Additive Fertigung Möglichkeiten und Chancen. 10. Juli 2014, Bremen. Fraunhofer IFAM, Bremen. Additive Fertigung - Möglichkeiten und Chancen

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1 Fraunhofer IFAM, Bremen Additive Fertigung Möglichkeiten und Chancen 1

2 Inhalt Additive Fertigung Einführung und Begriffe Die Technik dahinter Paradigmenwechsel: Funktionszentrierte Konstruktion Anwendungsbeispiele 2

3 Source: The Economist, April

4 6

5 Gestaltungsfreiheit Monarch stools Studie für organische Strukturen bei Möbeln Lampe von Bathsheba Grossman - Laser gesinterte komplexe mathematische 3D-Form 7 Bilder: (li.) (re.)

6 Konturnahe Kühlung Quellen: EOS GmbH (li.) MTT GmbH (re.) 8

7 ADDITIVE MANUFACTURING DIE TECHNIK DAHINTER 9

8 Additive Manufacturing Prozesskette 3D-Modellierung CAD-Systeme, z.b.: CATIA, INVENTOR, SolidWorks - Modellierung der 3D-Geometriedaten - 3D Scannen (Reverse Engineering) - Ableiten der STL-Daten (Triangulation) CAD-Modell Datenvorbereitung - Datenreparatur v. evtl. Lücken und Löchern - Erzeugen d. Schichtinformationen, Slicing Slicing Datenreparatur, z.b.: VisCAM RP, NetFabb, Magics AM Maschine - Ableiten der Maschinensteuerdaten - Bauteilherstellung auf dem AM System AM Maschine EOS, AlphaCAM, Objet, VoxelJet Produkt-realisierung Nachbearbeitung Post processing der Bauteile - Entfernung evtl. Stützstrukturen - Bauteilfinish, Polieren, Lackieren, Gewindeschneiden etc. Bauteil Fotos: Hochschule Bremen 10

9 Generative Fertigungsverfahren fest flüssig gasförmig Draht Pulver Folie Aufschmelzen und Erstarren Fused Deposition Modelling (FDM) Ballistic Particle Manufacturing (BPM) Verfestigen durch Binder 3D-Printing (3DP) Aufschmelzen und Erstarren Selective Laser Sintering (SLS) Melting (SLM) Wärme Thermal Polymerisation (TP) Ausschneiden und Fügen Layer Laminate Manufacturing (LLM) Licht zweier Frequenzen Beam Interference Solidification (BIS) Holographie Ausschneiden und polymerisieren Solid Foil Polymerisation (SFP) Polymerisieren Licht einer Frequenz Laserstrahl Chemische Reaktion Laser Chemical Vapour Deposition LCVD Lampe Holographic Interference Solidification (HIS) Stereolithography (SL) Solid Ground Curing (SGC) 11

10 Fused Deposition Modeling (FDM) Baumaterial Bauraumgröße Schichtdicke Einsatz Hersteller ABS, PC, PC-ABS, PLA 914 x 610 x 914 mm³ min. 0,127 mm Designmodelle Funktionsprototypen Endproduckte Stratasys Corp A B C A: Geometrieprototyp einer KFZ-Luftdüse (ABS) B: Prototyp eines Spielzeugbaggers (ABS) C: Modell eines Herzens (ABS) Fotos: AlphaCAM GmbH 12

11 FDM Beispiele 13 Fotos: Protoprint.de

12 Stereolithographie (SLA) Material Photopolymer Bauraum Schichtdicke Anwendung Hersteller 2100 x 700 x 800 mm³ min. 0,05 mm Prototypen Concept / design Gussformen 3D Systems, DWS, Rapid Shape A B C 14 A: Robot Prototype B: Model of sunglass design C: Otto Motor Mockup Fotos: BIBA, EOS GmbH

13 SLA Beispiele Lotus.MGX by Janne Kyttanen Alphaform University of Louisville 15

14 Selective Laser Sintering (SLS) Material Bauraum Schichtdicke Anwendung Hersteller PA, PEEK, Alumide, CarbonMide 550 x 550 x 750 mm³ min. 0,08 mm Funktionsteile Konzept- / Designphase Produkte EOS, 3D Systems A B C Yang et al.; A study on shrinkage compensation of the SLS process A: Stool ONE Shot B: Sculptural Bowl SEQUENCE C: DETAIL Lamp Fotos: Materialise 16

15 SLS Beispiele Generativ Design Studio Nervous System Paramount Industries / EOS Malcolm Nicholls limited Teufel-prototypen.de 17

16 3D-Printing (3DP) Pulverdosierung Baumaterial Stärke, Gips-Keramik, Sand Bauraumgröße 4 x 2 x 1 m³ Pulver Druckkopf Binder Walze Schichtdicke Einsatz Hersteller min. 0,08 mm Konzeptmodelle Anschauungsmodelle Gussformen 3D Systems, VoxelJet Bauplattform Bauteil A B C A: Anschauungsmodell eines Hochhauses B: Anschauungsmodell eines Lüfterrades C: FEM-Anschauungsmodell einer Kurbelwelle Fotos: Z-Corp. 18

17 3DP Beispiele Voxeljet Voxeljet Z-Corp Puja Lampe 19

18 Selektives Laserschmelzen (SLM) Verschiedene Bezeichnungen gleiches Prinzip Direct Metal Laser Sintering (DMLS) EOS GmbH, Krailing Selective Laser Melting (SLM) SLM Solutions GmbH, Lübeck Realizer GmbH, Borchen»Laser Cusing«Concept Laser GmbH, Lichtenfels RENISHAW, UK PHENIX, FR (US) 20

19 SLM Prinzip Pulvervorrat Laserquelle Pulverschichten Bauplattform Beschichter (Rolle oder Klinge) Bauteil 21

20 SLM Bauteil-Beispiele 20 mm 22

21 AM: PARADIGMENWECHSEL FUNKTIONSZENTRIERTE KONSTRUKTION 23

22 Paradigmenwechsel Funktionszentrierte Konstruktion (1) 24

23 Paradigmenwechsel Funktionszentrierte Konstruktion (2) 25

24 Paradigmenwechsel Funktionszentrierte Konstruktion (3) 26

25 Anwendungsbeispiel Wundspreizer Wundspreizer mit integriertem Spülkanal und integriertem RFID- Transponder zur drahtlosen Identifizierbarkeit RFID trotz Metallüberdeckung voll lesbar Beides frei im Bauteil positionierbar 27

26 Anwendungsbeispiel Bionischer Greifer Quelle: Fraunhofer IPA 28

27 Zukünftige Entwicklungen Größere Materialvielfalt weitere Stähle Hartmetalle Magnesium, Kupfer und Kupferlegierungen Hochtemperatur-Legierungen Bauzeitverkürzung Multi-Laser-Systeme Leistungsstärkere Laser Größere Bauräume Verbesserte Pulverhandhabung Kontinuierliches Additive Manufacturing 29

28 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen? 30

29 Kontakt Claus Aumund-Kopp Projektleiter Pulver Technologie/Generative Fertigungstechnik Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM Wiener Straße Bremen Telefon Fax

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