Entwicklung und Optimierung von AM Bauteilen für die Verfahrenstechnik

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1 Entwicklung und Optimierung von AM Bauteilen für die Verfahrenstechnik Sebastian Mathias Schillo, Felix Volkmann 1

2 Additive Manufacturing (AM) 3-D Druck EmPad THALETEC GmbH 2

3 Additive Manufacturing (AM) 3-D Druck AM spare part management KSB AG und BASF SE EmPad THALETEC GmbH 3

4 Additive Manufacturing (AM) 3-D Druck AM spare part management KSB AG und BASF SE AM bei BASF Engineering & Maintenance Innovative AM-Bauteile Zertifizierung von Metallbauteilen Materialentwicklung Ersatzteilmanagement EmPad THALETEC GmbH 4

5 AM in der BASF Funktionelle Bauteile, Material & Solutions BASF Engineering & Maintenance BASF new Business GmbH BASF als interner Kunde Individualisierung Anlageninstandhaltung Prozessoptimierung Transfer Erfahrung Qualifikation Konstruktion External customer AM Lösungen Materialentwicklung 5

6 E&M - AM Technologien Funktionsbauteile und Werkzeuge für BASF Anwendungen Hohe Reproduzierbarkeit des 3-D Druck Prozess Materialien (Edelstahl, Nickelbasislegierungen) Stereolithographie Selective Laser Melting Fused Layer Modeling 6

7 Prozess-Entwicklung: Metall-Composit Filament für Additive Manufacturing % Schrumpf Filament 3D printing Green Part Debinding Brown Part Sintering Metal Part Industrieller Standard Prozess für Pulverspritzguss 7

8 Chancen und Perspektiven für die BASF Optimierungsmöglichkeiten für verfahrenstechnische Bauteile Steigerung der Effizienz des chemischen Prozesses Reduzierte Produktentwicklungszeit Ökologische und nachhaltige Lösungen Optimiertes Design form follows function Strömung Wärmeübertrag Durchmischung 8

9 Smart Manufacturing Simulation Design AM Finishing Testing Topologie, Geometrie 3-D-Printing Prozess CAM Simulation Materialkennwerte 9

10 Potential für den chemischen Prozess Potential für chemischen Prozess Konstruktion, Simulation Bauteileigenschaften Material Anisotrope Materialeigenschaften (Härte, Festigkeit, ) 3-D Druck Prozess Fertigungseigenschaften (Schrumpf, Verzug, ) Reproduzierbarkeit, Entwicklungsstand AM Technologie 10

11 Einfluss auf die gefertigte Komponente Part design Result Material 3D-P Process 11

12 Einfluss auf die gefertigte Komponente Part design Materialeigenschaften Material Result 3D-P Process Prozessparameter 12

13 Anforderungen in der chemischen Industrie Optimierungsparameter für die additive Fertigung Strömung & Temperaturübergang Durchmischung Material: chemische Beständigkeit Leichtbau Die Bauteilform hat einen entscheidenden Einfluss auf den späteren Prozess 13

14 Optimierung von Komponenten für die Verfahrenstechnik - Druckbehälter Konventionell AM optimiert Simulation Optimierte Parameter Wärmeübertrag Durchmisschung Spannungsverteilung 14

15 Optimierungsschritte Druckbehälter 3-D gedruckter Druckbehälter Komplexität Ausgangsbauteil Schritt 1 Schritt n+1 Schritt n+x Geometrieänderung 15

16 Optimierung von Komponenten für die Verfahrenstechnik Wärmübertrager Konventionell AM optimiert Simulation A A Optimierte Parameter Wärmeübertrag Durchströmung Bauteilzusammenbau 16

17 Gedrucktes Bauteil: Optimierter Wärmeübertrager Monolithisches Bauteil, kein Zusammenbau mehr erforderlich Bauteilreduzierung: 71 Bauteile 1 AM Bauteil Oberflächenvergrößerung sowie Optimierung der Durchströmung für einen gleichmäßigen Wärmeübertrag 17

18 Optimierung von Komponenten für die Verfahrenstechnik Statischer Mischer Conventional AM optimization Simulation Optimierte Parameter Wärmeübertrag Strömung Bauteilzusammenbau 18

19 Statischer Mischer mit integriertem Kühlsystem Mischen von hochviskosen Flüssigkeiten Reduzierung des Foulings durch die Strömungsoptimierung cooling channel Prozessangepasster Wärmeübertrag Modulare Bauweise 19

20 Entwicklungsprozess Additive Manufacturing Toleranz Supportstrukturen AMKonstruktion Orientierung Idee, Simulation AM Bauteil 20

21 Funktionelle Bauteile, Materialien & Lösungen Optimierungen von Komponenten für chemische Prozesse Fertigung auch extern BASF interne Lösungen Transfer Externer Kunde 21