(R)Evolution durch Additive Manufacturing? Mit freundlicher Unterstützung von Prof. Dr.-Ing. habil. Gerd Witt, ipe - Institut für Produkt Engineering Wieland Kniffka Geschäftsführer Messe Erfurt GmbH
Agenda 3D Druck: Ein neuer Hype?! Entwicklungsprozess des Additive Manufacturing Forschung, Trends und Normung in Deutschland bisheriger Entwicklungsstand Applikationsbeispiele und Vorteile des Additive Manufacturing zukünftige Handlungsfelder Nachteile und Herausforderungen des Additive Manufacturing Marktentwicklung Rapid.Tech & FabCon 3.D Rapid.Tech goes METAV
3D Druck ein neuer Hype? Focus Online ARD Tagesthemen ZDF heute RP Online Stern.de FAZ Die Zeit
3D Druck (k)ein neuer Hype!? Die Idee wird Wirklichkeit!
Verstärktes Bewusstsein: Hype Kurve von Gartner 2012 [www.forbes.com]
Verstärktes Bewusstsein: Hype Kurve von Gartner 2013 2013 erstmalig Unterteilung in privaten und industriellen 3D-Druck [www.gartner.com]
Entwicklungsprozess des Additive Manufacturing 1982: Die Stereolithographie (SL) wurde von Charles Hull erfunden und 1984 patentiert 1987: erstmals Herstellung von 3D-Modellen direkt aus Computerdaten 1988: 3D-Systems bringt die erste Stereolithographieanlage auf den Markt 1991: Drei neue RP-Technologien (FDM,SGC und LOM ) 1992: DTM bringt SLS-Anlage auf den Markt 1995: EOS liefert weltweit Metallanlage (DMLS) 1996: erste 3D-Wachsdrucker / 3D-Printing Anlagen 1999: erste einkomponentige Metallpulver 2002: Erster 3D-Farbdrucker 2008: Erste Laser-Sinter Anlage für Hochtemperaturkunststoffe (PEEK) von EOS 2009: Erste Normung für generative Fertigungsverfahren (VDI 3404) 2012: Neue Anlagengeneration im Strahlschmelzen (Wirtschaftlichkeit) Direct Manufacturing?? 1980 1985 1990 1995 2000 2005 ILT Aachen 2010 zukünftig t
Vom Rapid Prototyping über Direct Tooling zum Direct Manufacturing Produktentwicklung ist abhängig von Fertigung, Material und Design Neue Anlagen und Materialien führen zu neuen Designmöglichkeiten AM-Technologie ist nicht neu, trifft aber erst jetzt das öffentliche Bewusstsein Trends: Multimaterialverarbeitung Bauteilgröße geringere Kosten verbesserte Designtools Verbreitung der Technologie Fertigung zu Hause / DIY 2.0.
Nationale Forschungsprogramme Starke Förderung der Technologie durch Forschungsinitiativen Gemeinsame Initiative von VDI und DVS: [www.dvs-ev.de] [www.dvs-ev.de] [www.vdi.de] DVS Fachausschuss 13 Rapidtechnologien VDI Fachausschuss 105 Rapid Manufacturing Forschungscampus Digital Photonic Production DVS Fachgruppe 4.13 Gen. Fertigungsverfahren [www.bmbf.de] Sonderforschungsbereich SFB 814 Additive Fertigung [www.bmbf.de] [www.sfb814.de] [www.dfg.de]
AM-Forschungslandschaft in der BRD Universität/ Hochschule Fraunhofer Institut sonstige
Normungsaktivitäten AM unter BRD-Beteiligung FA 105 NA 145-04-01 AA [www.din.de] ISO/TC 261 [www.vdi.de] ASTM F42 [www.beuth.de] [www.iso.org] [www.astm.org]
Normungsaktivitäten AM Kooperationsvereinbarung zwischen ISO und ASTM International [www.iso.org] ClipArt [www.astm.org]
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
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.slm-solutions.com www.arcam.com www.arcam.com
Applikationen des AM in der Produktion III Konturnahe Werkzeugtemperierung Im Werkzeug- und Formenbau werden vermehrt die Werkzeuge und Formen mit einer konturnahen Werkzeugtemperierung versehen. 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.kunststoffreport.de www.concept-laser.de www.lasergenerieren.de
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
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
Beispiele für Prozessabbrüche und Fehler Fehlerhafte Aufschmelzung Kollision mit Bauteil
Zentrale Handlungsfelder für die Zukunft Um die zukünftige Etablierung der Technologie auf dem Markt sicherzustellen, sind u. a. folgende Handlungsfelder Gegenstand der Forschung und Entwicklung:
Marktentwicklung Das weltweite Marktvolumen des Additive Manufacturing (AM) lag 2012 bei 1,7 Milliarden Euro. Auf die Herstellung von metallenen Strukturen entfallen davon heute ca. zehn Prozent. In den kommenden zehn Jahren erwarten Roland Berger-Experten, dass sich das Marktvolumen mehr als vervierfachen wird. Technologische Verbesserungen und eine Senkung der Prozesskosten um bis zu 50 Prozent werden die Nachfrage nach AM in den nächsten fünf Jahren deutlich ankurbeln. In den darauffolgenden fünf Jahren werden die Materialkosten voraussichtlich um weitere 30 Prozent nachlassen. Vor allem in der Luftfahrt-, Medizintechnik- und Automobilindustrie wird AM verstärkt zum Einsatz kommen. Quelle: Studie "Additive Manufacturing A Game Changer for the Manufacturing Industry?, Roland Berger Strategy Consultants, 29.11.2013
Marktentwicklung Entwickler und Hersteller, die diesen Markt zeitig für sich entdecken und entsprechende Lösungen anbieten, können in den kommenden Jahren stark von der wachsenden Nachfrage profitieren. Martin Eisenhut, Partner bei Roland Berger Strategy Consultants In den letzten zehn Jahren ist die Nachfrage für diese Technologie nur langsam gewachsen, doch das wird sich bald ändern. Bis 2015 wird sich der Umsatz von Additive Manufacturing voraussichtlich vervierfachen zugunsten deutscher Maschinenbauer. Denn sie machen schon heute knapp 70 Prozent des weltweiten Markts aus. Bernhard Langefeld, Roland Berger Quelle: Studie "Additive Manufacturing A Game Changer for the Manufacturing Industry?, Roland Berger Strategy Consultants, 29.11.2013
Rapid.Tech & FabCon 3.D in Erfurt Messedoppel mit Zukunft Die Rapid.Tech Fachmesse und Anwendertagung für Rapid Technologie in Erfurt ist seit über 10 Jahren eine zentrale Plattform für den Wissensaustausch zwischen Forschern, Entwicklern, Konstrukteuren und Anwendern im Segment generative Fertigungsverfahren. Die Veranstaltung ist geprägt durch einen gewachsenen Ausstellerstamm und durch die enge Verzahnung von Forschung im Fachkongress und praktischen Anwendungen in der parallelen Ausstellung. www.rapidtech.de Als professionelle Messe öffnet die FabCon 3.D seit Mai 2013 die Welt des 3D-Drucks für Verbraucher. Alle maßgeblichen Unternehmen der noch jungen Branche präsentieren jährlich die aktuellen Trends dieses künftigen milliardenschweren Consumer-Marktes. www.fabcon-germany.com Save the Date: Rapid.Tech: 14. und 15. Mai 2014 FabCon 3.D: 15. bis 17. Mai 2014
Rapid.Tech goes METAV Ab März 2014 kooperieren die Spitzenveranstaltungen Rapid.Tech, FabCon 3.D und METAV themenbezogen und etablieren an beiden Standorten alternierende Veranstaltungsformate. Am Beginn der künftigen Zusammenarbeit steht der Bereich Medizintechnik, in Erfurt zentraler Schwerpunkt der Kongressmesse, sowie die Sonderschau Rapid.Area auf der METAV 2014.