3D Drucken Neue industrielle Revolution oder vorübergehender Hype?

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1 3D Drucken Neue industrielle Revolution oder vorübergehender Hype? Vortrag anlässlich: 14. THURGAUER TECHNOLOGYTAG 28. März 2014 Inspire institute for rapid product development irpd St. Gallen, Switzerland 1

2 Agenda Teil I Vorstellung Inspire irpd: Institut für Rapid Product Development Teil II Indutrielle Revolution - Hype(?): Additive «Manufacturing» Technologien Teil III Industrielle Beispiele 2

3 Teil I Inspire AG Vorstellung: Institut für Rapid Product Development 3

4 Wer ist inspire? Industrie INSPIRE Strategischer Partner der ETHZ inspire ist ein hochschulnahes Kompetenz-zentrum für die Schweizer Maschinenindustrie. Es betreibt Forschung für die Industrie und löst Probleme in allen Wissensgebieten. Methoden, Prozesse und Technologien inspire macht sie anwendungsreif. inspire ist eine gemeinsame Initiative von Swissmem, der Eidg. Technischen Hochschule Zürich (ETH) und des Bundesamtes für Berufsbildung und Technologie (BBT). 4

5 Wer ist inspire? ETH Zürich, Headquaters Empa St.Gallen Technopark Zürich Aktivitätsfelder / institute - Iwf-processes: Schleifen, Fräsen, Schneiden, EDM, - Iwf-machines: Prozess- und Maschinenentwicklung - Iwf-micromachining: Laser- & Mikrofertigung - Irpd: Additive Manufacturing (SLS, SLM) - Ipdz: Konstruktion & Design - Ics: Komposite-Strukturen - Icmi: Materialwissenschaften / Material integrity - Ifa: Energy - Ivp: Virtual production / Umformtechnik 5

6 Organigramm: Wer ist inspire? 6

7 Inspire - irpd? Primär Dienstleister! Kunden Verkauf Produktion R&D Entwicklungs Unterstützung für Produktion + Verkauf Auch eigene Projekte 7

8 3D Drucken AM: Realität / Hype? 3D-Printing = Additive Manufacturing (AM)? = Presse Hype?? «3D-printing» «Additive Manufacturing (AM): SLS und SLM» Gartner Hype Cycle,

9 3D Drucken AM: Realität / Zukunft Fokus Inspire irpd ist «Additives Manufacturing = AM» Selective Laser Melting (SLM) Metalle Selective Laser Sintering (SLS) Plastics (engl.) Produkte als Industrielle Teile SLM machine SLS machine 9

10 Kern Kompetenzen: irpd Additive Manufacturing (AM) = 3D Printing - small series - Bridging - Implants - Instruments Medical Manufacturing core competences Selective Laser Melting / Selective Laser Sintering, 3D-Printing (3DP) - 3D scanning Rapid Prototyping - Polymers Metals degree 45 degree 90 degree Process and Material development Reverse Engineering 10

11 R&D FOKUS: irpd SLS / SLM Anwendungen SLS / SLM SLS / SLM SLM / SLM Materialien Standardisation ASTM-ISO Prozesse Standardisation ASTM-ISO Maschine Ausrüstung Additive Herstellung mit Verfahren SLM / SLM 11

12 Teil II Inspire AG Industrielle Revolution: «Additive Manufacturing» Technologien Subtraktive Verfahren 12

13 Additiv Fertigen Subtraktiv Fertigen Grundprozess Definition: Additive manufacturing (AM), n processes of joining materials to make objects from 3D model data, usually layer upon layer, as opposed to subtractive manufacturing fabrication methodologies. ASTM Funktionsprinzip Energy Z Y X Koord.-System CAD Modell Slice-Prozess Einzelne Bauprozess Schichtinformation 13

14 Additive Fertigungstechnologien VDI 3404 Additive fabrication rapid technologies Fused deposition modeling - FDM Selective Laser Sintering / Melting SLS / SLM Stereo Lithographie - SLA Multi-jet Modeling - MJM Poly-jet Modeling - PJM Layer Laminated Manufacturing - LLM Digital Light Processing- DLP 3D-Printing 3-DP 14

15 Additive Fertigungstechnologien VDI 3404 Additive fabrication rapid technologies Fused deposition modeling - FDM Selective Laser Sintering / Melting SLS / SLM Stereo Lithographie - SLA Multi-jet Modeling - MJM Poly-jet Modeling - PJM Layer Laminated Manufacturing - LLM Digital Light Processing- DLP 3D-Printing 3-DP 15

16 «Industrielle» Revolution mit AM Vorteile Hinterschnitte existieren nicht alle Geometrien können produziert werden Viele verschiedene Geometrien ( customized ) können im selben Prozess gebaut werden Customised Formgebung lässt sich mit Losstück EINS starten Neu optimierte Formen sind möglich - bionic / light weight Komplexe Strukturen fertig zusammen gebaut Stücklisten: Teilereduktion Nachteile Limitierte Anz & Prozess-Spezifische Materialien, insbeso Plastics!!! Endbearbeitung zwingend (Unterstützungsstruktur - SLM, Oberflächen Qualität). Los Grösse (Produktion): Von 1 to 100 / 1000 nicht für grosse Serien!!! 16

17 Beispiel: Endbearbeitung SLS Teile surface refining: let s do it manually! Primer Polish Spray varnishable priming polishing by abrasives traditional look extremely time and personnel consuming especially for RM 17

18 Industrielle Revolution AM Verfahren? Consumer 3D Printing: Enterprise AM: Investition gering: CHF 1k bis 50k Investition enorm: CHF 300k bis 1`200k 18

19 Teil III Inspire AG Industrielle Beispiele 19

20 Produktions Beispiel PA12 Bau ganze Urinoir / Klo 28h Produktionszeit 10h Abkühlzeit 2h Auspacken 30h Finishing Primer / Farbe Etc. 20

21 Produktions Beispiel Metall Bau auf Metallplatte!!! 14h Produktionszeit 2h Abkühlzeit Auspacken = Unterstützungen mechanisch entfernen Finishing: Anlassen, Härten, etc. Etc. 21

22 Produktions Beispiel Branche Boeing Dreamliner SLS Air Ducts produziert in SLS Polyamid (FR 106) Kein Werkzeug Geringes Risiko Funktionsoptimierte, komplexe Geometrie Einfache Montage Flexible Produktion 22

23 Produktions Beispiel Branche Duraform HST Composite introduced by irpd in April 2007 Quelle: BMW 23

24 AMZ Rennwagen Simplon e85 SLM Metallbauteile für Krafteinlenkung an Aufhängung und Steuergestänge 2.1kg / PS 24

25 Produktions Beispiel rasches Prototyping Thömus E-Bike «Stromer» 25

26 Produktions Beispiel rasches Prototyping Thömus E-Bike «Stromer» 26

27 Nierenstein Zertrümmerer Device Application Production of a reflector holder of a Shock Wave device (to destroy kidney stones), MTS Reflector holder orthowave 100 Serie of reflector holder Shock wave head orthowave 100 Need Production of Shock Waves High voltage (7000V) Water turns into gas Isolation Tightness Consistency Dimensions Produced in SLS (Polyamid) 100 parts per year space of gas channels optimized Integration of functions: holder for board Integration of hose mounting minimized part list minimized assembly time delivery time 3 days 27

28 Implantate / Schmuck / etc. Materialien: Rostfrei / Aluminium / Titan/ Gold / Silber Mensch = Freiform Geometrien (3D Daten Tomography Schmuck = Individualität hoch (Einzelstück) 28

29 3D Drucken AM: Realität / Hype? Konlusion 3D Drucken: Wird Teile der Welt verändern nicht die Ganze! Informationshype heute Findet die Nische, die kann aber gross werden? Es ist noch Vieles zu entwickeln: Stabile Prozesse, mehr Materialien, Normen für Konstruktion & Fertigung, neue Maschinenkonzepte, Fertigungspräzision, Finishing Prozesse, etc., etc. Material Maschine sehr eng verknüpft! Ueberlegung und Umsetzung interessante Prozesse u.a. im Bereich Logistik: Design Global & Produce Local. Billige 3D Drucker als Einsteigermodelle mit wenig brauchbarem Anwendungsspielraum für Industrie aber Hype für Homeanwender? Teurer Einstieg heute für AM Verfahren auf «industrieller» Anwenderseite relativ langsames Wachstum. Etc., etc. 29

30 Inspire irpd Stand Ausstellung Danke für Aufmerksamkeit Inspire institute for rapid product development irpd St. Gallen, Switzerland 30