Selective Laser Melting - Additivtechnologie für neue Wege der Produktgestaltung

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1 1 Selective Laser Melting - Additivtechnologie für neue Wege der Produktgestaltung Univ.-Prof. Dr. Rudolf Pichler Institut für Fertigungstechnik Technische Universität Graz u

2 2 AGENDA Additive Fertigung und SLM Produktgestaltungspotenziale durch SLM Topologieoptimierungszyklen für SLM Bionik als Lehrmeister für SLM-Produkte

3 3 Erläuterung Additive Fertigung Subtraktive Fertigung Konventionelle Fertigung Definiertes Wegnehmen Additive Fertigung Generative Fertigung Definiertes Hinzufügen

4 Additive Fertigung setzt auf definierte Bausteine x kleinere Bausteine + Bausteine aus Metall + Schichtweises Verschmelzen = Quelle: Selektive Laser Melting (SLM)

5 Das Verfahren des Selektiven Laserschmelzens 5 Selektives Laserschmelzen Quelle:

6 Technische Daten zur Leistungsfähigkeit 6 Was kann das Selektive Laserschmelzen? Schichtstärken: 0, mm Wandstärke min: 0,040-0,200 mm Aufbauleistung: cm 3 /h Genauigkeit: 0,02-0,05 mm / 25 mm Rautiefe: R a 4-10 µm Baugröße max: 800 x 400 x 500 mm 3 Materialien: Materialdichten: Al, Fe, Mg, Ti, Cu, Au,. bis zu 99,7 % ggü. Guss

7 Bildquelle: Der Konstrukteur bekommt ein neues Instrumentarium 7 SLM bietet revolutionär neue Möglichkeiten der Produktgestaltung Designfreiheit Gewichtsersparnis Komponentenreduzierung Funktionssteigerung Kühlungsoptimierung Topologie Optimierung

8 Die Kunst ist höchste Nutzerin der neuen Möglichkeiten 8 Designfreiheit

9 Im Maschinenbau muss das neue Denken erst gelernt werden 9 Designfreiheit Höchste Individualität Niedrigste Werkzeugkosten Geringe Änderungskosten Losgrößenunabhängige Stückkosten Quelle:

10 Enorme Potenziale im Leichtbau 10 Gewichtsreduktion 5,1 kg Bildquelle: am.vdma.org 1,9 kg Hohlräume, Hinterformungen und Gitterstrukturen machen es möglich!

11 Die Luftfahrtindustrie ist Treiber der SLM Technologie 11 Gewichtsreduktion Bsp. Airbus A380 Optimierung der Gurtenschnalle Einsparung von 3,3 Mio. Liter Treibstoff auf den gesamten Lebenszyklus des Flugzeugs 72,5 kg Gewichtsreduktion

12 SLM-Produkte werden in einem Zug aufgebaut 12 Komponentenreduzierung Bildquelle: Mehrteilige Konstruktionen können durch Additive Verfahren einteilig hergestellt werden.

13 Leistungssteigerung statt Gewichtsreduzierung 13 Funktionssteigerung Bildquellen: Altair, Click2Cast, Voxeljet Ziel: Erhöhung der Verwindungssteifigkeit eines Radträgers Ergebnis: Erhöhung der Steifigkeit um den Faktor 3-5 (gleiches Gewicht)

14 Konturnahe Kühlung erhöht die Kühlleistung 14 Kühlungsoptimierung Quelle: Mapal Konventionelle Kühlmittelführung mit zahlreichen Tieflochbohrungen Kühlwirkung nur an der Schneide Additiv gefertigte Kühlmittelführung Im Werkzeugaufbau mitproduziert Kühlwirkung an Schneide und an der Spannut

15 Gekühlte Werkzeuge erhöhen die Produktivität 15 Kühlungsoptimierung Bsp. Spritzgießwerkzeuge mit konturnahen Kühlkanälen Strömungstechnisch günstige Kanalführung Erhöhung der Kühlleistung Erhöhung der Produktivität

16 Gekühlte Werkzeuge erhöhen die Produktivität 16 Kühlungsoptimierung Konventionell gefertigt Additiv gefertigt

17 Die erzielten Verbesserungen betreffen oft mehrere Merkmale 17 Topologieoptimierung Bsp. Hydraulikblock Gewichtsreduktion von 80% Reduktion der Druckverluste um 50% Funktionserweiterung: Sensoren, Kühlrippen

18 Mehrfache Durchläufe führen zum optimalen Ergebnis 18 Optimierungsschleife FEM und Topologieoptimierung Optimiertes CAD-Modell Ursprüngliche Konstruktion Mehrfacher Durchlauf Überprüfung 918 g 326 g Bildquelle:

19 Die Optimierung berücksichtigt mehr als nur 1 Merkmal 19 Ergebnisse der Optimierung Altair Engineering, EADS: Topology Optimization of an Additive Layer Manufactured (ALM) Aerospace Part

20 Die Ergebnisse der Optimierungen sind vielfach bionisch 20 Topologische Ergebnisse Bildquelle: Altair, EOS, Ruag Space Quelle: ESA/Airbus D&S Die Optimierungen mittels FEM, Spezial-SW für die Topologieoptimierung und der Aufbereitungs-SW für den SLM- Baujob ergeben wiederkehrend bionische Strukturen. Der Konstrukteur kommt in der Anwendung Additiver Fertigungsverfahren zwangsläufig zurück zu den Bauplänen der Natur

21 Die Natur hat es längst vorgemacht 21 Selective Laser Melting beschert uns gänzlich neue Erscheinungsbilder von Produkten!