Additive Fertigung: Hybride Fertigung von funktionsintegrierten Kunststoffprodukten

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1 Wege in die vernetzte Produktion On the way to networked production INSTITUT FÜR KUNSTSTOFFVERARBEITUNG IN INDUSTRIE UND HANDWERK AN DER RWTH AACHEN Additive Fertigung: Hybride Fertigung von funktionsintegrierten Kunststoffprodukten Additive manufacturing: Hybrid manufacturing of functional integrated plastics parts

2 Die Technologie integrierte Verfahrenskombination Das IKV hat eine integrierte Verfahrenskombination gänzlich verschiedener Gruppen von Fertigungsverfahren entwickelt und umgesetzt. Ein additiver, plastifizierender Fertigungsprozess wird nach Bedarf mit weiteren Prozessen wie Einlegeprozessen oder subtraktiven Nachbearbeitungsprozessen verknüpft. Vollfunktionsfähige hybride Fertigungszelle Die hybride Fertigungszelle besteht aus einem Positioniersystem mit automatischer, standardisierter Werkzeugwechseleinheit schneckenbasierten Extruder mit integrierter Materialzufuhr Werkzeuglager zur Integration von Greifer- und Fräserwerkzeugen Die hybride Fertigungszelle basierend auf einem flexiblen Positioniersystem bietet die Möglichkeit, Handlingaufgaben einzubinden, wie die Integration von Einlegeteilen oder eine integrierte Qualitätsmessung. Sie bietet die sequenzielle Bearbeitung von Fertigungsaufträgen ohne manuellen Eingriff. Einsatz weiterer Materialien möglich Auch Endlosfaserverstärkung, niedrigschmelzende Metalllegierung oder duroplastische und elastomere Kunststoffe können mithilfe angepasster Werkzeuge integriert werden. 2 Hybride Fertigungszelle mit Positioniersystem, Antriebseinheit mit Werkzeugwechselsystem und Extruder (IKV/Fröls)

3 The technology integrated process combination IKV has developed an integrated process combination consisting of completely different types of manufacturing processes. An additive plasticising production process is linked, as required, to other processes such as insert processes or subtractive post-finishing processes. Fully functional hybrid manufacturing cell The hybrid production cell consists of a positioning system with automatic, standardised mould changing unit screw-based extruder with an integrated material supply tool storage for the integration of gripper and milling tools The hybrid production cell based on a flexible positioning system offers the possibility to incorporate handling tasks such as the integration of inserts and integrated quality measurements. It thus offers the sequential processing of production orders without manual intervention. Use of other materials possible Other materials such as continuous fibre reinforcement, low-melting metal alloys or thermosetting and elastomeric plastics can also be integrated with the help of adapted tools. Hybrid production cell with positioning system, drive unit with mould change system and extruder 3

4 Der Nutzen Bauteile mit Losgröße 1 Die hybride Fertigungszelle kombiniert die unterschiedlichen Fertigungsverfahren automatisch. Hohes Automatisierungspotenzial dank Antriebseinheit mit automatischem Werkzeugwechselsystem, die die verschiedenen Prozesse direkt sequenziell kombiniert flexible Kupplungskomponenten übertragen elektrische Signale und Fluidströme werkzeugspezifisch und leckagefrei die einzelnen Prozesse sind vernetzt und die Abfolge der Fertigungsaufträge erfolgt automatisch Das schneckenbasierte und plastifizierende additive Fertigungsverfahrens verfügt über ein subtraktives Fertigungsverfahren. Einlegteile wie Lagerbuchsen, Elektronikbauteile oder Spritzgießnormalien werden automatisiert in den Prozess eingebunden. Mithilfe der verschiedenen Fertigungsverfahren lässt sich das Ziel einer wirtschaftlichen, kundenorientierten und automatisierten Produktion von funktionsintegrierten Kunststoffbauteilen in kleinen Stückzahlen erreichen. 4 Die hybride Zelle lässt sich automatisch steuern

5 Benefit batch size 1 parts The hybrid production cell automatically combines different production processes and complements their advantages. High automation potential through a drive unit with an automatic mould change system, combining the various processes directly and sequentially flexible coupling components that transfer electric signals and fluid flows for the specific mould being used, free of any leakages linked individual processes and a sequence of production orders that is determined automatically The screw-based and plasticising additive production process is coupled with a subtractive manufacturing process. Inserts such as bearing bushes, electronic parts or standard mould units are also integrated automatically into the process. Using the different manufacturing processes, it is possible to achieve the goal of economic, customer-oriented and automated production of functionally integrated plastic parts in small batches. (IKV/Fröls) The hybrid cell can be controlled automatically Aachen Cathedral in the center of Aachen Picture: T. Fischer 5

6 Post Processing für gute Oberflächenqualität Dank der hybriden Fertigungszelle lassen sich geringe Maßhaltigkeit, mäßige Oberflächenqualitäten und fehlende Materialverknüpfung additiv gefertigter Bauteile automatisiert beheben. Damit sind nachgelagerte Lackierschritte und passgenau integrierte Einlegeteile einfach einzusetzen. Die hybride Fertigungszelle ermöglicht, die Bauteile schon im additiven Entstehungsprozess alternierend zu bearbeiten. Durch den alternierenden Prozessablauf lässt sich die maximal mögliche Komplexität der additiven Fertigungstechnik mit den Vorteilen der Nachbearbeitungsund Einlegeprozesse kombinieren. Einfache Nachbearbeitung Die raue Oberflächenstruktur additiv gefertigter Bauteile lässt sich mithilfe der hybriden Fertigungszelle einfach nachbearbeiten. Eine hohe Oberflächenqualität und maßhaltige Flächen können durch eine nachträgliche subtraktive Bearbeitung erreicht werden. Eine lackierfähige Oberfläche entsteht. 6 Additiv gefertigtes Bauteil mit unterschiedlich bearbeiteten Oberflächen und nachträglicher Lackierung

7 Post-processing for good surface quality Thanks to the hybrid production cell, low dimensional stability, poor surface quality and weak material bonding of additively produced parts can be automatically eliminated. This permits downstream coating steps and precisely integrated inserts. The hybrid production cell makes it possible to process the parts during the additive development process already alternately. Through the alternating process flow, the maximum possible complexity of additive manufacturing technology can be combined with the advantages of finishing and deposition processes. Simple post-processing The rough surface structure of additively manufactured components can easily be reworked using the hybrid production cell. A high surface quality and dimensionally accurate surfaces can be achieved through subsequent subtractive processing. A paintable surface is obtained. Additively manufactured part with differently treated surfaces and subsequent surface coating 7

8 Information Ihr Ansprechpartner zu allen Fragen rund um das Projekt Your contact for all questions concerning the project Nicolai Lammert, M.Sc. RWTH Spritzgießen/Additive Fertigung Injection moulding/ Additive manufacturing Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen Prof. Dr.-Ing. Christian Hopmann Seffenter Weg Aachen, Germany