3D-Druck in der Industrie

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1 3D-Druck in der Industrie Erfolg garantiert? Fellbach, den 23.September 2014

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3 Additive Manufacturing Hypecycle Entwicklungsstand der Technologien und Anwendungen» Prototyping bereits Realität» Dienstleister in 5 Jahren 3d-print of medical devices Industrial 3D-printing Consumer 3D-printing 3d-print in manufacturing operations» Verbraucher & Industrie erst in 10 Jahren» Darüber hinaus: Neue Anwendungen Service bureaus Enterprise 3D printing 3D Printing for Prototyping Quelle: Gartner

4 Additive Manufacturing Markteinschätzung Markt für 3D-Druck» 2,2 Mrd. in 2013 weltweit für Anlagen, Material und Service (Wohlers/USA)» Aktuell jährliches Wachstum von ca. 25%» Nur ¼ des Umsatzes mit Anlagen» Deutschland ist bzgl. Anlagenbau mit führend Quelle: Roland Berger

5 Additive Manufacturing Deutschland 3D-Druck Unternehmen in Deutschland: Prognos AG - Studie 2012» Knapp die Hälfte im Süden von D» Viele Kleinbetriebe, KMUs: Über 90% der Betriebe unter 250 MA Quelle: Prognos 2013

6 Additive Manufacturing: Viele Branchen betroffen Anwender» Verbrauchsgüterproduktion (Greifer, Elektronik)» Transport, Automation (Prototypen, Einzelteile)» Maschinenbau (Kühlsysteme, Elektronik-Bauteile)» Luftfahrt (Kleinserien)» Medizintechnik (Zahnersatz, Prothesen)» Andere (Schmuck, Design, individuelle Produkte) Zulieferer, Dienstleister» Antriebe, Linearführungen, Robotik, Steuerungen.» Materialien, Konditionierung» 3D-Druck-Anbieter, Service Hoher Informations- und Netzwerkbedarf: VDMA-Initiative: Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing Seite

7 Additive Manufacturing Schichtbauverfahren Laminierverfahren 3D-Druck Selektives Laser Sintern bzw. Schmelzen Thermischer 3D- Druck Polyjet Stereolithografie

8 Thermischer 3D-Druck (1) fused layer modeling Durch Wärme verflüssigter Kunststoff wird aufgetragen und härtet bei Abkühlung aus. Druckkopf Stützmaterial Stützstruktur Bauteil Basisplatte Werkstoff https: //

9 Thermischer 3D-Druck (1) fused layer modeling Materialien Auflösung Bauteilgröße Produktion* Anwendungen Hersteller Anschaffungskosten Kunststoffe (ABS, PC.), auch mit Füllstoffen > 0,15mm >1000x800x500 mm³ Ca. 100 cm³/min Prototypen, Vorrichtungen, Kleinserien und viele Konsumgüter (fabbster, makerbot..) Stratasys, Tiertime, 3D-Systems (Home Office..Industrie) 200 USD.50tsd * Reine Produktionsgeschwindigkeit, abh. von Auflösung, Material. Hersteller

10 Thermischer 3D-Druck (1) Beispiele» Kunststoff (ABS) -Modell» Bis zu 5000 Anwendungen» Beständig gegen die meisten Materialien» Sandkerne» Häufiger: Feinguss mit ABS-Modell statt Wachs mit Keramik (auch SLS mit Polystyrol) Fotos: stratasys

11 Selektives Sintern / Schmelzen (2) selective laser sintering / melting Pulverschichten ( µm) werden durch Wärmeeintrag (Laser, E-Beam) selektiv aufgeschmolzen. Laser Optik Laserstrahl XY-Spiegel Ausgleichswalze Pulvervorrat Bauteile Stützstruktur Pulver Basisplatte https: // Renishaw

12 SLS / SLM (2) selective laser sintering / melting Materialien Kunststoffe (PA, PS, PEEK) werden angeschmolzen / Metalle aufgeschmolzen, Keramik verbacken Auflösung Bauteilgröße Produktion* Anwendungen Hersteller Anschaffungskosten > 0,15 / 0,02mm >600x400x500 mm³ Ca. 30 / 0,5 cm³/min Prototypen Rapid manufacturing (Kleinserien, Einzelteile) Industrie, Schmuck, Raumfahrt EOS, stratasys (K+M) SLM, Concept Laser, Renishaw, 3D-Systems (M) < ,5 Mio * Reine Produktionsgeschwindigkeit (+Nacharbeit) Foto: MTU

13 Selektives Sintern / Schmelzen (2) selective laser sintering / melting Verbreitetes Verfahren, insbesondere zur Metallverarbeitung!» Laserschmelzen / Selective Laser Melting: Metallpulver wird aufgeschmolzen» Elektronenstrahl-Schmelzen als Alternative.» Lasersintern: Kunststoffpulver wird verschmolzen Herstellung von industriellen Bauteilen» GE plant für den Triebwerksbau großflächigen Einsatz» Medizintechnik und Automation setzt die Technologie ein Quelle: OPEL AG

14 3D-Druck (3) 3D-printing Materialverteilung (Quarzsand, Metall, Kunststoff) wird durch Bindemittelauftrag fixiert. Klebstoffvorrat Druckkopf Pulvervorrat Ausgleichswalze Bauteile Pulverbett Basis-platte ExOne Voxeljet

15 3D-Druck (3) 3D-printing Materialien Quarzsand, Gips, Keramik, Kunststoff, Metall Auflösung > 0,1 mm Bauteilgröße Bis 4 x 2 x 1 m³ Produktion* Anwendungen Hersteller < 2050 cm³/min Prototypen Rapid manufacturing (Kleinserien, Einzelteile) Industrie, Schmuck, Raumfahrt Voxeljet, 3D-Systems, ExOne Anschaffungskosten 125tsd.1.6 Mio * Stark anlagenabhängig Foto: voxeljet

16 3D-Druck (3) 3D-printing Fotos: voxeljet

17 Fotopolymer Druck (4) Polyjet - Modeling Material wird tröpfchenweise aufgebracht und ausgehärtet (Fotopolymer-Inkjet +UV-Strahlung) Stützmaterial Werkstoff UV-Lampe Druckköpfe Stützstruktur Bauteil Basisplatte Stratasys

18 Fotopolymer Druck (4) Polyjet - Modeling Materialien Auflösung Bauteilgröße Produktion* Anwendungen Hersteller Kunststoffe / Fotopolymere, auch unterschiedliche > 0,02 mm Bis 1000x500x800 mm³?? < cm³/min Prototypen, Feingussmodelle, Spritzgießwerkzeuge stratasys, 3D-Systems Anschaffungskosten Ab ca. 150tsd * Stark anlagenabhängig (Anzahl der Druckköpfe) Foto: mashable.com

19 Stereolithografie (5) Fotopolymer wird durch gezielte UV-Strahlung im Bad ausgehärtet. Laserstrahl Optik XY-Spiegel Laser Wischer Flüssiges Fotopolymer Bauteil Stützstruktur Basisplatte RWTH Aachen

20 Stereolithografie (5) Materialien Auflösung Bauteilgröße Produktion* Anwendungen Hersteller Anschaffungskosten Kunststoffe / Fotopolymere > 0,02 mm <1500x400x600 mm³ 1mm/min ~ 0.5cm³/min Prototypen, Feingussmodelle, Mikrobauteile 3D-Systems, rapidshape, envisiontec Ab 1000 (personal printer) * abhängig von der Laseranzahl

21 Laminierverfahren (6) Laminated Object Manufacturing (LOM) Schichtaufbau aus ggf. farbig bedruckten Materialbögen (Papier, Kunststoff), die verklebt und zugeschnitten werden.

22 Laminierverfahren (6) Laminated Object Manufacturing (LOM) Materialien Auflösung Bauteilgröße Produktion Papier, Kunststoff, Metall > 0,012 mm A4 Langsam, konturabhängig Anwendungen Farbige (!) Modelle, Gussmodelle Hersteller Mcor Anschaffungskosten Ca. 35tsd

23 Hybridverfahren (7) Kombination traditioneller Verfahren mit AM Kombination der Fertigungsverfahren in einer Maschine:» Eine Aufspannung: Präzision» Gestaltungsfreiheit (z.b. Hinterschneidungen), komplette Baugruppen in einem Bauteil» Oberflächenqualität» Produktivität» Einbindung in die industrielle Prozesskette / Fertigungsprozess» Auch geeignet für Beschichtung oder Reparatur Es werden verschiedene Schichtbauverfahren in Verbindung mit herkömmlichen Fertigungsverfahren angeboten: DMG, Hermle, Matsuura. Foto: DMG Mori Seiki

24 Additive Manufacturing Verfahrensübersicht Fused Layer Modeling / Freeformer Selective Laser Melting / Sintering (SLS) 3D - Printing Polyjet Laminated Object Modeling Stereolithographie Hybrid-Anlagen Kunststoff (+Füllstoffe) Metall, Kunststoff (SLS) Quarz, Metall, Kunststoff Fotopolymer, Wachs Papier, Kunststoff, CFK Fotopolymer Metall Modelle, Prototypen, Konsumartikel Prototypen, Kleinserien, Teileaufbau, Reparatur, Werkzeug Modelle, Prototypen, Gussformen Modelle, Prototypen, Gussformen Modelle, Gussformen Modelle, Prototypen Reparaturen, Einzelteile, Kleinserien

25 Additive Manufacturing für den Maschinenbau Stärken Schnell (Teile-Verfügbarkeit) Gestaltungsfreiheit (Komplexität, Leichtbau) Kostengünstig bei Prototypen- /Modellherstellung (werkzeuglos) Chancen Innovation, F&E, neue Werkstoffeigenschaften Individualisierung On-demand-, Kleinserien-Produktion Schwächen Kosten (Invest, Zeit) Materialien Qualität (Genauigkeit, Oberflächen..) Prozessintegration Herausforderungen Produktpiraterie, Haftung Produktivität Standards Zu hohe Erwartungshaltung Umwelt / Energie

26 Stückkosten Stückkosten Additive Manufacturing Anwendungen in der Industrie Rapid Prototyping Muster, Modelle Rapid Tooling Werkzeuge, Formen Rapid Manufacturing Einzelteile, Kleinserien, Maintenance AM heute Konventionelle Fertigung Konventionelle Fertigung AM heute AM zukünftig AM zukünftig Bauteilkomplexität Stückzahl

27 Additive Manufacturing Anwendungen in der Industrie: Lüfter Radial-Laufrad (Hürner Funken)» Entwicklung von Prototypen» FDM (Fused Deposition Modeling) Verfahren passt für kunststoffverarbeitenden Betrieb (Thermoplaste wie PP)» Sonderbauteile mit geringen Stückzahlen (besser als subtraktive Fertigungsverfahren)» 2 Teile hergestellt & zusammengefügt» Aerodynamische Versuche Foto: Mapal Foto: Hürner Funken

28 Additive Manufacturing Anwendungen in der Industrie: Rührorgane (thaletec) Generative Fertigung hat hier vielfältigen Nutzen:» Modelle» Vertrieb» Versuchsmuster» Protoypen,» Designmuster für das Beurteilen von Fertigungsabläufen» Werkzeuge Foto: Thaletec

29 Additive Manufacturing Anwendungen in der Industrie: Lasergesinterter Bohrer (Mapal) Hohe Schnittwerte und Standzeiten bei niedrigen Schneidstoffkosten» Schneidplattenbohrer ab ø9mm» Optimal gewendelte Kühlmittelkanäle wie bei Vollhartmetallbohrern» Große Kanalquerschnitte für hohen Kühlmitteldurchsatz Foto: Mapal» Stabiler Kern, da keine Schwächung durch zentrale Kühlmittelführung

30 Additive Manufacturing Anwendungen in der Industrie: Lasergesinterter Außenreibahle (Mapal) Geringes Gewicht erlaubt besseres Anschneiden beim Außenreiben» Um mehr als 50% reduziertes Gewicht Foto: Mapal» Wabenstruktur bringt hohe Stabilität» Durch geringeres Trägheitsmoment besseres Anschneiden im Pendelhalter möglich

31 Additive Manufacturing Anwendungen in der Industrie: Greifersysteme (robomotion) Foto: robomotion

32 AG Additive Manufacturing Umsetzung in der Industrie Um die Potenziale der AM Verfahren zu heben:» Designvorteil nutzen» Bauteilmehrwert generieren» Qualitätskontrolle entwickeln» Qualität verbessern» Reproduzierbarkeit & Robustheit sicher stellen» Periphere Prozesse optimieren» Standardisierung umsetzen» Ausbildung bieten» Wissen, Vertrauen und Akzeptanz zu schaffen Foto: Airbus A350

33 AG Additive Manufacturing Struktur Vorstufe Bildverarbeitung, Scanner, Software. Technologie Antriebe, Messtechnik, Konditionierung. Entwicklung Anlagen Hersteller von AM- Geräten und Anlagen Material Metallpulver, Kunststoffpulver,-filament Institute / Forschung Technologien, Verfahren, Materialien, Prozesse Forschung Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing Vermarktung Verbraucher Anforderungen - Entwickler, Designer, Agenturen Dienstleister Anbieter von AM- Fertigung Anwender /Dienste AM-Fertigung auch für Externe Anwendung Anwender /Nutzer AM-Fertigung für eigene Nutzung Nutzer Einsatz von AM-Teilen von Dienstleistern

34 AG Additive Manufacturing Mitglieder

35 AG Additive Manufacturing Vorstand ARBURG GmbH + Co KG Heinz Gaub - Geschäftsführer Technik - Managing Director Technology & Engineering Oskar Frech GmbH + Co. KG Dr.-Ing. Ioannis Ioannidis - Präsident und CEO Siemens AG Ulli Klenk Business Development OEM Automatisierungssysteme TRUMPF Laserund Systemtechnik GmbH Tobias Baur - Leiter Bereich AM

36 Ihre Kontakt. VDMA Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing Lyoner Str Frankfurt a.m. Telefon Seite

37 Herzlichen Dank Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Seite