Thüringer Werkstofftag 2017

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1 Thüringer Werkstofftag 2017 I. Forschungs- und Entwicklungskooperationen II. Materialeigenschaften für den 3D-Druck von Glaspulvern und Prozessbedingungen bei der Weiterverarbeitung K. Nicolai (IL Metronic), E. Rädlein (TU Ilmenau) FSU Jena,

2 I. Firma Gesamtfläche: 5500m² Produktionsfläche: 50% Lage: Ilmenau- Unterpörlitz Gründung: Angestellte, 3 Azubis DIN-zertifiziert seit Firmengebäude Unternehmen des Jahres 2010 (IHK Südthüringen) Großer Preis des Mittelstandes

3 I. Produkte Kundenspezifische Glasund Keramikdurchführungen Sensoren, Messfenster, Sonden und Referenz- Messgeräte für UV-Trinkwasser- und Luftdesinfektion Sensoren und Messgeräte/ Hygrometer für Feuchtemessungen (relativ, absolut) 2

4 I. Projekte 1. AVT - Entwicklung eines Masse-Sensors für Feinstaubpartikel (08/14 07/16) mit TU Ilmenau, FG MNS und europäischen Partnern 2. AVT für Interaktive Mikroimplantate (11/16 03/21) bundesweit 3. Virtuelle Produktentwicklung (Wachstumskern in Vorbereitung) Thüringen 4. Werkzeugfreie Herstellung von Sinterglaskörpern für Glasdurchführungen (10/14 01/17) mit TU Ilmenau, FG ANW 3

5 I. Entwicklung von AVT für einen Masse-Sensor für Feinstaubpartikel 6-poliges TO-Gehäuse mit Staubkanal EU-Projekt PAMIAQ (PARTICLE MATTER SENSORS FOR INDOOR AIR QUALITY)

6 I. Entwicklung von AVT für einen Masse-Sensor für Feinstaubpartikel Fräsungen CS-Aufnahme (GDF) Verbindung GDF-LP-CS

7 I. Entwicklung von AVT für einen Masse-Sensor für Feinstaubpartikel Mikro-AVT-Anlage Bondungen, Mikrolötungen und Abdeckungen

8 I. Interaktive Mikroimplantate (intakt) 7

9 I. Interaktive Mikroimplantate (intakt) Projektlaufzeit: 11/ /21 1.Implantat zur Tinnitus-Suppression 2.Implantate für Modulation des Intestinaltrakts 3. Implantate zur Greiffunktionswiederherstellung VDI/VDE Innovation + Technik GmbH 8

10 I. Implantat zur Tinnitus-Supression 9

11 I. Intestinaltraktimplantat (Modulation) 10

12 I. Implantate zur Greiffunktionswiederherstellung 11

13 I. Virtuelle Produkt- und Prozessentwicklung und -optimierung Regionale Verteilung der Bündnispartner

14 I. Virtuelle Produkt- und Prozessentwicklung und -optimierung 13

15 I. Virtuelle Produkt- und Prozessentwicklung und -optimierung Technologieplattform Prozesssimulation (additive Fertigung ) Simulation des Herstellungsprozesses von additiv gefertigten Produkten, um Produkteigenschaften (z.b. Formtreue, Festigkeit) vorherzusagen. Optimierung des Herstellungsprozesses Produktsimulation Produktsimulation unter Berücksichtigung mehrerer miteinander gekoppelter physikalischer Domänen (z.b. Mechanik, Optik, Thermik, magnetisch, elektrisch) Digitaler Zwilling Modellierung eines digitalen Zwillings zur Verknüpfung von virtueller Produkt- und Prozess-entwicklung und - optimierung mit Daten aus dem realen Einsatz der Produkte

16 II. Werkzeugfreie Herstellung von Sinterglaskörpern für Glasdurchführungen Materialeigenschaften für den 3D-Druck von Glaspulvern und Prozess- Bedingungen bei der Weiterverarbeitung Substitution des Prozessschrittes Pressen durch ein generatives Verfahren Kleinserien und Prototypen: wirtschaftlich flexibel 15

17 II. Prozesskette Erzeugung des 3D - Datensatzes (*.stl -Datei) Glaspulveraufbereitung 3D -Druck der Rohlinge Nachbearbeitung Entbinder - und Sinterprozess Montieren GDF Einschmelzen GDF Funktionsprüfungen GDF

18 II. Glaspulveraufbereitung Ø20 mm, Ø10 mm Ø20 mm 17

19 II. Bindersystem Wechselwirkung Bindersystem Glaspulver : 1. Agglomeration der Pulverpartikel durch Senkung des Zetapotentials 2. Fixierung der Agglomeration durch gelöstes und später getrocknetes Dextrin ζ Ø20 mm, Ø10 mm Ø20 mm

20 T [ C] II. Entbinder- und Sinterprozess Entbinder - und Sinterregime GP Sintern GP2/3/4 600 Entbindern GP1 500 Hauptmasseumsatz 400 Karamellisierung t [min] 21 mm C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O 2C 6 H 12 O 6 + O 2 11C+12H 2 O + CO 2 ; C + O 2 CO 2

21 II. REM Untersuchung GP1_10 gedruckt und gesintert, Porosität 44% GP2_30 gedruckt und gesintert, Porosität 30%

22 II. REM Untersuchung GP1_10 gepresst gedruckt und gesintert und gesintert GP2_30 gedruckt und gesintert

23 II. Optimierung Entbinderprozess Programm: NETZSCH Thermokinetics NETZSCH Thermokinetics Dextrin2 NETZSCH Thermokinetics Mass/% 90 Dextrin2 Mass/% Grundlage: TGA Kurven von Dextrin 31.1 K/min 10.4 K/min 70 Schritt 1 : Modellfreie Analyse Schritt 2: Nichtlineare Regression A 31.1 K/min 10.4 K/min Schritt 3: - Isotherme Vorhersagen - RCM/RCS Simulation Temperature/ C

24 II. Optimierung Entbinderprozess Schritt 1 : Modellfreie Analyse-Friedman -Analyse der Messungen 23

25 T [ C] II. Optimierung Entbinderprozess RCM Simulation Dextrin2 Fract.Mass Loss/% Temperature/ C Entbinder - und Sinterregime GP 1-4 Sintern Entbindern optimierte Temperaturführung GP1 GP2/3/ Time/min t [min] 24

26 II. Stückkostenvergleich Kleinserien Kosten 3D-Druck (Arbeitsaufwand): 2,42 Kosten Pressverfahren (Werkzeugkosten):

27 II. Zusammenfassung erstmalig im Herstellungsprozess von GDF: 3D-Druck Anpassung Prozessschritte stabile Prozesskette komfortables Prozessfenster Glaspulver d 1 =50 mm d 2 =40 mm h=15 mm d=30mm d=20mm < 0,0001 mpa * l / s 100 GΩ bei 1000 V bis 10 MPa 2,7 kv bei 30 mm 20 ma 26

28 IL Metronic + 27