Additiv fertigen und besser fräsen werden eins! Referent: Dipl.- Physiker Rudolf Derntl Geschäftsführer Hermle Maschinenbau GmbH

Transkript

1 Additiv fertigen und besser fräsen werden eins! Referent: Dipl.- Physiker Rudolf Derntl Geschäftsführer Hermle Maschinenbau GmbH

2 Das Unternehmen Hermle Am Standort Gosheim entstehen alle HERMLE Bearbeitungszentren Produktionsstandort und Firmensitz in Gosheim Technologie- und Schulungszentrum Robotersystem RS Linear Montage

3 Firmenvorstellung Hermle AG Gosheim, Schwäbische Alb Hersteller von Fräsbearbeitungszentren unter dem Motto besser fräsen 1018 Mitarbeiter, Umsatz 394 Mio. (2016 ) Hermle Maschinenbau GmbH Ottobrunn bei München 100% Tochterfirma Entwicklung MPA Technologie Dienstleister für generative Fertigung Maschinenbau Luft- und Raumfahrt Automobil Werkzeugbau Medizintechnik Optische Industrie

4 Hermle MPA Verfahren MPA = Metall-Pulver-Auftrag für die generative Fertigung Thermisches Spritzverfahren für Metallpulver Materialauftrag über eine Düse (Kein Laser) Große Bauteile (>500 mm) Aufbau auf Freiformflächen / Halbzeug Kombination von Materialien

5 Hermle C 40 MPA Hybrides Maschinenkonzept MPA Auftragseinheit integriert in ein Hermle C 40 Bearbeitungszentrum 5 Achs-Kinematik für freie Positionierung der Düse zum Bauteil Großer Arbeitsraum: Störkreis > 500 mm

6 Die Hermle MPA-Technologie Anlagenschema

7 Auftragstechnologie Prinzip: Energieübertrag auf das Metallpulver beim Durchgang durch die Düse Energieträger Wasserdampf Hohe Auftragsraten: > 200 ccm / Stunde Mehrere Materialien gleichzeitig verfügbar Pulverpartikel werden nicht geschmolzen. Geringe Spannungen im Bauteil Überhitzter Wasserdampf Pulver in Trägergas (N2) Mischzone Lavaldüse freier Pulverstrahl Substrat

8 Schichtbildung Partikel mit gleichachsigen Körnern Aufeinander folgende Deformation der Partikel Aufprall mit Überschall- Geschwindigkeit Stark gestreckte Körner an der Grenzfläche Wärmeentwicklung Gestreckte Körner an Grenzfläche Substrat [Quelle: K. Kang, J. Won, G. Bae, S. Ha, C. Lee, J Mater Sci (2012) 47: ]

9 Fertigungsablauf Werkzeug für den Kunststoffspritzguss Integration einer oberflächennahen Kühlung Ausgangspunkt: Rohling mit gefrästem Kanal

10 Fertigungsablauf Aufbau einer oberflächennahen Kühlung 1. Kanal füllen 2. Oberfläche fräsen 3. Stahlmantel auftragen

11 Fertigungsablauf Bauteil mit oberflächennahem Kühlkanal Bauteil wird nach Wärmebehandlung beim Kunden endbearbeitet. Zykluszeitreduzierung beim Kunden: 40% Oberfläche kann bei Bedarf auf Hochglanz poliert werden.

12 Materialien Ausgangsmaterial: Metallpulver Warmarbeitsstähle (1.2344, , ) Kaltarbeitsstähle (1.2333, ) Rostfreie Stähle (1.4404, ) Eisen, Kupfer, Bronze Wasserlösliches Füllmaterial (für Kanäle, Hohlräume )

13 Materialkennwerte Werkzeugstahl (Hochglanz) Druckfestigkeit: > 2000 MPa Elastizitätsmodul: 208 GPa Bruchdehnung: 1-3 % Zugfestigkeit und Rp0,2%-Dehngrenze: Halbzeug x/y-richtung z-richtung Düse * ) Die Ergebnisse gelten für vergüteten Probe mit Härte 52HRC Rp0,2 [MPa] Rm [MPa] aufgetragener Probenkörper

14 Materialkennwerte Werkzeugstahl (Hochglanz) Rauheitsprofil nach ISO 4287 einer hochglanzpolierten Probe Kennwerte Messwerte Einheit Rz - Gemittelte Rautiefe 0.1 μm Ra - Mittenrauwert μm

15 Füllmaterial Material für Stützstrukturen und zum Füllen von Kanälen und Kavitäten Wird mit dem MPA-Verfahren aufgetragen Ist ein gut zerspanbarer Werkstoff Ist wasserlöslich Wasser Bauteil mit Kühlkanal (Schnitt) Füllmaterialprobe

16 Materialeigenschaften Reinkupfer Aufbaurate: 900 cm 3 /h Porosität: <1 % Sauerstoffanteil: 0,1 % Nach Glühung: Härte: El. Leitfähigkeit: 62 HBW2,5/62,5 53, S/m Gefüge im gespritzten Zustand Gefüge im gespritzten Zustand Kupfer auf Stahl

17 MPA Studio CAM-Software Programmierung und Simulation der Fertigungsprozesse

18 Bauteile Gekühlter Werkzeugeinsatz Werkzeug zur Blechumformung Einsatz in der Automobilindustrie Kühlkanäle Generativ aufgetragener Werkzeugstahl Halbzeug Nachfolgeprojekt Reduzierung von 40 konventionell gebohrten Bauteilen auf 30 additiv hergestellte Backen.

19 Fertigung im Rotationsauftrag Generativer Aufbau auf zylindrischen Rohlingen.

20 Bauteile Spritzgussform Stahl/Kupfer Kombination Kupferelement e Kühlkanal Trennebene Halbzeug

21 Bauteile Vorkammerbuchsen Einsatz in Spritzgussmaschinen Wärmeleitung durch Kupferelemente Kühlkanal Aufgetragener Werkzeugstahl Halbzeug

22 Bauteile Fertigungsschema Kupfer-Stahl Kombinationen 1. Rohling 3. Nach Stahlauftrag Vorkammerbuchse Einsatz in Spritzgussmaschinen Zykluszeitreduzierung: 20% 2. Mit gefüllten Kupfertaschen 4. Fertiges Bauteil (Segment)

23 Bauteile Spritzgussform Stahl/Kupfer Kombination Kupferkerne Kühlkanal Wärmetransport über Kupferkerne zum Kühlkanal.

24 Bauteile Induktionsspule aus Kupfer Generativ hergestellt aus Kupfer Halbzeug

25 Bauteile Werkzeuge mit eingebetteten Funktionsteilen Heizelemente / Thermoelemente Direkte Materialanbindung durch Pulverauftrag

26 Zusammenfassung Das MPA Verfahren vereint die Stärken der subtraktiven (Fräsen) und additiven (kinetisches Kompaktieren) Fertigung. Das Verfahren eignet sich hervorragend zum Auftragen großer Volumina; hohe Auftragsraten. Keine Reduzierung auf planare Schichten. Ein Auftragen auf Freiformflächen ist möglich. Geringe Eigenspannungen im Bauteil. 3D Multimaterialien sind realisierbar (Cu / Stahl; Reineisen / Edelstahl) Die Integration von Funktionsbauteilen (Heizdrähte, Sensorik) in Kombination mit Kühlkanälen erlauben eine variotherme Temperierung.

27 Video MPA42 Gesamt

28 Vielen Dank für Ihr Interesse! Besuchen Sie uns in der Halle 12 Stand C 36 Weitere Informationen zur MPA Technologie finden Sie unter YouTube/Hermle MPA Video