Strahlschmelzen generative Fertigung von Metallbauteilen. Christian Kolbe, FKT Formenbau und Kunststofftechnik GmbH, Triptis PRAXIS

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1 Strahlschmelzen generative Fertigung von Metallbauteilen Christian Kolbe, FKT Formenbau und Kunststofftechnik GmbH, Triptis

2 Gliederung Generative Fertigung von Metallteilen FKT Formenbau und Kunststofftechnik GmbH Einordnung generativer Verfahren, Verfahrensbeschreibung Anwendung, Möglichkeiten Konturnahe Temperierung Thermische Formkernoptimierung Effekte konturnaher Temperierung Hinweise zur kostenoptimierten Konstruktion Ausblick SEITE 2

3 Zentrale Lage! Kurzvorstellung FKT Formenbau und Kunststofftechnik GmbH SEITE 3

4 Kurzreport FKT... flexibel, kundenorientiert, termintreu. SEITE 4

5 Entwicklung / Konstruktion Vertrieb / Marketing Über 100 Mitarbeiter Geschäftsbereiche AV / Programmierung Einkauf/Technik Qualitätswesen Kunststofftechnikum - für Bemusterung und Serie Formenbau-Fertigungszentrum 1 - für große Spritzgießwerkzeuge bis 20 t Ø 20 Azubi s After-Sales-Service Sonderfertigung Formenbau-Fertigungszentrum 2 - für kleine und mittlere Spritzgießwerkzeuge mit hoher Präzision SEITE 5

6 Anwendung von Lasertechnologien im Werkzeug- und Formenbau Laserbearbeitung Strahlschmelzen - LaserCUSING Laserabtragen Laserschweißen SEITE 6

7 Additive Fertigungsverfahren Verfahrenseinordnung in die Hierarchie additiver Fertigungsverfahren Stereolithografie (SL) Fused Layer Modeling (FLM) Poly Jet Modeling (PJM) VDI Richtlinie Auszug Layer Laminated Manufacturing (LLM) Digital Light Processing (DLP) Laser Sintern (LS) Strahlschmelzen Multi Jet Modeling (MJM) 3-D-Printing (3DP) Selective Laser Meltig (SLM) Electron Beam Melting (EBM) LaserCUSING Laserforming Masken Sintern (MS) SEITE 7

8 Verfahrenserläuterung - Strahlschmelzen Problemstellung: Drehteil mit Hinterschneidungen SEITE 8

9 Verfahrenserläuterung - Strahlschmelzen Lösungsvariante: Herstellung durch Strahlschmelzen horizontale Lage Anordnung im Bauraum und Erzeugung notwendiger Stützstrukturen Slicen Flächendaten erzeugen SEITE 9

10 Verfahrenserläuterung - Strahlschmelzen SEITE 10

11 Verfahrenserläuterung Strahlschmelzen - Grenzbedingungen SEITE 11

12 Verfahrenserläuterung Strahlschmelzen - Beispiel für innen angeordnete Stützstrukturen Quelle: Materialise, www. materialise.de SEITE 12

13 Relevante Pulverwerkstoffe für den Werkzeug- und Formenbau CL 50 WS - Warmarbeitsstahl CL 20 ES - Edelstahl CL 91 RW - rostfreier Warmarbeitsstahl (CL 100NB) Nickel-Basislegierung (Inconel 718) Temperaturstabil auch bei hohen Temperaturen / Turbinenbau SEITE 13

14 Weitere am Markt verfügbare Pulverwerkstoffe Aluminiumlegierungen Nickelbasislegierungen Titanlegierungen Reintitan Cobalt-Chrom-Legierungen Bronzelegierungen Edelmetalllegierungen Die Festigkeiten liegen nahezu im Bereich der Festigkeiten vergleichbarer Grundwerkstoffe. SEITE 14

15 Einsatzmöglichkeiten Erzeugung von Bauteilen mit speziellen, nicht konventionell herstellbaren Hohlräumen - z.b. für konturnahe Temperierkanäle Herstellung funktionsfähiger Prototypen / Einzelteil- und Kleinserienfertigung komplizierter Bauteile SEITE 15

16 Anwendung im Werkzeug- und Formenbau Schnelle, gleichmäßige Abkühlung von spritzgegossenen Kunststoffteilen SEITE 16

17 Einsatzmöglichkeiten Hybridbauweise Oberteil Kostengünstiger Einsatz der Strahlschmelz-Technologie Schnelle, preiswerte Reparaturlösung Hybridgrundkörper Prinziplösung SEITE 17

18 Einsatzmöglichkeiten Integralbauweise Funktionsvielfalt in einem Stück Geringer Platzbedarf Gutes Masse Leistungsverhältnis Leichtbau durch hohe Funktionsdichte Prinziplösung SEITE 18

19 Einsatzmöglichkeiten Isolierschichten z.b. - in Verbindung mit Flächenkühlung in Angussbuchsen SEITE 19

20 Einsatzmöglichkeiten Änderungs- und Reparaturlösung Konturänderungen an filigranen Einsätzen SEITE 20

21 Einsatzmöglichkeiten Schnelle Herstellung komplizierter Konturteile mit hohem konventionellem Fertigungsaufwand Konturbereiche mit hohem Erodieraufwand SEITE 21

22 Fertigung thermisch optimierter Kontureinsätze Aufgabe: schnelle und homogene Wärmeabfuhr aus der Kavität Getränkehalter - Automotivbereich Besonderheit: Hybridteil für genarbte Innenkontur SEITE 22

23 Fertigung thermisch optimierter Kontureinsätze Lösung: Konstruktion geeigneter, konturparalleler Temperierkanäle und Trennung für Hybridbauweise zur Kostenminimierung SEITE 23

24 Fertigung thermisch optimierter Kontureinsätze Ergebnis und thermografischer Nachweis Fazit: sehr geringer Verzug, 2s weniger Kühlzeit als spezifiziert SEITE 24

25 Kostenoptimierte Bauteilgestaltung Teilung von Temperierkanälen Kanal gefräst SEITE 32

26 Kostenoptimierte Bauteilgestaltung Umgekehrte Hybridtechnik Anwendung bewährter Leichtbauprinzipien Materialeinsparung durch zusätzliche Freisparungen hier Bohrungen Konturseite SEITE 33

27 Kostenoptimierte Bauteilgestaltung So genau und detailliert wie nötig! Abwägung konstruktiver Aufwendungen zum erwarteten Nutzen SEITE 34

28 Strahlschmelzen - Vorteile für den Wz. & Formenbau Homogene Oberflächentemperierung trotz geringer Platzverhältnisse Gezielte thermische Steuerung kritischer Bereiche Flexible Reparaturmöglichkeiten Qualitätssteigerung geringe Maß-, Form- und Lageabweichungen im stabilen Fertigungsprozess Kürzere Zykluszeiten Hoher Detailierungsgrad Geringer Gesamtfertigungsaufwand bei komplizierter Bauteilgestalt Reduzierung des Fräs- und Erodieraufwandes SEITE 36

29 Funktionsbauteile und Prototypen Verstrebungsblech Lüfterrad Schaltkurvensegment Gewindespindel SEITE 37

30 Funktionsbauteile und Prototypen Überwurfmutter Grobfiltersieb Axiallüfter Düsenendstück mit Schutzgashülle Kegelrad SEITE 38

31 Ausblick - Motivation Weiterentwicklung der Strahlschmelztechnologie Leistungssteigerung, Genauigkeit Inhomogene Festigkeitseigenschaften (Hülle Kern Strategie) Supportweiterentwicklung - Materialeffizienz Zunehmende Automatisierung (Datenaufbereitung, Pulverhandling) Erweiterung der Materialvielfalt Einordnung in die Fertigungshierarchie in Lehre und Forschung Qualitätssicherung durch zentrale Festlegungen für mechanische Mindestanforderungen (VDI 3405 Teil B) Konstruktionsrichtlinien für das Strahlschmelzen (VDI 3406) SEITE 39

32 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Für Fragen und Anregungen stehe ich Ihnen gerne zur Verfügung. Kontakt: Christian Kolbe Tel.: / Fax: / SEITE 40