Do it yourself 2.0: Stand der Technik, Chancen und Risiken des 3D-Drucks im gewerblichen Bereich IHK zu Essen, 13.11.2013 Prof. Dr.-Ing. habil. Gerd Witt Dr.-Ing. Jan T. Sehrt Dipl.-Ing. Tobias Grimm Dipl.-Ing. Andreas Wegner
Agenda 3D Druck: Ein neuer Hype!? Forschung, Trends und Normung in BRD Bisher erreichter Entwicklungsstand: Applikationsbeispiele und Vorteile des Additive Manufacturing Zukünftige Handlungsfelder: Nachteile und Herausforderungen des Additive Manufacturing Die potentiellen Veränderungen durch den 3D-Druck führen zu einer Demokratisierung der Produktion. Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten am RTC 2
3D Druck ein neuer Hype? Focus Online ARD tagesthemen ZDF heute RP Online Stern.de FAZ Die Zeit 3
Verstärktes Bewusstsein: Hype Kurve von Gartner 2012 [www.forbes.com] 4
Nationale Forschungsprogramme Starke Förderung der Technologie durch Forschungsinitiativen Gemeinsame Initiative von VDI und DVS: [www.dvs-ev.de] DVS Fachausschuss 13 Rapidtechnologien VDI Fachausschuss 105 Rapid Manufacturing DVS Fachgruppe 4.13 Gen. Fertigungsverfahren [www.dvs-ev.de] [www.vdi.de] Forschungscampus "Digital Photonic Production Sonderforschungsbereich SFB 814 Additive Fertigung [www.bmbf.de] [Universität Erlangen] [www.dfg.de] [www.bmbf.de] 5
Normungsaktivitäten AM unter BRD-Beteiligung ISO FA 105 NA 145-04-01 AA Spiegelkomitee [www.vdi.de] Dokumente: FA 105: VDI 3404 (2009) FA 105-1: VDI 3405-1 FA 105-2: VDI 3405-2 FA 105-3: VDI 3406 (plan) [www.beuth.de] Deutsche Position und Input in ISO/TC 261 ISO/TC 261 ASTM F42 Dokumente: CD 17296-1 CD 17296-2 DIS 17296-3 DIS 17296-4 Dokumente: ASTM F2921 ASTM F2915 ASTM F2924 ASTM F2792 [www.iso.org] [www.astm.org] 6
Applikationen des AM in der Produktion I Individueller Zahnersatz Bisher: Herstellung durch Gusstechnik Ein Zahntechniker stellt so ca. 20 Zahngerüste pro Tag her Heute: Herstellung von Zahnkronen und -brücken durch Additive Manufacturing (Strahlschmelzen) Eine Anlage produziert bis zu 450 Einheiten von Zahnkronen und -brücken in 24 Stunden Vollautomatisierte Herstellung bei gleich bleibend hoher Fertigungsqualität Biokompatible Kobalt-Chrom-Legierungen Nachbehandlung metallener Zahnersatzgerüste Ästhetische Aufwertung durch Keramikverblendung www.pressebox.de www.rtejournal.de www.bego.com 7
Applikationen des AM in der Produktion II Individualprothesen, -implantate und -instrumente In der Medizin werden vermehrt patientenspezifische Instrumente, Implantate und Schnittblöcke zur Implantat-Positionierung durch Additive Manufacturing erstellt: Präoperative Prothesenplanung Festlegung erforderlicher Knochenschnitte durch Schablone Osseointegrative Implantate durch interne Strukturen Wiederherstellung von Schädelstrukturen Verkürzte Operationszeit Reduziertes Instrumentarium Einsatz von biokompatiblen Materialien wie Titan, CoCr, PEEK www.arcam.com www.slm-solutions.com www.arcam.com 8
Applikationen des AM in der Produktion III Konturnahe Werkzeugtemperierung Im Werkzeug- und Formenbau werden vermehrt die Werkzeuge und Formen mit einer konturnahen Werkzeugtemperierung versehenen. Fast unbegrenzte Möglichkeiten bei der Gestaltung und Auslegung der Temperierkanäle Optimale Temperierung des Werkzeuges Vermeidung von Hot Spots Zykluszeitreduzierung Verbesserte Prozessregelfähigkeit Weniger Bauteilverzug und Einfallstellen Häufig Hybridbauweisen zur Kostensenkung www.lasergenerieren.de www.kunststoffreport.de www.concept-laser.de 9
Vorteile des AM in der Produktion Neue Geometriefreiheitsgrade Hinterschnitte - Funktionsintegration - Neue Designmöglichkeiten Fertigung individueller Bauteile (Mass-Customization) Ersatzteilproduktion on demand Parallelproduktion unterschiedlicher Bauteile Konstanter Rüstaufwand Geringe Instandhaltungskosten Werkzeugloser / verschleißfreier Betrieb Reduzierung der Lagerhaltungs- u. Kapitalbindungskosten 10
Nachteile des AM in der Produktion Restriktionen hinsichtlich Wandstärken, Bohrungsdurchmessern und Spaltmaßen Hohe Oberflächenrauheit im unbearbeiteten Zustand Stützkonstruktionen erforderlich Langsamer Fertigungsprozess Hohe Energiekosten Werkstoffauswahl eingeschränkt Kein Massenproduktionsverfahren Wenig Standards verfügbar, Bauteilqualitäten schwer quantifizierbar 11
Zentrale Handlungsfelder für die Zukunft Um die zukünftige Etablierung der Technologie auf dem Markt sicherzustellen, sind u. a. folgende Handlungsfelder Gegenstand in der Forschung und Entwicklung: Datenformat Dokumentation Material Wirtschaftlichkeit Standardisierung Pre-Prozess Prozess AM-Design Multimaterial Reproduzier- Nachbearbeitung Post-Prozess Sonstige barkeit Mehrwerte Qualität / QS Prozessstabilität Materialvielfalt 12
Wie kann der 3D-Druck unsere Welt verändern? Massenfertigung Manufaktur Industrialisierung Kleinserien www.klett.de www.waltervundepalz.de Mittelalter Heimarbeit www.süddeutsche.de Dezentrale Produktion Heute? Individuelle Produktion vor Ort Haushalte als Produktionsstandort www.aerotelegraph.com Individuelle Produkte www.cubify.com 13
Was bedeutet Demokratisierung der Produktion? Beispiele für Demokratisierung - Zugänglichkeit für Jedermann Voraussetzung: Digitale Revolution Einführung des PC Verbreitung des Internets Digitalisierung von Daten und Vertrieb Film-, Musik- und Buchdownloads enormes Sparpotenzial beim Verkaufsprozess weniger Lager-, Miet- und Logistikkosten von CDs, DVDs, Büchern etc. Online Händler Online Lexikon Wikipedia (Demokratisierung des Wissens) Individuelles Schmuckdesign zum Selbermachen Mehr und mehr Privatkunden 14 www.create-your-style.com www.epublizisten.de www.napster.de
Long Tail trifft Additive Fertigung I Demokratisierung der Produktionsmittel durch 3D-Printer Firmenübersicht ausgewählter Desktop Manufacturing Drucker bis 3.000 15
Long Tail trifft Additive Fertigung II Demokratisierung durch Digitalisierung und Vertrieb Auswahl webbasierter 3D-Druckdienstleister für den Austausch digitaler Daten und/oder die Herstellung von physischen Modellen durch AM http://www.ponoko.com http://cubify.com/ www.3dprintgalaxy.de http://shapeways.tumblr.com/ www.fabbermania.de http://www.makielab.com http://www.thingiverse.com/ http://exact.ebay.com/ http://german.alibaba.com/ http://blog.sculpteo.com http://www.kraftwurx.com/de/ http://www.techshop.ws/ http://www.fabberhouse.de http://i.materialise.com/ 16
Beispiele für Demokratisierung in der AF I 3D-Modell eines Fötus der Firma Fasotec aus Japan Tenshi no Katachi (deutsch: Schatten eines Engels ) Quelle: http://www.3ders.org/articles/20120801-get-a-3d-printed-model-of-your-fetus.html Kosten: ca. 1000 (reine Herstellungskosten ohne Datengewinnung) 17
Beispiele für Demokratisierung in der AF II Heimproduktion z. B. von Handyschalen, Figuren und Spielzeug bequem von zu Hause: [www.bild.de] [www.exact.ebay.com] [www.shapeways.com] Bauteile werden entweder direkt zu Hause gedruckt oder über Druckdienstleister online im Internet bestellt. 18
Forschungsaktivitäten RTC Duisburg RTC Duisburg 19 CAD und Datenvorbereitung Bauteileigenschaften Werkstoffe Anlagen (Technologie) Sonstiges Applikationen
Applikationsbeispiele des RTC Hybridaufbau Poröse Strukturen Leichtbaustruktur Video-Ureteroskop RFID-Integration 20
Industriepartner des RTC 21
Fazit Das Additive Manufacturing offeriert neue Möglichkeiten in der Produktion, insbesondere in den Bereichen individualisierter Serienfertigung, Leichtbau und Funktionsintegration. Der aktuelle, mediale Hype rückt das Additive Manufacturing stärker in das Bewusstsein der Öffentlichkeit. Der bislang erreichte Entwicklungsstand bietet eine gute Voraussetzung für eine weitere Etablierung der Technologie, es sind jedoch noch viele Handlungsfelder zu erarbeiten. Mit Hilfe des Additive Manufacturing ist zukünftig eine signifikante Veränderung der Wertschöpfungsprozesse möglich, welche ein Umdenken in der Industrie erfordert. 22
Dr.-Ing. Jan T. Sehrt jan.sehrt@uni-due.de +49 203 379 1570 Universität Duisburg-Essen Institut für Produkt Engineering Lehrstuhl für Fertigungstechnik www.uni-due.de/fertigungstechnik Lotharstr. 1 47057 Duisburg Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit