Nicht mehr lieferbar 3D-Druck als Alternative?

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1 Mitglied der Maintenance and Facility Management Society of Austria Mitglied in der Light Alliance des Laserzentrums Nord Mitglied Forum Vision Instandhaltung Mitglied der COG (Component Obsolescence Group) Deutschland e.v. Nicht mehr lieferbar 3D-Druck als Alternative? Peter Schmidt GMP German Machine Parts GmbH & Co. KG Kegelenstrasse 3-5, Stuttgart Tel We bring your machines back to work GMP German Machine Parts Alle Inhalte sind Eigentum von GMP und dürfen auch auszugsweise nur mit Genehmigung von GMP verwendet werden.

2 Agenda 1. Grundlagen des 3D-Druck a. Technologien b. Erwartungen vs. Realität c. Kriterien zur Anschaffung eines 3D-Druckers d. Stützstrukturen & Supportmaterial 2. Projekt Knochen 3. 3D-Druck für Ersatzteile a. Beispielrechnung Projekt Oelfilter Gehäuse aus AL b. Der gesamte 3D-Druck Prozess c. Ersatzteile mit dem 3D-Druck d. 3D- Metalldruck 4. 3D-Druck und Nachbearbeitung 5. Zusammenfassung 3D-Druck 2

3 Grundlagen 3D-Druck 3

4 Technologien 3D-Druck Technologien Material Keramic Metall Sand Kunststoff Wachs Aufbau durch Polymerisation SL PJ Aufbau durch Verkleben BJ Aufbau durch Verschmelzen LM FDM MJ EBM LS *SL=Stereolithographie / BJ=Binder Jetting / LM= Laser Melting / FDM=Fused Deposition Modeling 4

5 Schritte vom 3D-Modell zum gedrucktem Teil o Die STL-Schnittstelle ist eine Standardschnittstelle vieler CAD-Systeme. o Unter dem Slicen versteht man das Zerlegen in die einzelnen horizontalen Schichten und die Wegeinformation (X & Y-Koordinaten). o Im G-Code liegen die Parameter zum Druckkopf / Heizbett sowie Temperatur & Geschwindigkeit sowie Informationen zum Vorschub. 5

6 3D-Druck als neue Revolution? Erwartungen Bauteildruck vom Foto Einfache Zeichnung genügt Geringe Kosten Jeder kann herstellen Prozesssicher Alle Geometrien herstellbar Realität 3D gerechte CAD Daten nötig 3D-Konstruktion, keine Werkzeugkosten Unter bestimmten Voraussetzungen (Stückzahl, tech. Anforderungen, Material) Unterschied zwischen Hobby & professioneller Anwendung Komplexe unterschiedliche Verfahren mit einer Vielzahl an Einflussgrößen Je nach Anforderungen ist mechanische Nacharbeit erforderlich (Gewinde/ Passung usw.) 6

7 Kriterien zum Kauf eines 3D-Druckers + 3D-Druck ist (noch) kein Konkurrenzverfahren zur Serienproduktion eher eine Ergänzung. + 3D-Drucker eher für die Produktenwicklung. Wenn grundlegende Entscheidungen über Design, Funktionalität und Haptik zu treffen sind. + Festlegen muss sich ein zukünftiger 3D-Drucker Interessent, über das Material das er verarbeiten möchte, daraus resultierend ergibt sich dann die Maschinentechnologie. + Schnelle und präzise Druckergebnisse durch unterschiedlichste Technologien und Materialien. + Die Kosten für 3D-Drucker sind insbesondere in den vergangenen Jahren massiv gesunken. 7

8 3D-Drucker I Technologie FDM Bauraum ca. 300 x 300 x 450 mm Düsen ø ca. 0,1 -> 0,8 Einsatz im Hobbybereich Preise zwischen Schnell einsatzbereit. 8

9 3D-Drucker II Technologie Laser Melting Bauraum: 500 x 280 x 365 Mehrstrahltechnik Metall Pulver: Aluminium, Titan, Werkzeug- Stahl. SLM Solutions Group AG Preise: 80 T bis >200 T Plus Infrastrukturkosten/ Personalkosten von nochmal 120T 9

10 3D-Druck in der Medizintechnik 10

11 Der Praxistest für Ersatzteile im 3D-Druck Aufgabenstellung: Aus CT/MRT Patientendaten einen pneumatisierten Knochen zu extrahieren, der im 3D-Druckverfahren hergestellt werden kann. Im Praxistest erwies sich eine Kombination aus Polymer und Gips als druckbar. 11

12 Der Praxistest für Ersatzteile im 3D-Druck II Wichtig sind die knochigen und mit Luftzellen durchsetzen Materialeigenschaften und die Möglichkeit in ein mehrteiliges Muster, passgenau zu Drucken Nerven, Ossicle, Trommelfell... Optional sind Kavitäten im Druck eingebettet, Nerven eingezogen. 12

13 3D-Druck für Ersatzteile 13

14 Der gesamte 3D-Druck Prozess Quelle: Laser Zentrum Nord/Premium Aerotec/Bionic Production, Light 2016, Schimanski/Wycisk 14

15 Projekt Ölfiltergehäuse I Stückzahl: 1 Stück. Komplett bearbeitet 15

16 Ersatzteile mit dem 3D-Druck + Konventionelle Herstellung sehr teuer (Werkzeuge) + Guss-Formen sind nicht mehr vorhanden +/- Keine CAD 3D-Modelle vorhanden + Stückzahl gering, hohe Rüstzeiten + Material unkritisch +/- Wieviel Stützstrukturen sind nötig + Toleranzen/Oberflächen unbearbeiteter Flächen unkritisch + Geringe mechanische Nacharbeit nötig (Härten, Schleifen usw.) 16

17 3D Metalldruck Dünne Lagen aus Metallpulver werden mit einem oder mehreren Laserstrahlen aufgeschmolzen und damit verbunden -> Schweißvorgang Über 150 Parameter für den gesamten Druckvorgang Verschiedene Metallsorten von Aluminium über Stähle bis zu Titanlegierungen stehen zur Verfügung Hohe Festigkeiten sind erzielbar Bauraum sehr begrenzt (< 1000mm) Umfangreiche Infrastruktur nötig 17

18 Projekt Ölfiltergehäuse II 3D-Druck versus Metallguss + Objekt kann gescannt und aufbereitet werden + Stückzahl 1!! + Keine Form oder Vorrichtung notwendig + Günstigere Projektlaufzeit + Komplexe Formgebung & thermisch belastbar. - Nacharbeit entfällt nicht + Passend für Bauraum 3D- Drucker + geringer Materialverlust - Aufwand/Kosten: 3D-Modell - Hohe Anlaufkosten=Gussform + Besser für höhere Stückzahlen - Gussform nur einmalig verwendbar. - Höhere Durchlaufzeit - Zum Teil eingeschränkte Bearbeitungsflächen - Aufwand für die Nachbearbeitung +- Mögliche Lunkerbildung beim Guss 18

19 3 D Druck < - > konventionelle Herstellung 1. Datenerstellung durch Scannen und CADModellierung. Einmalkosten 300,00 2. Herstellung des Gehäuse durch Laserschmelzen (30 µm) inkl. Entfernen der Stützstruktur und Sandstrahlen. 1980,00 3. Zerspanende Nachbearbeitung des Rohteil Gehäuse durch CNC-Drehen und CNC-Fräsen. Endbearbeitung. 1. Zeichnungserstellung im CAD und Ableitung der Gussform Daten. 450,00 2. Erstellung einer Gussform, Werkzeug-kosten, Sandguss. 1 x Verwendbar 1600,00 3. Gießen des Rohteils und Oberflächenfinish. GMP German Machine Parts 300,00 4. Optional: Parametrische Flächenrückführung in STEP-Daten basierend auf STL-Datensatz zur weiteren Verwendung. Lieferzeit 14 AT 2580,00 650,00 4. Nachbearbeitung komplett CNC-Drehen und Fräsen. Querbohrung Lieferzeit 30 AT 550, ,00 19

20 3D-Druck und Nachbearbeitung 20

21 Stützstrukturen & Supportmaterial Um überhängende Strukturen mithilfe von Fused Filament Fabrication detailgenau erzeugen zu können, wird oftmals eine Stützstruktur benötigt. Ein zweiter Extruder mit dem selben Material erstellt, oder Mithilfe eines zweiten wasserlöslichen Materials erzeugt. Quellen: github, PSTutorials 21

22 Beispiel 3D-Druck und Nachbearbeitung Oberfläche Zahnflanken Innengewinde, Planfläche Trennstelle Trägerplatte Oberflächen und Passung Bohrung 22

23 Zusammenfassung 3D-Druck 3D-Druck im industriellen Bereich ist ein anspruchsvoller Prozess auch für Ersatzteile Die Entscheidung muss für jedes Bauteil individuell getroffen werden: Gesamtkostenbetrachtung / Zeit Die Daten für den 3D-Druck müssen professionell aufbereitet sein. Prozess-Sicherheit für 3D-Druck und Nachbearbeitung muss gewährleistet sein. Substantieller Aufwand bei älteren Bauteilen: Umfangreiche Bearbeitung von Scan-Daten Umwandlung 2D-Zeichnungen in 3D-Druckmodell 23

24 Ihr Ansprechpartner: Peter Schmidt Projektleiter Telefon: +49 (0) GMP German Machine Parts GmbH & Co. KG Kegelenstr Stuttgart COG (Component Obsolescence Group) Deutschland e.v.: smartpcn: pcn.global: 24

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