LASERADDITIVE FERTIGUNG ALS EIN BEISPIEL FÜR DIE VERÄNDERUNGEN DER QUALIFIKATIONSANFORDERUNGEN AN FACHARBEITER IN DER INDUSTRIE

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1 Dr.-Ing. Maren Petersen / Dr. Monika Hackel LASERADDITIVE FERTIGUNG ALS EIN BEISPIEL FÜR DIE VERÄNDERUNGEN DER QUALIFIKATIONSANFORDERUNGEN AN FACHARBEITER IN DER INDUSTRIE Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 1 von 20

2 GLIEDERUNG! 1. Einleitung! 2. Laseradditive Fertigung (LAM)! 3. Facharbeit im Bereich LAM! 4. Zusammenfassung und Ausblick! Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 2 von 20 Bildquelle:: ChocCreator

3 3D-DRUCKEN IST HEUTE IN ALLER MUNDE! Quellen: Reuters, Choc Creater, RepRap,... Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 3 von 20

4 UND WIRD INDUSTRIELL ANGEWANDT! Wir planen zunächst die Bestellung von mindestens 100 Geräten, sagte Greg ! Morris, Leiter der GE-Sparte Additive Technologies, der WirtschaftsWoche.!! Für EOS bedeutet dies den Durchbruch in der Luftfahrtbranche... Als erster Hersteller wird der US- Konzern in großem Stil Triebwerksteile nicht nur gießen oder fräsen, sondern serienmäßig, im Rahmen eines 3-D- Druck genannten Verfahrens, mit Hilfe eines Lasers aus Metallpulver schichtweise aufbauen.! Weil die Teile widerstandsfähiger und leichter sind, sorgt die additive Fertigung für niedrigere Betriebskosten bei den Fluglinien. Mit Hilfe der neuen EOS-Maschinen will GE bis zum Ende des Jahrzehnts zunächst mehr als Teile pro Jahr herstellen. Doch das ist erst der Anfang. Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 4 von 20 von Rüdiger Kiani-Kreß!

5 GLIEDERUNG! 1. Einleitung! 2. Laseradditive Fertigung (LAM)! 3. Facharbeit im Bereich LAM! 4. Zusammenfassung und Ausblick! Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 5 von 20

6 FUNKTIONSPRINZIP! Laseraddi9ve Fer9gung: Herstellung eines Festkörpers durch lokale Verfes9gung eines formlosen Materials, z.b. Pulver AuGau erfolgt schichtweise Anwendungen: Funk9onsbauteile aus LuJ- und Raumfahrt Medizintechnik Werkzeugbau Maschinenbau Quellen: ilas/lzn Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 6 von 20

7 VOR- UND NACHTEILE DER LASERADDITIVEN FERTIGUNG (LASERSTRAHLSCHMELZEN)! Vorteile:! höchste Designfreiheit, Entfall von Fertigungsrestriktionen! direkte Herstellung aus CAD-Daten! Herstellkosten vom Volumen und nicht von der Komplexität abhängig! automatisierter Prozess! keine Werkzeuge notwendig! Bauteildichte 100%! gute mechanische Eigenschaften! Nachteile:! Oberflächengüte häufig nicht ausreichend! Verfahrenstoleranzen relativ grob! Stufeneffekt in z-richtung! langsame Produktion! Supportstrukturen notwendig! Bildquellen: ilas/lzn Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 7 von 20

8 QUALITÄTSKRITISCHE BAUTEILEIGENSCHAFTEN! Dichte Fes9gkeit Oberflächengüte hergestellt für: Maßhal9gkeit Eigenspannungen hergestellt für: Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 8 von 20 nach: Rehme, Munsch, Seyda

9 QUALITÄT DURCH PROZESSGESTALTUNG: ALTERNATIVE BELICHTUNGSSTRATEGIEN (TI-6AL-4V)! h s 150% h s Quadrate, stochastisch h s h s h s Pilgerschritt kurz h s 1 Verzug normiert auf Referenz 100% 50% 0% innen- außen- innen Hilbertkurve x y Standard- belichtung 1 1,5 3 Streifenbreite gedreht stochastisch Schachbrett 3mm lang kurz adapt. Pilger- schritt in- aus- in Hilbert flächenfüllende Kurven außen innen symmetrische Belichtung mehrfach h s mehrfache 4 10 industrielle Referenzparameter = 100%! hohes Potential zur Spannungsminimierung durch Beeinflussung der zeitlichen und örtlichen Belichtungsabfolge! Startpunkte Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 9 von 20 Quelle: Munsch!

10 GLIEDERUNG! 1. Einleitung! 2. Laseradditive Fertigung (LAM)! 3. Facharbeit im Bereich LAM! 4. Zusammenfassung und Ausblick! Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 10 von 20

11 PROZESSKETTE LASERADDITIVE FERTIGUNG! Integration in industrielle Fertigung! Daten- und Prozessvorbereitung! n CAD Design! n Konstruktionsanpassung! n Datenoptimierung! n virtuelle Positionierung der Bauteile auf der Plattform! LAM-Prozess! Endbearbeitung! n Reinigung! n Entfernen von Supports! n (Kugel-)Strahlen! n! Quelle: ilas/lzn Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 11 von 20

12 BEISPIELHAFT: ARBEITSPROZESS DER DATENVORBEREITUNG! z! x! y! Bauteilorientierung! Design der Supports! (falls notwendig)! Platzierung auf der Bauplattform! Slicing! Quelle: ilas/lzn Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 12 von 20

13 QUALIFIKATIONSANFORDERUNGEN AN DEN FACHARBEITER! n Maschinenbediener vs. Facharbeiter! n Zusammenhangswissen erforderlich! n Erfahrungswissen vorherrschend! n Arbeitsprozess komplex und erfordert Kreativität! n Abgrenzung zu Ingenieurtätigkeiten zum Teil schwierig, abhängig von der Arbeitsorganisation! Bildquellen: ilas/lzn Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 13 von 20

14 EMPIRISCHE UNTERSUCHUNG DER QUALIFIKATIONSANFORDERUNGEN IM BEREICH DER LASERMATERIALBEARBEITUNG!! Firmen grundsätzlich gesprächsbereit! Gespräche! Lasermaterialbearbeitung! ca. 30! 19! Gespräche mit Bildungseinrichtungen, Verbänden etc.! ca. 25! 8! Ergebnisse Gespräche LAM:!! n Hauptaufgabe: Maschinen-Vor- und Nachbereitung! n Prozess und Steuerung automatisiert! n Maschinenbedienung auch durch Ingenieure! n Herstellerschulungen schaffen Grundlage für die Bedienkompetenz! n Wissenstransfer geschieht häufig über Anwendertreffen der Hersteller! n Integration in die Erstausbildung eher negativ gesehen! n Erstausbildung als solide Metallgrundausbildung!Quelle: BIBB-Forschungsprojekt BIBB - LZN! Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 14 von 20

15 ERHEBUNG MITTELS FRAGEBOGEN HIER: GESAMTBEREICH LASERMATERIALBEARBEITUNG! 25 Einsatzgebiete / Aufgaben Anzahl Facharbeiter / Techniker / Meister / Quereinsteiger! Ingenieure (akad. Ausbildung)! keine klare Trennung der Zuständigkeiten Eigeneinschätzung: Bedarf an Prozesswissen Prozesswissen ist aktuell als Erfahrungswissen vorhanden Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 15 von 20 Quelle: BIBB-Forschungsprojekt BIBB - LZN!

16 ERGEBNISSE DER UNTERSUCHUNGEN! n neue Technologien erfordern nicht zwangsläufig höhere Qualifika9onen n Tendenz zur Automa9sierung und 3- Knopf- Bedienung n Qualifika9onsanforderungen durch Lasereinsatz in der Fer9gung sind eher vom Aufgabengebiet abhängig n Grundlagenwissen wird bei Schulungsmaßnahmen der Hersteller erworben und Erfahrungswissen im Arbeitsprozess aufgebaut n Bedürfnis nach mehr Prozessverständnis ist deutlich geäußert worden n Bedarf an formalisierten Weiterbildungsmaßnamen ist aktuell gering, da Erfahrungswissen anerkannt wird n ABER: BereitschaJ der Betriebe zur Beteiligung an dieser Erhebung war sehr gering Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 16 von 20

17 GLIEDERUNG! 1. Einleitung! 2. Laseradditive Fertigung (LAM)! 3. Facharbeit im Bereich LAM! 4. Zusammenfassung und Ausblick! Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 17 von 20

18 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK! n additive Fertigungsverfahren ermöglichen nahezu unbegrenzte Gestaltungsmöglichkeiten! n Besonderheit: Material und Geometrie werden zugleich erzeugt! n Anwendung heute: kleine Serien, individualisierte Teile! n Bauteilqualität ist von der Prozessführung und der Beherrschung der gesamten Prozesskette abhängig! n Veränderung der Produktion und damit auch der Aufgaben der Mitarbeiter in der Produktion zu beobachten, aber nicht einheitlich! Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 18 von 20

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen oder Anmerkungen? Petersen/Hackel Veränderung Qualifikationsanforderungen 19 von 20