The World of Additive Manufacturing. Frech Laser Melting. Prototypenbau. Kleinserien. Konturnahe Temperierung für Gießformen

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1 The World of Additive Manufacturing Frech Laser Melting Prototypenbau Kleinserien Konturnahe Temperierung für Gießformen

2 Eine Lösung viele Vorteile: unsere Frech Laser Melting-Technik Wer bei Oskar Frech produzieren lässt, vertraut auf hohe Produktsicherheit. Diesen Anspruch erfüllt das Unternehmen mit dem Einsatz der Frech Laser Melting- Technik. Diese ist in der Regel wirtschaftlicher als herkömmliche Verfahren, wenn es um die Herstellung von Einzelstücken, komplexen Teilen oder Serien mit geringen Stückzahlen und geringem Materialeinsatz geht. Ihre Vorteile im einzelnen - Herstellung komplexer Werkstücke mit beinahe allen Bauteilgeometrien, die mit konventionellen Produktionsverfahren nicht herstellbar sind oder nur mit großem Aufwand gefertigt werden können, wie z.b. Hohlräume - Erzeugung von filigranen oder porösen Strukturen sowie unregelmäßigen Kanälen, die im Werkstück verlaufen - Gewichtsersparnis von Bauteilen für den Leichtbau durch eine entsprechende Topologieoptimierung - Schnelle und kostengünstige Herstellung von Prototypen, Unikaten und Kleinserien - Beratung bezüglich konturnaher Temperierung in kundenspezifischen Gießformen, Optimierung mit Hilfe von Computersimulationen sowie Realisierung der Projekte mit der Frech Laser Melting-Technik - Alles aus einer Hand von einem Premium-Unternehmen mit anerkanntem Know-how in der Werkzeugtechnik und langjähriger Erfahrung in der mechanischen Bearbeitung von Bauteilen aus Metallen Beispiel von einem Kern für eine Druckgießform mit im Bauteil verlaufenden Kühlkanälen

3 Luft- und Raumfahrt Automobiltechnik Medizintechnik Maschinenbau Einschränkungen hinsichtlich mechanischer Gebrauchseigenschaften, wie z.b. Festigkeit oder Bruchdehnung im Vergleich zu Druckgussbauteilen, gibt es nicht. Das Frech Laser Melting-Verfahren kann prinzipiell alle schweißbaren metallischen Materialien verarbeiten. Nutzbar sind dabei Metalllegierungen in Pulverform. Der vorhandene 3D-Drucker verfügt über: - 400W Faserlaser - Vorheizung der Bauplatte bis 200 C - Bauraum 280 x 280 x 350 mm Bei Oskar Frech sind momentan folgende Materialien im Einsatz*: Werkzeugstahl Aluminiumlegierung AlSi10Mg Werkstoff Zustand Zugfestigkeit Rm [MPa] Streckgrenze Rp0,2 [MPa] Bruchdehnung A [%] Härte [HRC] Werkzeugstahl X3NiCoMoTi wärmebehandelt (490 C) Auslagern Aluminium AlSi10Mg wie gebaut typ * andere Materialien auf Nachfrage Materialdichte Die Materialdichten der Bauteile, hergestellt im Druckgussund im Frech Laser Melting-Verfahren wurden gemessen und miteinander verglichen. Die Materialdichte der generativ hergestellten Bauteile ist nur um weniger als 0,03% geringer als die Materialdichte der Druckgussteile. Bauteilgenauigkeiten Die Toleranzen der mit Frech Laser Melting hergestellten Bauteile entsprechen der Norm DIN / ISO mittel HB

4 Der Verfahrensablauf auf einen Blick Das generative Fertigungsverfahren Frech Laser Melting ist neben dem Laserauftragsschweißen ein additives Verfahren zur direkten Herstellung von metallischen Funktionsbauteilen. Während beim Laserauftragsschweißen ein pulverförmiger Zusatzwerkstoff durch eine entsprechende Pulverzufuhrdüse koaxial mit dem Laserstrahl an den Bearbeitungsort zugeführt wird, ist das Frech Laser Melting ein Flachbettpulververfahren. Pulverschicht auftragen Überflüssiges Pulver Scanner Beschichter Pulverschicht Laserquelle Scannen und Laseraufschweißen Beschichter Laserstrahl Überflüssiges Pulver Im ersten Prozessschritt wird in einer mit einem Prozessgas gefluteten Prozesskammer eine 30μm bis 50μm dünne Metallpulverschicht mit einem Beschichter gleichmäßig auf einer Substratplatte aufgetragen. Der Laserstrahl, abgelenkt mit einem Scan ner, schmilzt lokal die Metallschicht, entsprechend der in einzelne Schichten zerlegten CAD-Daten des Bauteils auf.

5 Absenken der Plattform Pulverschicht auftragen Scannen und Laseraufschweißen Absenken der Plattform Pulverschicht auftragen Scannen und Laseraufschweißen Pulver Bauteil Im nächsten Prozessschritt senkt sich die Substratplatte um eine Schichtdicke ab und eine weitere dünne Metallpulverschicht wird vom Beschichter aufgetragen. Der Laserstrahl schmilzt die nächste Metall schicht auf und verbindet sie mit den darunter liegenden Schichten. So wird Schicht für Schicht das komplette Bauteil aufgebaut. Beispiel eines Pumpengehäuses aus der Automobilbranche mit senkrechten und waagerechten Bohrungen sowie filigranen Strukturen auf der Oberfläche.

6 Konventionelle Temperierung Bei der konventionellen Methode lassen sich nur gerade Temperierungskanäle in der Bearbeitung von Kernen und Schiebern durch Bohrungen erzeugen. Ergebnisse der Computersimulation: Die Temperatur des 7 Sekunden Gießprozess 18 Sekunden Gießprozess Vorteile der KnT Kürzere Abkühlzeiten - verringern die Zykluszeiten im Druckguss. - minimieren die Gefahr von Schwindungslunkern sowie der Porosität und verbessern somit die Qualität der Druckgussteile. - ermöglichen das Minimalmengen- Sprühen. - tragen zur längeren Lebensdauer der Form und der Segmente bei.

7 Konturnahe Temperierung (KnT) mit Frech Laser Melting-Technologie Mit dieser Technologie lassen sich problemlos komplizierte innenliegende Temperierkanäle für die sehr effiziente konturnahe Temperierung herstellen. Bauteils entspricht der Oberflächentemperatur der Druckgussform. 7 Sekunden Gießprozess 18 Sekunden Gießprozess Weitere Vorteile der KnT: Beseitigung von Hotspots in der Form und die damit verbundene Verbesserung der Qualität der Druckgussteile.

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