Full-Service Engineering.

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1 Full-Service Engineering

2 Referent: Peter Mischke Geboren 1981 Studium Maschinenbau an der TU Ilmenau bis 2007 Vertiefung Technische Optik, Lichttechnik und Feinwerktechnik Quality Systems Manager der DGQ Seit 2007: Abteilungsleiter Rapid Prototyping Technologien in der Unternehmensgruppe Hofmann, Bereich Industrial Prototyping Seit 2011: Zusätzlich Entwicklungsleiter Luftfahrt Seite 2 Hofmann Innovation Group

3 Agenda 1. Die Unternehmensgruppe Hofmann 2. Rapid Prototyping - Geschichte 3. Verfahrensübersicht 4. Polyjet Technologie, Firma Objet 5. Stereolithografie 6. Fused Deposition Modelling Extrusionsformen 7. LaserCusing SLM 8. Selective Laser Sintering 9. PP-GB20 fürs SLS Seite 3 Hofmann Innovation Group

4 1. Unser Portfolio Produktentwicklung Stereolithographie Kleinserienproduktion Kunststofflasersintern Bemusterung Vakuumguss Serienwerkzeuge Kunstharzwerkzeuge Werkzeugkonstruktion LaserCUSING Aluminiumwerkzeuge Seite 4 Hofmann Innovation Group

5 1. Unsere Standorte Jahresumsatz ca. 60 Mio. EUR (in 2011) 6 Standorte über 500 Mitarbeiter über 50 Jahre Erfahrung in der Kunststoffindustrie Seite 5 Hofmann Innovation Group

6 1. Hofmann Industrial Prototyping Lichtenfels, Bayern Gegründet in 1990 Ca. 130 Mitarbeiter Rapid prototyping / Rapid tooling Kleinserienproduktion Prüflehrenbau Seite 6 Hofmann Innovation Group

7 1. Hofmann Tool Manufacturing Lichtenfels, Bayern Gegründet 1958 Ca. 220 Mitarbeiter Konstruktion und Fertigung komplexer Serien- Spritzgusswerkzeuge Sondermaschinenbau 2005 Gesamtsieger: Bester Werkzeugbau Seite 7 Hofmann Innovation Group

8 1. Hofmann Part Manufacturing Lichtenfels, Bayern Ca. 40 Mitarbeiter Lohn-Spritzguss Lohnfertigung Baugruppenmontage Seite 8 Hofmann Innovation Group

9 1. CONCEPT Laser Lichtenfels, Bayern Gegründet 2000 Ca. 40 Mitarbeiter Entwicklung der LaserCUSING Technologie Entwicklung und Vertrieb der Maschinen M1 cusing, M2 cusing und Mlab Seite 9 Hofmann Innovation Group

10 2. Rapid Prototyping - Geschichte 1984 Chuck Hull erfindet an der University of Texas das Stereolithografieverfahren Carl Deckard erfindet das Selective Laser Sintering Stratasys erfindet den FDM Prozess Bringt 3D Systems die erste Stereolithografieanlage auf den Markt DTM corp. verkauft erste SLS Anlage an Kodak und University of Lousville Verkauft EOS die ersten Eosint P350 Systeme unter anderem an die Fa. Hofmann Am MIT wird das 3D Printing erfunden und von Z-Corp vermarktet. (Heute 3D Systems) 1998 Objet wird gegründet und bringt die Polyjet-Technology zur Marktreife Am Fraunhofer ILT (Aachen) wird das Selective Laser Melting Verfahren entwickelt und bildet die Grundlage für die heutigen Metall RP-Verfahren. Die grundlegenden Polymertechnologien sind seit über 25 Jahren erfunden. Metallverfahren seit 13 Jahren. Seite 10 Hofmann Innovation Group

11 3. Verfahrensübersicht Rapid Prototyping aus industrieller Sicht Verfahren Objet Stereolithografie Fused Deposition Modelling Selective Laser Sintering Selective Laser Melting Material Kunststoff Kunststoff Kunststoff Kunststoff Metall Laserauftragsschweißen Schichtstärke Prozessgrundlage UV- Vernetzung (durch UV- Lampe) 0,016 mm / 0,032 mm 0,05 mm 0,15 mm Extrusion 0,127 mm.. 0,330 mm Materialien Acrylat Epoxidharz Thermoplaste Thermoplaste (nur teilkristalline) 0,06 mm 0,2 mm Alle schweißbaren Metalle UV- Vernetzung (laserinduziert) Laserauftragsschweißen 0,020 mm 0,090 mm Seite 11 Hofmann Innovation Group

12 4. Materialübersicht im Rapid Prototyping Materialien Prozessbestimmende Größe Materialanzahl 15 (6 Kunststoffe) Schichtstärke Seite 12 Hofmann Innovation Group Acrylat (UV vernetzend) 2 x 300W UV Lampen 14 Plus 51 Digital Materials (1 K, untersch. verstärkt) 0,016 mm / 0,032 mm Epoxidharz (UV vernetzend) 1W UV Laser (355nm) 44 (1 K, unterschiedl. verstärkt) 0,05 mm 0,15 mm Fused Deposition Modelling 20W Beheizte Düse 0,127 mm.. 0,330 mm Selective Laser Sintering Verfahren Objet Stereolithografie Thermoplaste Thermoplaste (nur teilkristalline) 50W IR Laser (10.600nm) 35 (5 Kunststoffe) 0,06 mm 0,2 mm Selective Laser Melting Alle schweißbaren Metalle 400W IR Laser (1064nm) 30 () 0,020 mm 0,090 mm

13 5. Polyjet Technologie, Firma Objet 3D Printing-Verfahren, Druckkopf platziert Acrylat auf Plattform, UV Lampen lösen Polymerisation aus, Supportstrukturen notwendig, Relativ hohe Baugeschwindigkeit, gut für flache Teile, Hohe Auflösung, Mehrkomponenten Bauteile herstellbar (Connex) Teile nur eingeschränkt funktionsfähig. Bauteile verspröden nach ca. 4 Wochen stark.

14 5. Polyjet Technologie, Firma Objet Druckkopf 8 Druckköpfe Roller für Schichtregulierung 2 UV Lampen zum Aushärten des Materials

15 6. Stereolithografie Prozesszyklus: Bauplattform Absenken Schicht auftragen Belichten Maximale Bauteilgröße: 750 x 650 x 550mm (ipro 8000) Maßhaltigkeit: 0,3 mm Kleinste realisierbare Wandstärke: 1 mm Prozesskammertemperatur: 25 C Laser: UV Laser mit 355nm Wellenlänge, Leistung max. 200 mw Seite 15 Präsentationsthema Hofmann Innovation Group

16 7. FDM - Extrusionsformen FDM steht für Fused Deposition Modeling, geschmolzen-ablagernde Bauteilherstellung Ein Düsenkopf mit zwei Extrusionsdüsen bringt Model und Supportmaterial auf die Bauplattform Vorteile: Bauteilgenauigkeit bei großen Bauteilen hoch Nachteil: sehr langsamer Bauteilaufbau, kompletter Düsenkopf muss bewegt werden. Nachteil: Schichtanbindung in Z Richtung problematisch und damit schlechte mechanische Eigenschaften.

17 8. LaserCusing Selective Laser Melting, SLM LaserCUSING Oberflächenstruktur Schweißraupen im Querschliff Prozess ähnlich dem Mikroschweißen Vollständiges Aufschmelzen des Metallpulvers Erreichte Materialdichten >99,8% Materialeigenschaften nahezu wie Ausgangsmaterial Seite 17 Hofmann Innovation Group Full-Service Engineering

18 8. LaserCusing Vorteile Erstellen von Einsätzen mit konturnaher Temperierung für Spritzgussund Druckgusswerkzeugen Reduzierung des Verzugs Reduzierung der Zykluszeit Erstellen von Funktionsbauteilen direkt aus CAD Daten Keine Programmierung notwendig Sehr freie Geometriewahl durch schichtweisen Prozess Viele unterschiedliche Serienmaterialien zur Auswahl Kombination mit konventionellen Fertigungsverfahren Patentiertes Belichtungssystem für spannungsarme Bauteile Bauteildichte von nahezu 100% Seite 18 Hofmann Innovation Group Full-Service Engineering

19 8. LaserCusing - die Evolution in der Werkzeugkühlung Um die Ecke bohren Parallelkühlung Luftkühlung Gebohrte Kühlkanäle Konturangepasste Kühlung Effektive Flächenkühlung Seite 19 Hofmann Innovation Group Full-Service Engineering

20 9. Selective Laser Sintering

21 9. Selective Laser Sintering - Prozessablauf Flash-Film 3D Systems

22 9. SLS Weltgrößte Anlage bei Hofmann Bauraumgröße 1500 x 500 x 500 mm Herstellung von großen Bauteilen in einem Stück (ohne Kleben, ohne Schweißen) Herstellung von mittleren Stückzahlen kleiner Bauteile in einem Prozess Selbstentwickelte Maschine, daher ideal zur Entwicklung neuer Werkstoffe Seite 22 Hofmann Innovation Group

23 10. PP-GB20 fürs SLS Warum Polypropylen? Weil 90 % der Serienbauteile aus Polypropylen sind. Marktentwicklung PP: 2001: 30 Millionen Tonnen hergestellt 2007: 45,1 Millionen Tonnen hergestellt (Wert ca. 47,4 Milliarden Euro) Bis 2016 wird mehr als eine Verdopplung erwartet (Quelle: Ceresana Marktstudie PP) Einer der am weitesten verbreiteten Kunststoffe. Einsatz von Polypropylen: Automobilbau treibt PP Umsatz in die Höhe. Kostengünstig, leicht, teilweise als Blechersatz Vielseitigster aller Kunststoffe: Verpackung, Automobil, Hausgeräte, Medizintechnik, Konsumgüter, Polstermöbel, Sportbekleidung, vielseitiges Eigenschaftenprofil darstellbar mit einem Grundkunststoff: E-Modul von 400MPa bis MPa Zugfestigkeit bis 130 MPa Seite 23 Hofmann Innovation Group - Peter Mischke

24 10. PP-GB20 mechanische Eigenschaften Polypropylen ist 20% glaskugelverstärkt mit hoher Steifigkeit (Gehäusebauteile) Physikalisch mechanische Kennwerte: Dichte DIN EN ISO ,86 g/cm³ Zugfestigkeit ISO ,4 N/mm² Dehnung bei Zugfestigkeit 4,9 % Bruchdehnung (Zug) 8,4 % E-Modul (Zug) ISO N/mm² Biegespannung (3,5% RFD) 32,7 N/mm² E-Modul (Biegung) 1600 N/mm² Schlagzähigkeit ungekerbt 10,2 kj/m² Schlagzähigkeit gekerbt 2,1 kj/m² (Messwerte wurden am Sinterstab ermittelt) Seite 24 Hofmann Innovation Group - Peter Mischke

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Für weitere Fragen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung. Peter Mischke Modellbau Robert Hofmann GmbH An der Zeil Lichtenfels T: +49.(0) p.mischke@hofmann-mod.de Seite 25 Hofmann Innovation Group