Ralph Mayer Manager AM Customer Services and Projects

Transkript

1 Renishaw GmbH Ralph Mayer Manager AM Customer Services and Projects Karl-Benz-Str. 12, DE Pliezhausen -- M: -- T:

2 Agenda Renishaw das Unternehmen Additive Manufacturing bei Renishaw AM Organisation Renishaw GmbH AM Solution Center Renishaw GmbH AM Systeme o AM400 o RenAM 500M Übersicht AM Fertigung Grundlagen Bauteile Werkzeug- und Formenbau

4

5 Renishaw s Ethos Renishaw`s Ziel ist es, führende Schlüsseltechnologien zur Verfügung zu stellen, um durch ständige Innovation den Ansprüchen unserer Kunden gerecht zu werden. Sir David McMurtry Chairman & Chief Executive

6 Renishaw - Portfolio Spannmittel Maschinen Kalibrierung Weg- und Winkelmess- Systeme Styli Werkzeugmaschinen KMG Metrologie Generative Fertigung Equator Ramanspektroskopie Präzisions-Neurochirurgie Dental CAD/CAM Grossbereich- Messtechnik

7 Weltweites Netzwerk - 70 Standorte - 35 Länder - 95% des Umsatzes, außerhalb UK

8 Renishaw Headquarter, New Mills, Gloucestershire, UK AM Technologie & Konzeptteam Digital Manufacturing Centersupport Renishaw s Produktentwicklungen 1,200 Mitarbeiter

9 Renishaw Headquarter, New Mills, Gloucestershire, UK Renishaw Innovation Centre

10 Produktionsstätte, Cardiff, Wales m² Produktionsfläche 78 ha Grundstück

12 Historie des Additive Manufacturing bei Renishaw 2011

13 AM Produktion, Cardiff, Wales m² Produktionsfläche >3 000 m² Fertigung für AM Systeme

14 AM Entwicklungs- + Solution Center, Stone, Staffordshire AM Maschinenentwicklung Systemintegration Produktmarketing Materialentwicklung: (Pulverwerkstoffe und. Prozessparameter) 120 Mitarbeiter m² AM Solution Center

15 AM Entwicklungs- + Solution Center, Stone, Staffordshire 20 AM Maschinen Material- und Parameterentwicklung Applikation und Erprobung

16 AM Materialprüflabor, Stone, Staffordshire 170 m² Fläche Vermessung von Bauteilen Rauigkeitsmessung Überprüfung der chemischen Spezifikation Gefügedichte und Porosität Mikrostrukturanalyse Bruchtests Härteprüfung Zugprüfung Pulverrheometer Pulvermorphologie Korngrößenverteilung des Pulvers

17 AMPD Europa Forschung & Entwicklung Stone, Großbritannien Renishaw PLC headquarter Wotton-under-Edge, Großbritannien Produktion Miskin, Großbritannien Anwendungs- und Vertriebszentrum & Additive Manufacturing Lohnfertigung Pliezhausen, Germany Renishaw GmbH Renishaw Business Park Renishaw Solution Center

18 AMPD weltweit UK - Stone Centre of excellence for process expertise; supplies worldwide Renishaw tech centre support. UK - Miskin Specialism - production & manufacturing Centre. Medical/Dental facility incorporated within a Healthcare Centre of Excellence. Powders medical grade CoCr & medical grade Ti. USA Activity- A general benchmark and prototyping facility focusing on supporting machine sales. GmbH Specialism- A design and production manufacturing facility focusing on conformal cooled mould tools & tool inserts for injection moulding and die-cast applications Italy Activity- A general benchmark and prototyping facility focusing on supporting machine sales. Spain Activity- A general benchmark and prototyping facility focusing on supporting machine sales China Shanghai Activity- A general benchmark and prototyping facility focusing on supporting machine sales. Canada - (2015) Activity- A general benchmark and prototyping facility focusing on supporting machine sales. India Pune Activity- A general benchmark and prototyping facility focusing on supporting machine sales

19 Renishaw Solution Center Benchmarks 1. England 2. Kanada 3. Indien 4. China 5. Deutschland 6. USA Mietzellen Vor- und nachgelagerte Bearbeitungs verfahren Renishaw Solution Center Dienstleistung Qualitätssicherung Beratung / Training

21 AM Organisation Renishaw GmbH Fokus: AM - Maschinen Rainer Lotz Managing Director Jan-Peter Derrer Product Manager Additive Manufacturing Products Ralph Mayer Manager AM, Customer Services & Projects Fokus: Dienstleistungen Eduard Klett Tech. Project. Mgr. Stephan Kloss R&D M. Boulter Leiter Additive Fertigung K.-O. Hüsken Leiter Konstruktion Additive Fertigung Alexander Munk Tech. Project. Mgr. Lars Markus Service Manager & Vacuum Casting Martin Gasch Tech. Project. Mgr. N. Arnold/M. Leippert Technicians Claus T. Machine Operator A. Wippermann / J. Müller Designer

23 AM Solution Center Pliezhausen Eröffnung

24 Solution Center Germany Sieb- & Sandstrahlzellen Mietzellen Materiallabor Konventionelle Werkstatt ca. 1000m² Benchmark R&D Meetingräume Dienstleistung

25 Mietzelle im Solution Center Germany

26 Applikation im Solution Center Germany

27 Spanende Fertigung im Solution Center Germany

28 Ausstellung im Solution Center Germany

29 Solution Center Germany

30 Renishaw`s Turn Key Strategie Installation der neuen AM Anlage (Produktionsstart ohne Probleme und Anlaufschwierigkeiten) Maschinen-Invest: Austausch der gemeinsamen Entwicklungen, Training für die Mitarbeiter des Kunden Aufbau von Erfahrungen beim Kunden und Unterstützung durch die Fachabteilung. Produktion der ersten Werkstücke ggf. inkl. Konstruktion Support & Benchmark Analyse, ob AM für den Kunden die geeignete Technologie ist Erstes Interesse vom Kunden

31 Solution Center, Startpunkt für Ihre AM Produktion Concept embodies AM benefits Benchmark part: benefits tangible Optimise process & verify part Demonstrate process stability AM & finishing processes to make saleable product

33 AM Maschine AM400 Bauraum 250 x 250 x 300 mm (X,Y,Z) Manuelle Pulveraufbereitung, Befüllung mit zus. Pulver während Prozess möglich Ausgelegt auf lange Prozesszeiten und Prozessstabilität Pulverwechsel möglich Geeignet für reaktive Materialien Optional: Bauraumvorheizung (~ 500 C) 234 x 234 x 230 mm Bauraumverkleinerung 78 x 78 x 56 mm, unabhängig von der Pulverversorgung der Anlage

34 AM Maschine AM400 Bauraumverkleinerung Optional: Bauraumverkleinerung 78 x 78 x 56 mm, unabhängig von der Pulverversorgung der Anlage

35 AM Maschine AM400 Bauraumverkleinerung

36 AM Maschine AM400

38 AM Maschine RenAM 500M Bauraum 250 x 250 x 350 (X,Y,Z) Integriertes, automatisches Pulveraufbereitungssystem Ausgelegt auf lange Prozesszeiten und Prozessstabilität Vollständige Eigenentwicklung mit hoher Fertigungstiefe bei Renishaw Kein Pulverwechsel Geeignet für reaktive Materialien

39 AM Maschine RenAM 500M Gasmanagement integriert Optische Bank integriert Touchscreen HMI Baukammer Glovebox (Schutzhandschuhe) Filter und Pulvertank integriert Ultraschallsiebstation integriert Hauptschalter auf der Rückseite Notausschalter Maschinen-Steuerung Elektronikkomponenten PC integriert Zugänge und Argonanschluss auf der Rückseite Z-Achse Positionierrollen

40 AM Maschine RenAM 500M

42 Welche Teile sind für AM geeignet? grundlegende Fragen: Können technische Vorteile realisiert werden? Können Kostenvorteile realisiert werden? x

43 Welche Teile sind für AM geeignet? grundlegende Fragen im WZB: Ist eine konturnahe Temperierung besser als die konventionelle Lösung? Ist die Herstellung des Einsatzes technologisch sinnvoll? Kann der Einsatz für AM optimiert werden? o Hybridlösung o Einsatz in Einsatz

44 Technischer Fortschritt - Bauteilqualität In den Anfängen Heute Technischer Fortschritt: - Lasertechnik - Optik - Spiegelsteuerung - Softwaresysteme - Gesteigerte R&D Aktivitäten Materialdichte ~90% Materialdichte ~99,9%

45 Technischer Fortschritt - Bauteilqualität 2004 Heute Technischer Fortschritt: - Lasertechnik - Optik - Spiegelsteuerung - Softwaresysteme - Gesteigerte R&D Aktivitäten Oberflächenrauigkeit Oberflächenrauigkeit

46 Verfahrensgerechte Konstruktion Information: Erläuterungen: Beim Lasergenerieren handelt es sich um einen schichtweisen Aufbau. Daher muss jede neue Schicht von der darunterliegenden gestützt werden. Oben abgerundete Kanäle sind baubar. Nur wenige Schichten haben keine optimale Abstützung zur darunterliegenden Schicht. Oben waagrechte Kanäle sind nicht baubar, da die Deckschicht des Kanals in loses Pulver ohne Haltefunktion belichtet wird.

47 Verfahrensgerechte Konstruktion Überhänge und Stützkonstruktionen

48 Verfahrensgerechte Konstruktion Stützkonstruktionen INFORMATION: Die rot dargestellten Stützen sind für die additive Fertigung notwendig. Sie haben folgende Aufgaben: Wärmeableitung Fixierung des Bauteils Abstützung Minimierung des Verzugs Der wesentliche Nachteil dieser Stützen ist, dass sie aufwendig entfernt werden müssen. Zusätzlich bedeutet die Herstellung solcher Stützen zusätzliche Bauzeit und damit höhere Kosten.

49 Verfahrensgerechte Konstruktion Stützkonstruktionen INFORMATION: Durch eine Optimierung der Baurichtung können Stützkonstruktionen optimiert werden. Somit ist es möglich, schwer zugängliche Flächen nicht stützen zu müssen und die Nacharbeit dadurch deutlich zu minimieren.

50 Verfahrensgerechte Konstruktion Stützkonstruktionen INFORMATION: Eine Optimierung der Konstruktion auf die Bedürfnisse der generativen Fertigung ist in jedem Fall von Vorteil. Baubare Überhänge: min. 45 zur Horizontale besser 30 zur Vertikalen

51 Verfahrensgerechte Konstruktion Bauteilausrichtung im Fertigungsprozess Beschichtungsrichtung der Klinge oberste Schicht ANIMATION DER BESCHICHTUNG

52 Verfahrensgerechte Konstruktion Bauteilausrichtung im Fertigungsprozess Beschichtungsrichtung der Klinge oberste Schicht KRITISCHER BEREICH!! Bei Winkeln 45 kann es im Moment des Überfahrens der Geometrie mit dem Recoater, zu einem Kontakt zwischen Klinge und Geometrie kommen. Durch innere Spannungen kann der Rand der Baugeometrie nach oben gezogen werden. In diesem Fall käme es zu einer Kollision mit einem Abbruch der Beschichtung. Das Bauteil ist dann nicht zu retten!

53 Verfahrensgerechte Konstruktion Bauteilausrichtung im Fertigungsprozess Beschichtungsrichtung der Klinge oberste Schicht PROBLEMLOSER BEREICH Das Verlassen der Geometrie ist, selbst bei einem Kontakt, meist kein Problem. Bei einem Winkel von ca. 45 oder sehr kleinen Überhängen wird die Störstelle durch die Klinge geglättet. An diesen Stellen ist dann die Oberfläche der Kontur meist etwas rauer. Ergebnis: die Orientierung der Bauteile im Bauraum ist sehr wichtig!

54 Verfahrensgerechte Konstruktion Bauteilausrichtung im Fertigungsprozess Beschichtungsrichtung der Klinge LÖSUNGSANSATZ 1: Konstruktive Änderung oberste Schicht

55 Verfahrensgerechte Konstruktion Bauteilausrichtung im Fertigungsprozess Beschichtungsrichtung der Klinge oberste Schicht LÖSUNGSANSATZ 2: Minimierung der Spannungen durch eine Stützkonstruktion NACHTEIL = höhere Kosten! Somit ist eine Abstimmung mit der Fertigung unerlässlich.

56 Verfahrensgerechte Konstruktion Überhänge und Aufmaß Information: Prozessgerechte Vorbereitung des Formkerns mit 0,5 mm Aufmaß / Wand und Entschärfung aller kritischen Überhänge.

57 Verfahrensgerechte Konstruktion optimal baubar optimal baubar optimal baubar optimal baubar, aber nicht zu empfehlen

58 Verfahrensgerechte Konstruktion nicht sicher baubar nicht baubar nicht baubar

60 Additive Fertigung: Prototypen und Vor-, Kleinserie Vorteile der additive Fertigung: Verkürzung der Entwicklungszeit, teilweise um mehrere Wochen Verschiedene Varianten können gleichzeitig, kostensparend realisiert werden Funktionsprototypen sind aus hochfestem Stahl gefertigt Bauteilgenauigkeit besser 0,1 mm für Prototypen, in Serie besser 0,05 mm Komplexe, konventionell nicht realisierbare Geometrien sind möglich Stand 2014 Renishaw GmbH

61 Additive Fertigung: Prototypen und Vor-, Kleinserie Vorteile des : Universell einsetzbar Korrosionsbeständig Werkstoffeigenschaften durch Wärmebehandlung auf Anwendung justierbar Stand 2014 Renishaw GmbH

62 Additive Fertigung: Prototypen und Vor-, Kleinserie Aluminium Ventilblock

63 Additive Fertigung: Prototypen und Vor-, Kleinserie Lattice-Structures

64 Additive Fertigung: Prototypen und Vor-, Kleinserie Titan-Komponenten Fahrradrahmen

65 Additive Fertigung: Prototypen und Vor-, Kleinserie Titan-Implantate

66 Additive Fertigung: Prototypen und Vor-, Kleinserie Aluminium Halter, bionisch optimiert

67 Additive Fertigung: Prototypen und Vor-, Kleinserie Aluminium Halter, bionisch optimiert

68 Additive Fertigung: Prototypen und Vor-, Kleinserie Aluminium Halter, bionisch optimiert Vermessung mit Revo auf der CMM

69 Additive Fertigung: Prototypen und Vor-, Kleinserie Wärmetauscher umgesetzt von HIETA in Inconel

70 Reverse-Engineering defekter Fensterbeschlag

71 Reverse-Engineering defekter Fensterbeschlag 1 2 3D Scan des defekten Beschlags Analyse des Scans 4 3 Additive Fertigung Optimierung des Scans im CAD

72 Reverse-Engineering defekter Fensterbeschlag 5 6 Teilesatz auf der Bauplattform Die Stützen wurden entfernt 8 7 Einbau des neuen Beschlags Beschlag nach Mikrostrahlen

73 Reverse-Engineering defekter Fensterbeschlag Fakten: Der defekte Beschlag eines Fensters wird nicht mehr hergestellt. Somit muss üblicherweise ein neues Fenster eingebaut werden! Die Kosten würden weit über 2.000,00 Euro betragen. In naher Zukunft müssten somit ca. 150 Fenster ersetzt werden! Dank der additiven Fertigung bleibt uns die Anschaffung neuer Fenster erspart. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung neue Fenster inkl. Einbau: Beschläge additiv gefertigt : (300 Stück) ca. > ,00 Euro ca ,00 Euro

74 Serienanwendung: Zerspanungswerkzeug Aussagen der : Vier zusätzliche Schneiden rund 50 Prozent mehr Vorschub Bei diesen Fräsern nutzt Komet die additive Fertigung zudem, um den Verlauf der Kühlkanäle im Inneren des Werkzeugs zu optimieren Nach einem Jahr der Zusammenarbeit sieht Entwicklungsleiter Durst seine Entscheidung für die Partnerschaft mit Renishaw vollauf bestätigt: Die Strategie für das Laserschmelzen kann man sich nicht einfach selbst erarbeiten. Wer eine Maschine kauft und sagt, ich probiere das selber aus, wird scheitern. Es kommt entscheidend darauf an, wie man die Wärme einbringt, und wie man strategisch vorgeht, damit ein gutes Werkzeug entstehen kann. Da ist viel Know-how von Renishaw eingeflossen.

75 Serienanwendung: Zerspanungswerkzeug Fakten: In einem Job, können gelichzeitig verschiedene Varianten hergestellt werden Dies spart Zeit in der Entwicklung und der Serie

77 ADDITIVE FERTIGUNG Konturnahe Temperierlösungen für den Werkzeugbau (Spritz- und Druckguß) Fakten: Aktive Temperierungslösungen die konventionell nicht herstellbar sind Zykluszeitreduzierung bis 60% Optimierung der Prozessregelfähigkeit Reduzierung der Ausschussquote durch Bauteilverzug Homogenerer und somit qualitativ höherwertigerer Kunststoff Keine Einfallstellen oberhalb einer Rippe Verringerung der Optimierungsschleifen während der Bemusterung Das Werkzeug ist schneller für den Serieneinsatz verfügbar. Form und Werkstück entsprechen den CAD Daten. Stand 2014 Renishaw GmbH

78 Konstruktion (Optimierung Schieberkühlung) Information: Schieber mit konventionell gebohrter Temperierung Ø 6 mm

79 Konstruktion (Optimierung Schieberkühlung) Information: Schieber mit konturnaher Temperierung Ø 6 mm und zusätzlichem Kreislauf mit Ø 3 mm

80 Konstruktion (Optimierung Schieberkühlung) Information: Schieber mit konturnaher Temperierung Ø 6 mm und zusätzlichem Kreislauf mit Ø 3 mm im Vergleich zur konventionellen Lösung

81 Konstruktion (Ausführung der Temperierkanäle) Scharfkantige Umlenkungen in jedem Fall vermeiden. Information: Hoher Druckverlust Höherer Druckbedarf Ungünstige Strömungsverhältnisse. Keine klaren Strömungen! geringere Wärmeableitung Gefahr von Ablagerungen und Versagen der Kühlung.

82 Konstruktion (Ausführung der Temperierkanäle) Information: Information: CFD Simulation (sichtbarer Partikelstrom) hoher Druckverlust Simulierte Durchflussmenge 10.4 l/min Pumpendruck 3,5 bar

83 Konstruktion (Ausführung der Temperierkanäle) Weiche abgerundete Umlenkungen. Information: minimierter Druckverlust geringerer Druckbedarf klare definierte turbulente Strömung! hohe Wärmeableitung Gefahr von Ablagerungen und Verschluss der Kühlung nahezu ausgeschlossen.

84 Konstruktion (Ausführung der Temperierkanäle) Information: CFD Simulation (sichtbarer Partikelstrom) hoher Druckverlust Simulierte Durchflussmenge 12.9 l/min Pumpendruck 3,5 bar

85 Konstruktion (Ausführung der Temperierkanäle) Information: Konturnahe Temperierung durch eine konturparallele Netzstruktur. keine Sicherheit bei der Pulverentfernung keine definierte Strömung; u.u. unterschiedliche Temperaturen an der Kontur keine definierte Temperierbarkeit Gefahr von Ablagerungen durch Bereiche ohne Strömung Optimierte Ausführung der gleichen Temperieranforderung. keine Probleme bei der Pulverentfernung definierte, zielgerichtete turbulente Strömung; gleichmäßige Temperaturen an der Kontur klar definierte Temperierbarkeit keine Ablagerungen durch stark turbulente Strömung

86 Konstruktion (Ausführung der Temperierkanäle) Konturnahe Netzkühlung. Volumenstrom laut CFD Simulation 3,7 l/min bei 3,5 bar Pumpendruck Optimierte konturnahe Temperierung. Volumenstrom laut CFD Simulation 5,8 l/min bei 3,5 bar Pumpendruck Stand 2014 Renishaw GmbH

87 Konstruktion (Ausführung der Temperierkanäle) Information: Parallele Netzkühlung vs balancierte 6-fach parallele Kühlung

88 Variotherme Temperierung (Beispiel) Information: Vergleich des identischen Spritzlings Oben ohne Vorwärmung der Kavität durch warmes Wasser. Unten mit variothermer Temperierung

89 Werkzeugeinsatz (Beispiel) Information: Konturnah gekühlter Rippenkern mit einem komplexen Verlauf der Kanäle.

90 Thermographie Quelle: GTT Steinko

91 Fallstudie Diese Fallstudie stellt das Optimierungspotential eines gestehenden Produktionswerkzeuges dar.

92 Bereitgestellte Basisinformationen Artikel inkl. Anguss

93 Bereitgestellte Basisinformationen bestehendes Spritzgießwerkzeug (dargestellt Formgebung DS und AS)

94 Bereitgestellte Basisinformationen Thermographie Aufnahmen und PowerPoint Präsentation von Fa. Kärcher C C C

95 Die Herausforderung Optimierung der Werkzeugtemperierung an den Hotspots, mit dem Ziel, die Kühlzeit zu reduzieren und eine gleichmäßigere Abkühlung zu erreichen. Analyse der möglichen Verbesserungen mittels Spritzgieß-Simulation. Artikel mit konventioneller Temperierung

96 Abbildung des bestehenden Spritzgießprozesses im Cadmould 3D-F Hotspots Ansicht der Auswerferseite Temperaturbereich 100 C

97 Abbildung des bestehenden Spritzgießprozesses im Cadmould 3D-F Wandtemperaturen bei konventioneller Temperierung Temperaturbereich C 77 C 77 C 80 C 115 C 119 C

98 Abbildung des optimierten Spritzgießprozesses im Cadmould 3D-F Wandtemperaturen bei konturnaher Temperierung Temperaturbereich C 55 C 49 C 51 C 49 C 50 C

99 Optimierung der Temperierung Artikel mit konturnahen Temperierkanälen auf der Auswerferseite Kanäle mit Ø4 mm

100 Umsetzung im Spritzgusswerkzeug Auswerferseite mit konturnaher Temperierung Formeinsatz (konventionell hergestellt) Einsatz im Einsatz mit konturnaher Kühlung Ø4 (Lasergeneriert) Formeinsatz (konventionell hergestellt) Einsatz im Einsatz mit konturnaher Kühlung Ø4 (Lasergeneriert) abgetrennter Teileinsatz mit konturnaher Temperierung Ø4 (Lasergeneriert in Hybrid-Bauweise) abgetrennter Teileinsatz mit konturnaher Temperierung Ø4 (Lasergeneriert in Hybrid-Bauweise)

101 Optimierung der Temperierung Thermographie des optimierten Prozesses nach 37s Thermographie des ursprünglichen Prozesses nach 52s

102 Renishaw GmbH Zusammenfassung: Fallstudie Kärcher Information: Kühlzeit 55% reduziert (22 -> 10 sec) 3 sec zusätzliche Einsparung im Handling Zykluszeit von 52 auf 37 sec reduziert altes Design neues Design Stand 2014 Renishaw GmbH

103 Fallstudie Diese Fallstudie unseres Kunden belegt eindrucksvoll das Potential additiv gefertigter Temperierlösungen

104 Fallstudie 2010 hatte die F. W. Breidenbach GmbH & Co. KG ein Werkzeug an einen Mitbewerber verloren. Da dieser die zugesagten Zykluszeiten in dem von ihm gefertigten Werkzeug nicht erreichen konnte, wurde unser Kunde erneut angefragt. Es wurden uns die 3 D Daten des Werkzeugeinsatzes zur Verfügung gestellt.

105 Auslegung Nach erfolgtem Auftrag wurde eine optimale, konturnahe Temperierlösung konstruiert.

106 Simulation Auf Basis von Simulationen (Während der Konstruktion) wurde die Balancierung des Temperiersystems perfektioniert.

107 Ergebnis Fakten: Zykluszeit des Wettbewerbs- Werkzeuges 70s Zykluszeit Neuwerkzeug 42s Optimierung 40%

108 Fallstudie Auszüge: Pressebericht Form+Werkzeug 3/2016

109 Fallstudie Auszüge: Pressebericht Form+Werkzeug 3/2016 Aussagen des Kunden im Pressebericht: Die Firma Renishaw ist oft in die Projektentwicklung einbezogen, besonders dann, wenn eine konturnahe Kühlung im Werkzeug zu realisieren ist. Schon zu Projektbeginn zeigt eine ausführliche Analyse, ob Renishaw mit an den Tisch muss Renishaw schafft es immer wieder mit wirklich guten Lösungen zu überraschen. Die technische Kreativität ist in diesem Bereich einmalig. Man kann nur staunen was Renishaw immer wieder zaubert.

110 Fragen?