen einer Pulverschicht Absenken der Bauplattform CAD Datensatz Lokales Aufschmelzen der Bauteilgeometrie Fertiges Bauteil Dr.-Ing. Eric Klemp 12

13 Laserstrahlschmelzen Ytterbium-Laser Scanner Vorratsbehälter Pulverbett Überlaufbehälter Bauteil Supportstruktur Beschichter Überlaufbehälter Bauplattform Dr.-Ing. Eric Klemp 13

14 Movie SLM Dr.-Ing. Eric Klemp 14

15 Forschung Strahlschmelzen Metall Optimierung des Prozesses zur Erstellung von Produkten Ermittlung und Optimierung der Materialeigenschaften für den Laserschmelzprozess bei besonderer Beachtung der Prozesszeit Optimierung von inneren Strukturen hergestellt im SLM Verfahren Optimierung hinsichtlich Leichtbau unter Berücksichtigung komplexer Bauteilstrukturen Optimierung der Dauerfestigkeitseigenschaften und des Rissfortschrittes Untersuchungen zum Einsatz von Superlegierungen beim Hochtemperatureinsatz Untersuchungen neuer Materiealien Dr.-Ing. Eric Klemp 15

16 Dreifachmischer Laserschmelzen SLM Bauteil Dr.-Ing. Eric Klemp 16

17 Anwendung Laserschmelzen Dr.-Ing. Eric Klemp 17

18 Polymer Laser Sinter Verfahren Schichtinformationen Absenken der Bauplattform Auftragen einer Pulverschicht Aufheizen CAD Datensatz Scannen der Schichtinformationen mittels eines Lasers (Sinter Prozess) Fertiges Bauteil Dr.-Ing. Eric Klemp 18

19 Lasersintern CO 2 -Laser Scanner Infrarotheizung Vorratsbehälter Pulverbett Überlaufbehälter Bauteile Bauplattform Vorratsbehälter Beschichter Überlaufbehälter Dr.-Ing. Eric Klemp 19

20 Movie LS Dr.-Ing. Eric Klemp 20

21 Forschung Lasersintern Optimierung der Materialeigenschaften am Beispiel eines realen Produktes Oberflächenoptimierung von Lasersinterbauteilen Erweiterte Eigenschaftsoptimierung von Materialien (PPP) Entwicklung neuer Materialien Alterung Dr.-Ing. Eric Klemp 21

22 Direkte Prozesse Integrierte Ablaufwanne Dr.-Ing. Eric Klemp 22

23 Design Anwendung: Lüftungsbauteil Lösungen 10 Bauteile per Flugzeug Konstruktion für LS Nacharbeit Zusammenbau Isolation Pulverentfernung Neues FR Material Gewicht Dr.-Ing. Eric Klemp 23

24 Bauteil: Lasersintern Dr.-Ing. Eric Klemp 24

25 FDM Verfahren Prozessbeschreibung Schichtinformationen Erzeugung einer Schicht CAD Datensatz Absenken der Bauplattform Fertiges Bauteil Dr.-Ing. Eric Klemp 25

26 Fused Deposition Modeling Baumaterial Stützmaterial FDM-Kopf Bauteil Auftragsdüsen Stützstruktur Bauplattform Plattform Dr.-Ing. Eric Klemp 26

27 FDM Verfahren Prozessbeschreibung FDM-Kopf Modelmaterial FDM-Kopf Stützmaterial Modelmaterial Rollen zur Materialzufuhr Materialerwärmung Extrusionsdüsen Stützmaterial Bauplattform z x y Dr.-Ing. Eric Klemp 27

28 Movie FDM Dr.-Ing. Eric Klemp 28

29 Forschung FDM Materialeigenschaften / Optimierung Ultem 9085 Alterungseffekte von FDM Bauteilen aus Ultem*9085 Optimierung der Prozessqualität Oberflächenbehandlung von FDM Bauteilen Analysis der FDM Bauteilqualität für das Material M30 Dr.-Ing. Eric Klemp 29

30 Dreifachmischer FDM Dr.-Ing. Eric Klemp 30

31 Konstruktionsanwendung: FDM Lösungen 10 Bauteile per Flugzeug Konstruktion für FDM Nacharbeit Zusammenbau Isolation Vermeidung von Support ULTEM 9085 Gewicht Dr.-Ing. Eric Klemp 31

32 FDM Ultem Bauteil Dr.-Ing. Eric Klemp 32

33 Forschungsprojekte Übergreifende Projekte Konstruktionsrichtlinien Zukunftsforschung Strategieentwicklung Qualitätszirkel Kostenanalyse Dr.-Ing. Eric Klemp 33

34 Beispiel Konstruktionskatalog Dr.-Ing. Eric Klemp 34

35 Einflüsse auf die Kosten Dr.-Ing. Eric Klemp 35

36 Opportunities and Barriers of Direct Manufacturing Technologies Thinking ahead the Future of Additive Manufacturing Analysis of Promising Industries, May 2011 Future Applications, March 2012 Innovation Roadmapping of Required Advancements, March 2013 Dr.-Ing. Eric Klemp 36

37 Research Strategies for Additive Manufacturing Development of an AM Research Map Analysis of the research landscape Excerpt from the AM research map Dr.-Ing. Eric Klemp 37

38 Research Strategies for Additive Manufacturing Development of consistent strategy options Dr.-Ing. Eric Klemp 38

39 Study: Exploring the Research Landscape published in: September 2013 Dr.-Ing. Eric Klemp 39

40 Jahresbericht DMRC 2013 Dr.-Ing. Eric Klemp 40

41 Handlungsfelder Herausforderungen Systemverfügbarkeit Geschwindigkeit Verlässlichkeit und Reproduzierbarkeit Automatisierungsgrad und Logistik Software Material: Auswahl & Kosten Industriestandards Aktionsfelder Prozesstechnik Gerätekonstruktion Steuer- und Regelungstechnik Software Konstruktion & Entwurf der Bauteile Materialeigenschaften Qualitätskontrolle & Standards Ausbildung Das DMRC ist ein Forschungsverbund von Schlüsselakteuren aus Industrie und Forschung die das gemeinsame Interesse verfolgen Additive Fertigungsverfahren zu einem Standard- Produktionsverfahren weiterzuentwickeln. Dr.-Ing. Eric Klemp 41

42 Relevante Industrien Dr.-Ing. Eric Klemp 42

43 Design Anwendung: Autonomer Roboter Problemstellungen: Bewegliche Plattform Messung der Drehbewegung Positionierung der Ladung (fotoelektrischer Sensor) Aufnahme der Elektronik Einzelstücke/ Kleinserie Flexibilität Dr.-Ing. Eric Klemp 43

44 Gewichtsoptimierung/Kopierschutz durch geeignetes Herstellungsverfahren Gewichtsreduktion von 515 g auf 305 g (40%) Originalblock wog ca. 16 kg 15,5 kg Abfall AM Materialgewicht = 720 g Kostenreduktion von auf 400 (60%) i Einzigartiges Design! Kopieren nur mit gleichem Verfahren, ABER nur mit Kenntnis der Prozess-/ Herstellparameter Dr.-Ing. Eric Klemp 44

45 Möglichkeiten & Chancen Anforderungen Chancen Beispiele Geringe Stückzahl Flexibilität Variantenvielfalt Komplexe Konstruktion Zusatznutzen Zusatzfunktionalitäten Zeitknappheit Designfreiheit Wirtschaftlichkeit Produktivität Customization Produktschutz Etc. How far can you imagine? Schwarmroboter Lüftungsbauteil Katapult Radträger etc Dr.-Ing. Eric Klemp 45

46 Vielen Dank! How far can you imagine? Dr.-Ing. Eric Klemp 46