Am Köhlersgehäu 32, D Zella-Mehlis Tel.: , Fax:

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1 Am Köhlersgehäu 32, D Zella-Mehlis Tel.: , Fax:

2 Mit additiver Fertigung zu gewichtsoptimierten Feingussteilen Dipl.-Ing. Holger Krause, Geschäftsführer, PORTEC GmbH, Zella-Mehlis OptoNet-Workshop Additive Fertigung Möglichkeiten & Perspektiven für innovative Produktionsprozesse 6. November 2013, Jentower Jena

3 Gründung: Rechtsform: Beschäftigte: Standort: Kunden: Branchen: Umsatzanteile: 1994 als spin-off aus dem CIM-TT des Institutes für Präzisionstechnik und Automation der TU Ilmenau GmbH, 100% selbstständig mit 6 Gesellschaftern (nur natürliche Personen, alle auch Gründungsgesellschafter) 22 Personen + Projekt- und Themenpersonal Zella-Mehlis, BAB A71 Abfahrt Suhl/Zella-Mehlis Gewerbegebiet Am Köhlersgehäu F&E-Einrichtungen, Vorserien-Abteilungen Sonderfertigungs- und Kleinserienbereiche Automotive, Luftfahrt, Haushaltgeräte- und Elektrotechnik, Medizintechnik, Materialforschung ca. 40% metallische Prototypen und Kleinserien ca. 35% Lieferant verlorener Modelle für Feingießer ca. 25% Kunststoff-Prototypen, -teile und -modelle

4 Gesamtangebot Partner bei der Entwicklung innovativer Produkte (Anspruch) & Lieferant Prototypen, Kleinserien, verlorener Modelle (Praxis)

5 Technische Ausstattung Urmodellierung Feinguss STL, FDM, Voxeljet RSC, Diff. Druck Vakuumgießen Spritzguss C01, C03, C04, Schüchl Arburg, Babyplast, 100 KSA Laserabtragen DML 40 SI (DMG)

6 Pumpengehäuse für Feinguss und Strömungstest Verlorene Modelle: hohl gebaute STL-Teile (tetra-shell) Hohl gebautes verlorenes Modell Getempertes Modell für Strömungstests

7 Vakuumabgüsse aus Polyurethan

8 F1 - Kühlmittelpumpe, MAHLE/Entec Crock

9 Einordnung Abgrenzung Leichtbau durch: Neue Materialien (GFK) Neue Fertigungsverfahren (3d-printing) Orientierung des Vortrages: Verbesserung eines klassischen Verfahrens durch Einsatz additiver Technologien Einordnung: Klassisches Verfahren: Metallguss (Feinguß) Additive Verfahren sind relevant: bei Fertigung von Prototypen und Kleinserien zur Materialeinsparung/Gewichtsreduzierung für spannungsoptimierte Gestaltungen Verknüpfung Metallguss, additive Verfahren, Leichtbau?

10 Metallguss Prototypen und Kleinserien Anspruch: Prototypen & Kleinserien Iterative, kleine Entwicklungsschritte Variantenvielfalt mit kleinen Stückzahlen Kurze Zeiträume für Erstmuster und Prototypen z.t. unklare Fertigungs- und Gestaltungsvorgaben Was heißt dies für das Gießverfahren? Prototypen & Kleinserien im Metallguss sind nur in werkzeugloser Fertigung machbar (ohne Dauerform) Dauerformbasierte Gießtechnologien (Kokillen- und Druckguss) zeitlich nicht relevant Gießverfahren mit Mindestaufschmelzmengen (klassischer Sandguss) für Legierungstests ungeeignet

11 Feinguss - Verfahren für Prototypen & Kleinserien Technologische Besonderheiten Formenbau erfordert ein verlorenes Modell pro Metallgussteil Ausbringung des Metallgussteil erfordert Zerstörung der Form Verlorenes Modell und verlorene Form (Gipsbasis, Keramik) Geometrische Möglichkeiten Herstellung komplexer Geometrien wie Hinterschneidungen, Kanäle, Sacklöcher, Hohlräume etc. sind möglich; keine Betrachtung von Trennebenen, Auf/Zu-Bewegungen etc. schnelle Herstellung verschiedenster Varianten ist möglich bei entsprechend schneller Modellbereitstellung Einsatz additiver Verfahren zur schnellen Erstellung verlorener Modelle

12 Feinguss - Verfahren für Prototypen & Kleinserien Additive Fertigung verlorener Modelle notwendig für schnelle (Feinguss-)Prototypen und Kleinserien In Verbindung mit Feinguss (verlorene Form, keine Auf/Zu-Probleme, Hohlräume) Frühzeitige, gießgerechte, spannungsoptimierte Gestaltung Realisierung gewichtsoptimiert konstruierter 3d-Modelle Verkürzung der Durchlaufzeit Klassische Feingussmodelle verlorene Wachsmodelle für Feinguss über Silikon- oder Spritzgussformen mit entsprechenden Einschränkungen in Gestaltung und Gewichtsoptimierung Dauerformen können nur begrenzt spannungsreduzierende oder gewichtsparende Gestaltungselemente abbilden

13 Herausforderungen an additiv gebaute FG-Modelle materialsparende u. spannungsreduzierende Gestaltung möglichst wenig Nacharbeit am Modell (z.b. Entstützen, Schleifen etc.) Gestaltungselemente wie Hohlräume, Kanäle, Sacklöcher, Versteifungstaschen, Verrippungen etc. müssen sich problemlos von ungebundenem 3d-Material trennen lassen Eignung für Metallguss Vermeidung von Reaktionen mit dem Formstoff beim Formenbau ( grüne Form ) bzw. bei thermischen Prozessen (Aufheiz- und Brenntemperaturen) Rückstandsfreies Ausbrennen aus der Metallgussform (Restascheanteil) Keine Reaktion bestehender Nano-Partikel (Reagenzien) mit eintretender Schmelze

14 RP-Verfahren liefern verlorene Modelle Weg: Herstellung eines verlorenes Modell über eine RP-Technologie, danach wieder über das Ausschmelzverfahren Stereolithographie: Hohlbaustile QuickCast (3ds), tetrashell (SOMOS-magics) mit speziellen Harzen Selektives Lasersintern: Polystyrol für verlorene Feingussmodelle (PA) 3d-Druck-Pulver-Binder: PMMA + spezielle Bindersysteme A/C (B) Fused Deposition Mod.: FDM-ABS, -PC mit Sparse-Bauweise (PPSU, ultem) Thermojet-Wachsdruck: für Kleinteile; Maßhaltigkeit kritisch je größer die Teile Objet-Drucksysteme: Acrylat-basierte Modellmaterialien schwer ausbrennbar (intensive Arbeiten an neuen Materialien) Benchmarktests

15 Stereolithographie - QuickCast STL-Teil Oberflächenfehler (Restasche)

16 Erzielbare Oberflächenqualitäten beim Feinguss Wachsmodell Invision/ 3D Systems STL - QuickCast SLS Modell (PS) FDM-Modell (ABS)

17 Beispiele iterativ entwickelter, gewichtsoptimerter und spannungsreduzierter Gussteile (Küvette und Keramikschale)

18 Feingussteile in rostfreiem Stahl Kleinserie Abdeckblech, Wandstärke 1,5mm, gegossen über Keramikschale; in späterer Serie: Tiefziehteil

19 Lagerschild, Heidolph GmbH Kelheim Bohrungen mit sehr hohem Aspektverhältnis durch Modifizierung der Einbettmasse möglich (Durchmesser 2 mm, Tiefe 10,5 mm) Reduzierung der Nacharbeit

20 Getriebegehäuse, 3D Systems Darmstadt

21 Pumpenmodul, GPM Merbelsrod

22 Lagerbock, Audi Ingolstadt

23 Ausblick & Herausforderung Datenübernahme, Datenreparatur, Geometrieoptimierung Spannungsreduzierung Urmodellierung (STL, FDM, VOX, ) 1 Tag Silikonform (Kerne, Einleger) 2 4 Tage Aufbau Gießtraube 1 Tag Gießen Wachsmodelle KÜV Std. (Alu, Zink) Einbetten, Ausbrennen Aufbau Schale, Entwachsen, Brennen RSC 48 Std. bis 3Tage (GJL, Stahl, rostfreier ~ Feinguss Nachbearbeitung 1 Tag Warmauslagern Suche: Additiv baubare, wiederverwendbare Metallgussform (bezahlbar)

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Am Köhlersgehäu 32, D Zella-Mehlis Tel.: , Fax:

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