QUALITÄT VON ADDITIVE MANUFACTURING UND DEREN GRENZEN
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- Gitta Wolf
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1 QUALITÄT VON ADDITIVE MANUFACTURING UND DEREN GRENZEN
2 Fertigungsübersicht Additive Fertigung Formloser Aufbau Stoffeigenschaften ändern Fertigungsverfahren Urformen Umformen Trennen Fügen Beschichten Stoffeigenschaften ändern
3 Businessplan 2006
4 AM Prozesskette 2006 Input Baujobvorbereitung AM Fertigung 3D-Daten (STL-Format) Stützen bestimmen Bauteil - Orientierung Schichten berechnen Bauteil schichtweise fertigen Reinigen von dem Bauteil und Maschine Prüfen Nachbearbeitung Geometrie überprüfen Funktionsflächen nachbearbeiten Wärmebehandlung Stützen entfernen
5 AM Prozesskette 2017
6 AM Prozesskette D Daten Bauteil orientieren Stützen platzieren Schichten berechnen
7 Baujobvorbereitung Materialfile vs Belichtungsgeschwindigkeit, F(t,p) p Punktabstand T Belichtungszeit hs Spurabstand P L Laserleistung, F(Fokus, Laserleistung) s Schichtdicke T A Vorheizung Arbeitsraum Scanstrategie Quelle: ZHAW T A! Die Materialeigenschaften können bei unterschiedlichen Maschinen komplett anders sein!
8 Parameter und Laser
9 AM Prozesskette 2017 Bestellung Kontrolle Lagerung bereit stellen Maschine einrichten Inertgas und vorwärmen 3D Daten Bauteil orientieren Stützen platzieren Schichten berechnen AM Fertigung
10 Prozess
11 AM Prozesskette 2017 Bestellung Kontrolle Lagerung bereit stellen Laser Maschine einrichten Umgebung Inertgas und vorwärmen Parameter 3D Daten Bauteil orientieren Stützen platzieren Schichten berechnen AM Fertigung
12 AM Prozesskette 2017
13 AM Prozesskette 2017 Bestellung Kontrolle Lagerung bereit stellen Laser Maschine einrichten Umgebung Inertgas und vorwärmen Parameter LIVE QS Kontrolle 3D Daten Bauteil orientieren Stützen platzieren Schichten berechnen AM Fertigung
14 LIVE Qualitätskontrolle
15 AM Prozesskette 2017 Bestellung Kontrolle Lagerung bereit stellen Laser Maschine einrichten Umgebung Inertgas und vorwärmen Parameter LIVE QS Kontrolle 3D Daten Bauteil orientieren Stützen platzieren Schichten berechnen AM Fertigung Maschine reinigen Recycling Kontrolle Lagerung
16 AM Prozesskette 2017 Bestellung Kontrolle Lagerung bereit stellen Laser Maschine einrichten Umgebung Inertgas und vorwärmen Parameter LIVE QS Kontrolle 3D Daten Bauteil orientieren Stützen platzieren Schichten berechnen AM Fertigung Prüfen Bauteile trennen Nachbearbeitung Wärme behandl ung Oberflächen Nachbearbeitung End Kontrolle Maschine reinigen Recycling Kontrolle Lagerung Bandsäge / Erodieren Stützen entfernen Bauteile Prüfen Bauplatten fräsen
17 Mikrostruktur 100-facher Vergrösserung (geätzt und ungeätzt) Post Prozess Bauteil / Prüfung Analyse Mikrostruktur Archimedische Dichtebestimmung ρ Probe = M ProbeLuft M ProbeLuft M ProbeWasser ρ Wasser
![Spannung [MPa] Post Prozess Bauteil / Prüfung 700 600 500 400 300 200 100 0 0 5 10 15](/docs-images/77/75034878/images/18-1.jpg "20 25 30 35 40 45 Dehnung [%] Spannungs-Dehnungs Diagramm SLM bearbeiteter rostfreier")
![9 %. (Quelle ZHAW/ZPP) Zugfestigkeit Bruchdehnung Streckgrenze [MPa] [%] [MPa]](/docs-images/77/75034878/images/18-3.jpg "Strahlgeschmolzen 626 43 570 ZHAW / ZPP Strahlgeschmolzen 650 25 495 gem.")
18 Spannung [MPa] Post Prozess Bauteil / Prüfung Dehnung [%] Spannungs-Dehnungs Diagramm SLM bearbeiteter rostfreier Stahl (Quelle ZHAW/ZPP) Schliffbild vom Querschnitt einer Zugprobe mit Volumengehalt 99.9 %. (Quelle ZHAW/ZPP) Zugfestigkeit Bruchdehnung Streckgrenze [MPa] [%] [MPa] Strahlgeschmolzen ZHAW / ZPP Strahlgeschmolzen gem. Concept Laser Stangenmaterial gem. Stahlschlüssel üblich: 660 üblich: 48 Üblich: 360
19 Post Prozess Bauteil / Prüfung
20 Fehlerquellen im Prozess Baujobvorbereitung Falsche Bauteilausrichtung Zuwenig Stützen Zuwenig Zugabe AM Prozess Verzug im Bauteil Ablösen der Stützen Ablösen der Bauteile Schlechte Beschichtung Verklemmen Beschichter Kein mehr Post-Prozess Bauteil Deformation nach trennen von Bauplatte (Eigenspannungen) Deformation nach Wärmebehandlung Fehler in der Nachbearbeitung Fehler im Gefüge
21 Fehlerquellen im Prozess Baujobvorbereitung Falsche Bauteilausrichtung Zuwenig Stützen Zuwenig Zugabe AM Prozess Verzug im Bauteil Ablösen der Stützen Ablösen der Bauteile Schlechte Beschichtung Verklemmen Beschichter Kein mehr Post-Prozess Bauteil Deformation nach trennen von Bauplatte (Eigenspannungen) Deformation nach Wärmebehandlung Fehler in der Nachbearbeitung Fehler im Gefüge
22 Fehlerquellen im Prozess Baujobvorbereitung Falsche Bauteilausrichtung Zuwenig Stützen Zuwenig Zugabe AM Prozess Verzug im Bauteil Ablösen der Stützen Ablösen der Bauteile Schlechte Beschichtung Verklemmen Beschichter Kein mehr Post-Prozess Bauteil Deformation nach trennen von Bauplatte (Eigenspannungen) Deformation nach Wärmebehandlung Fehler in der Nachbearbeitung Fehler im Gefüge
23 Grenzen der Additiven Fertigung Situation Heute Situation Morgen Bauteilgrösse Bauraum: 800x400x500 mm 3 Bauraum: 5.8x1.2x1.2 m 3 Oberfläche ca. Ra 3.6 bis 10 ca. Ra 1 bis 5
24 Grenzen der Additiven Fertigung Situation Heute Situation Morgen Überhang 45 gemäss Designrichtlinie 30 für den SLM Prozess Masshaltigkeit +/ mm (Abhängig von der Bauteilorientierung) +/- 0.02mm (Unabhängig von der Bauteilorientierung)
25 Grenzen der Additiven Fertigung Materialien Situation Heute Nur bestimmte Legierungen möglich Situation Morgen Kundenspezifische Legierungen und Materialmischungen Wirtschaftlichkeit Aufbaurate bis zu 30 cm 3 /h 50 bis 100x schneller
26 Schluss Statement Der ganze AM Produktionsprozess hat grossen Einfluss auf die Bauteile Qualität Beim AM Einzelteil, aber vor allem im Serienteil! Erfolgreiches AM ist wenn Entwicklung auf AM ausgerichtet dann sind auch Serien wirtschaftlich Daniel Kündig, Mitgründer Ecoparts, Technik/Produktion, AM Event, Oensingen 22. Juni 2017
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