Additive Manufacturing in der Industrie. Rainer Gebhardt Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing
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1 Additive Manufacturing in der Industrie Rainer Gebhardt Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing VDMA
2 VDMA Rainer Gebhardt Seite 2 März 2015
3 - Vorstellung der Technologien - Argumente - Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing (AG AM) VDMA
4 Additive Manufacturing Schichtbauverfahren Laminierverfahren 3D-Druck Selektives Laser Sintern bzw. Schmelzen Thermischer 3D- Druck Stereolithografie Hybrid Polyjet VDMA Rainer Gebhardt Seite 4 März 2015
5 Additive Manufacturing Verfahrensübersicht LS LBM FLM 3DP PJ LLM SL Hy brid Laser Beam Melting / Sintering (LBM, LS) Fused Layer Modeling / Freeformer 3D - Printing Polyjet Laminated Layer Modeling Stereolithographie Hybrid-Anlagen Metall (LBM), Kunststoff (LS) Kunststoff (+Füllstoffe) Quarz, Metall, Kunststoff Fotopolymer, Wachs Papier, Kunststoff, CFK Fotopolymer Metall Kleinserien,, Reparatur, Werkzeug Konsumartikel Prototypen Reparaturen, Einzelteile, Kleinserien VDMA Rainer Gebhardt Seite 5 März 2015
6 Additive Manufacturing Verfahrensübersicht LS LBM FLM 3DP PJ LLM SL Hy brid Laser Beam Melting / Sintering (LBM, LS) Fused Layer Modeling / Freeformer 3D - Printing Polyjet Laminated Layer Modeling Stereolithographie Hybrid-Anlagen Metall (LBM), Kunststoff (LS) Kunststoff (+Füllstoffe) Quarz, Metall, Kunststoff Fotopolymer, Wachs Papier, Kunststoff, CFK Fotopolymer Metall Kleinserien,, Reparatur, Werkzeug Konsumartikel Prototypen Reparaturen, Einzelteile, Kleinserien VDMA Rainer Gebhardt Seite 6 März 2015
7 LBM Selektives Schmelzen laser beam melting Ausgleichsrakel Pulvervorrat Laser Optik Laserstrahl XY-Spiegel Bauteile Stützstruktur Pulver Basisplatte Pulverschichten ( µm) werden durch Wärmeeintrag (Laser, E-Beam) selektiv aufgeschmolzen. Renishaw: VDMA Rainer Gebhardt Seite 7 März 2015
8 LS Selektives Sintern laser sintering Ausgleichswalze Laser Optik Laserstrahl XY-Spiegel Pulverschichten ( µm) werden durch Wärmeeintrag (Laser, E-Beam) selektiv aufgeschmolzen. Pulvervorrat Bauteile Pulver Basisplatte Varianten: HP / MultiJetFusion HSS / Sheffield ILT - Laserdioden EOS: VDMA Rainer Gebhardt Seite 8 März 2015
9 LS LBM Selektives Sintern / Schmelzen Eigenschaften Materialien Kunststoffe (PA, PS, PEEK) werden angeschmolzen / Metalle aufgeschmolzen, Keramik verbacken Auflösung Bauteilgröße Produktion* Anwendungen Hersteller > 0,15 / 0,02 mm > 600 x 400 x 500 mm³ bis 700 cm³/ h (Kunststoff) bzw cm³/ h (Metall) Werkzeuge (Spritzgießformen ) Rapid Manufacturing (Kleinserien, Einzelteile) Automotive, Luftfahrt EOS, stratasys (K+M) SLM, Concept Laser, Renishaw, 3D-Systems (M) * Reine Produktionsgeschwindigkeit (+Nacharbeit) Foto: MTU VDMA Rainer Gebhardt Seite 9 März 2015
10 Additive Manufacturing Verfahrensübersicht LS LBM FLM 3DP PJ LLM SL Hy brid Laser Beam Melting / Sintering (LBM, LS) Fused Layer Modeling / Freeformer 3D - Printing Polyjet Laminated Layer Modeling Stereolithographie Hybrid-Anlagen Metall (LBM), Kunststoff (LS) Kunststoff (+Füllstoffe) Quarz, Metall, Kunststoff Fotopolymer, Wachs Papier, Kunststoff, CFK Fotopolymer Metall Kleinserien,, Reparatur, Werkzeug Konsumartikel Prototypen Reparaturen, Einzelteile, Kleinserien VDMA Rainer Gebhardt Seite 10 März 2015
11 FLM Thermischer 3D-Druck (1) fused layer modeling Stützmaterial Druckkopf Stützstruktur Bauteil Basisplatte Durch Wärme verflüssigter Kunststoff wird aufgetragen und härtet bei Abkühlung aus. Variante: AKF / Arburg Werkstoff VDMA Rainer Gebhardt Seite 11 März 2015
12 FLM Thermischer 3D-Druck - Eigenschaften Materialien Kunststoffe (ABS, PC.), auch mit Füllstoffen Auflösung Bauteilgröße Produktion* Anwendungen > 0,15 mm > 1000 x 800 x 500 mm³ Ca. 100 cm³ / min Vorrichtungen, Kleinserien und viele Konsumgüter (fabbster, makerbot..) Hersteller Stratasys, Tiertime, 3D-Systems (Home Office..Industrie) * Reine Produktionsgeschwindigkeit, abh. von Auflösung, Material. - Hersteller VDMA Rainer Gebhardt Seite 12 März 2015
13 FLM Thermischer 3D-Druck - 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 VDMA Rainer Gebhardt Seite 13 März 2015
14 Additive Manufacturing Verfahrensübersicht LS LBM FLM 3DP PJ LLM SL Hy brid Laser Beam Melting / Sintering (LBM, LS) Fused Layer Modeling / Freeformer 3D - Printing Polyjet Laminated Layer Modeling Stereolithographie Hybrid-Anlagen Metall (LBM), Kunststoff (LS) Kunststoff (+Füllstoffe) Quarz, Metall, Kunststoff Fotopolymer, Wachs Papier, Kunststoff, CFK Fotopolymer Metall Kleinserien,, Reparatur, Werkzeug Konsumartikel Prototypen Reparaturen, Einzelteile, Kleinserien VDMA Rainer Gebhardt Seite 14 März 2015
15 3DP 3D-Druck 3D-printing Ausgleichswalze Klebstoffvorrat Druckkopf Materialverteilung (Quarzsand, Metall, Kunststoff) wird durch Bindemittelauftrag fixiert. Pulvervorrat Bauteile Pulverbett Basisplatte ExOne: Voxeljet: VDMA Rainer Gebhardt Seite 15 März 2015
16 3DP 3D-Druck 3D-printing Materialien Quarzsand, Gips, Keramik, Kunststoff, Metall Auflösung > 0,1 mm Bauteilgröße Bis 4 x 2 x 1 m³ Produktion* Anwendungen < 2050 cm³/min auch farbig möglich Rapid manufacturing (Kleinserien, Einzelteile) Industrie, Schmuck, Raumfahrt Hersteller Voxeljet, 3D-Systems, ExOne * Stark anlagenabhängig Fotos: voxeljet VDMA Rainer Gebhardt Seite 16 März 2015
17 3DP 3D-Druck 3D-printing Fotos: voxeljet VDMA Rainer Gebhardt Seite 17 März 2015
18 3DP 3D-Druck 3D-printing Quelle: voxeljet VDMA Rainer Gebhardt Seite 18 März 2015
19 3DP 3D-Druck 3D-printing Gedruckt auf dem ProJet 660 von 3D-Systems. Foto: sculpteo / Skoda VDMA Rainer Gebhardt Seite 19 März 2015
20 Additive Manufacturing Verfahrensübersicht LS LBM FLM 3DP PJ LLM SL Hy brid Laser Beam Melting / Sintering (LBM, LS) Fused Layer Modeling / Freeformer 3D - Printing Polyjet Laminated Layer Modeling Stereolithographie Hybrid-Anlagen Metall (LBM), Kunststoff (LS) Kunststoff (+Füllstoffe) Quarz, Metall, Kunststoff Fotopolymer, Wachs Papier, Kunststoff, CFK Fotopolymer Metall Kleinserien,, Reparatur, Werkzeug Konsumartikel Prototypen Reparaturen, Einzelteile, Kleinserien VDMA Rainer Gebhardt Seite 20 März 2015
21 PJ Fotopolymer Druck Polyjet - Modeling Material wird tröpfchenweise Stützmaterial Werkstoff B Werkstoff A UV- Lampe Druckköpfe aufgebracht und ausgehärtet (Fotopolymer-Inkjet + UV- Strahlung) Stützstruktur. Bauteil Basisplatte Stratasys: VDMA Rainer Gebhardt Seite 21 März 2015
22 PJ Fotopolymer Druck Polyjet - Modeling Materialien Auflösung Bauteilgröße Produktion* Anwendungen Hersteller Kunststoffe / Fotopolymere, auch unterschiedliche > 0,02 mm Bis 1000x500x800 mm³?? < cm³/min Feingussmodelle, Spritzgießwerkzeuge stratasys, 3D-Systems * Stark anlagenabhängig (Anzahl der Druckköpfe) Foto: VDMA Rainer Gebhardt Seite 22 März 2015
23 Additive Manufacturing Verfahrensübersicht LS LBM FLM 3DP PJ LLM SL Hy brid Laser Beam Melting / Sintering (LBM, LS) Fused Layer Modeling / Freeformer 3D - Printing Polyjet Laminated Layer Modeling Stereolithographie Hybrid-Anlagen Metall (LBM), Kunststoff (LS) Kunststoff (+Füllstoffe) Quarz, Metall, Kunststoff Fotopolymer, Wachs Papier, Kunststoff, CFK Fotopolymer Metall Kleinserien,, Reparatur, Werkzeug Konsumartikel Prototypen Reparaturen, Einzelteile, Kleinserien VDMA Rainer Gebhardt Seite 23 März 2015
24 SL Stereolithografie Fotopolymer wird durch gezielte Laserstrahl Optik XY-Spiegel UV-Strahlung im Bad ausgehärtet. Laser Wischer Flüssiges Fotopolymer Bauteil Stützstruktur Basisplatte RWTH Aachen: VDMA Rainer Gebhardt Seite 24 März 2015
25 SL Stereolithografie Materialien Auflösung Bauteilgröße Produktion* Anwendungen Hersteller Kunststoffe / Fotopolymere > 0,02 mm < 1500 x 400 x 600 mm³ 1 mm/min ~ 0.5 cm³/min Feingussmodelle, Mikrobauteile 3D-Systems, rapidshape, envisiontec * abhängig von der Laseranzahl VDMA Rainer Gebhardt Seite 25 März 2015
26 SL Stereolithografie Quelle: carbon3d VDMA Rainer Gebhardt Seite 26 März 2015
27 SL Stereolithografie Quelle: carbon3d VDMA Rainer Gebhardt Seite 27 März 2015
28 Additive Manufacturing Verfahrensübersicht LS LBM FLM 3DP PJ LLM SL Hy brid Laser Beam Melting / Sintering (LBM, LS) Fused Layer Modeling / Freeformer 3D - Printing Polyjet Laminated Layer Modeling Stereolithographie Hybrid-Anlagen Metall (LBM), Kunststoff (LS) Kunststoff (+Füllstoffe) Quarz, Metall, Kunststoff Fotopolymer, Wachs Papier, Kunststoff, CFK Fotopolymer Metall Kleinserien,, Reparatur, Werkzeug Konsumartikel Prototypen Reparaturen, Einzelteile, Kleinserien VDMA Rainer Gebhardt Seite 28 März 2015
29 LLM Laminierverfahren Layer Laminated Manufacturing (LLM) Materialien Auflösung Bauteilgröße Produktion Anwendungen Hersteller Papier, Kunststoff, Metall > 0,012 mm A4 Langsam, konturabhängig Farbige Gussmodelle mcor VDMA Rainer Gebhardt Seite 30 März 2015
30 Additive Manufacturing Verfahrensübersicht LS LBM FLM 3DP PJ LLM SL Hy brid Laser Beam Melting / Sintering (LBM, LS) Fused Layer Modeling / Freeformer 3D - Printing Polyjet Laminated Layer Modeling Stereolithographie Hybrid-Anlagen Metall (LBM), Kunststoff (LS) Kunststoff (+Füllstoffe) Quarz, Metall, Kunststoff Fotopolymer, Wachs Papier, Kunststoff, CFK Fotopolymer Metall Kleinserien,, Reparatur, Werkzeug Konsumartikel Prototypen Reparaturen, Einzelteile, Kleinserien VDMA Rainer Gebhardt Seite 31 März 2015
31 Hy brid Hybridtechnologie Quelle: DMG Mori Laserauftragsschweissen + Fräsbearbeitung auf einer Maschine Zielmarktsegmente: Werkzeug- / Formenbau, Aerospace, Automotive, Medizintechnik, Off shore, Maschinenbau VDMA Rainer Gebhardt Seite 32 März 2015
32 Stückkosten Additive Manufacturing Argumente AM heute Konventionelle Fertigung AM zukünftig Nicht konventionell herstellbar Konventionelle Fertigung AM heute AM zukünftig Konventionelle Fertigung AM Bauteilkomplexität Stückzahl Gewichtsreduzierung VDMA Rainer Gebhardt Seite 33 März 2015
33 Additive Manufacturing Anwendungen in der Industrie Rapid Prototyping Muster, Modelle Rapid Tooling Werkzeuge, Formen Rapid Manufacturing Einzelteile, Kleinserien, Maintenance Rainer Gebhardt a. Design b. Montagegerechte Konstruktion c. Kostenreduktion: Werkzeuglos d. Kostenreduktion: Zeit a. Gestaltungsfreiräume b. Performancesteigerun g (z.b. Kühlkanäle) c. Schnelle Anpassung.leichter, schneller, weiter. a. Weniger Fertigungsschritte b. Montage entfällt c. Zusatzfunktionen d. Materialaufwand reduziert e. Individualisierung VDMA Rainer Gebhardt Seite 34 März 2015
34 Entwicklungsprojekte am Laserzentrum Nord für die Luftfahrt. Bauteile aus TiAl6V4 Quelle: LZN, Prof.Emmelmann VDMA Rainer Gebhardt Seite 35 März 2015
35 AG Additive Manufacturing Anwender Werkstoffe Werkzeuge Automotive Weiterverarbeitung Verfahrenstechnik, Pumpen, Armaturen AM - Anlagenbauer Elektronik Komponenten- Zulieferer Klassischer Maschinenbau Pneumatik Dienstleister Metall / Kunststoff Forschung VDMA Rainer Gebhardt Seite 36 März 2015
36 Additive Manufacturing Beteiligte der Arbeitsgemeinschaft Technologielieferanten Anwender Scanner, Daten Material, Konditionierung Anlagentechnik, Laser, Düsen Produktion, Bearbeitung Verarbeitung, Nutzung Wertschöpfungskette des Additive Manufacturing Verfahren, Werkstoffe Bauteile, Gestaltung Standards Messtechnik Prozesse, Automatisierung Geschäftsmodelle Strategie Forschungsinstitute Dienstleister VDMA Rainer Gebhardt Seite 37 März 2015
37 AG Additive Manufacturing Mitglieder (März 2015) Anwender, Dienstleister VDMA Rainer Gebhardt Anlagenbauer Forschung Seite 38 März 2015
38 AG Additive Manufacturing Mitgliederentwicklung neue MG MG Forschung Anlagenbauer 0 Mai 14 Jun 14 Jul 14 Aug 14 Sep 14 Okt 14 Nov 14 Dez 14 Jan 15 Feb 15 Zulieferer Anwender Dienstleister VDMA Rainer Gebhardt Seite 39 März 2015
39 Additive Manufacturing Herausforderungen & Chancen Statistik/ Marktzahlen Herstellernachweis Branchenführer Ausbildung Produkthaftung Standardisierung Geschäftsmodelle Wertschöpfung Materialeigenschaften Qualitätssicherung Umwelt Neue Märkte Wirtschaftlichkeit der Verfahren Öffentlichkeitsarbeit Messen Konstruktionsrichtlinien Bauteil-Bearbeitung Energie andere Technologie / Know-How Datenschutz Produktpiraterie Anwendungen Neue AM-Verfahren Verfahrensoptimierung Integration in die Produktion Verfahrensvergleich Bauteileigenschaften Open Innovation Prozessautomatisierung Software-Lösungen Maschinenabnahmen Neue Materialien VDMA Rainer Gebhardt Seite 40 März 2015
40 Additive Manufacturing Schwerpunkte Statistik/ Marktzahlen Herstellernachweis Branchenführer Ausbildung Produkthaftung Standardisierung Geschäftsmodelle Wertschöpfung Materialeigenschaften Qualitätssicherung Umwelt Neue Märkte Wirtschaftlichkeit der Verfahren Öffentlichkeitsarbeit Messen Konstruktionsrichtlinien Bauteil-Bearbeitung Energie andere Technologie / Know-How Datenschutz Produktpiraterie Anwendungen Neue AM-Verfahren Verfahrensoptimierung Integration in die Produktion Verfahrensvergleich Bauteileigenschaften Open Innovation Prozessautomatisierung Software-Lösungen Maschinenabnahmen Neue Materialien VDMA Rainer Gebhardt Seite 41 März 2015
41 AG Additive Manufacturing Arbeitsschwerpunkte Im Interesse der Mitgliedsfirmen und entsprechend den Möglichkeiten des VDMA werden Arbeitskreise gebildet zu den Themen: a. Integration in die Produktion, Prozessautomatisierung b. Maschinenabnahmen, Zertifizierung, Standardisierung c. Materialien für Additive Manufacturing, Neue Materialien VDMA Rainer Gebhardt Seite 42 März 2015
42 AG AM auf der HMI (H7/C51) Symposium am , 14 Uhr Der Maschinenbau als Schlüsselfaktor für die Industrialisierung des 3D-Drucks (R. Gebhardt, AG AM) Übersicht der AM-Technologien und ihre Potenziale für den Maschinenbau (Dr. E. Klemp, DMRC Paderborn) Kunststoff-Freiformen für die wirtschaftliche Fertigung von Einzelteilen und Kleinserien aus Kunststoff (H. Gaub, ARBURG) Industrielle Metallverarbeitung beim Laser Schmelzen (J.-P. Derrer, RENISHAW) 3D-Druck Potentiale in der Automobilindustrie (R. Stache, VW) Von der konzeptionellen Entwicklung zu einem wirtschaftlichen Endprodukt (R. Becker, SCHUNK) Reparatur und Herstellung von Gasturbinen: Erfahrungen zur Industrialisierung von SLM (Andreas Graichen, SIEMENS PS) VDMA Rainer Gebhardt Seite 43 März 2015
43 Herzlichen Dank Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! VDMA Rainer Gebhardt Seite 44 März 2015
44 AG Additive Manufacturing Verfahrensmatrix Überblick der bekannten Technologien» Einstieg in die Technologievielfalt» Systematische Zuordnung» Übersicht der Möglichkeiten» Datensammlung zu Leistungsmerkmalen der Verfahren, Angaben aus Praxis und Labor. VDMA Rainer Gebhardt Seite 45 März 2015
45 AG Additive Manufacturing Kompetenzen der Mitglieder Übersicht der Mitgliedsfirmen mit Angaben zu Know-How und Produktion innerhalb der Prozesskette AM» Im Internet, ggf. nur für Mitglieder» In einem Branchenführer oder Herstellernachweis der Arbeitsgemeinschaft Foto: Airbus A350 VDMA Rainer Gebhardt Seite 46 März 2015
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