Neue Ansätze zur Auslegung und Herstellung von Sandwichkomponenten durch die additive Fertigung

Ähnliche Dokumente
Ressourceneffizienz in der Produktion Innovationstreiber für Unternehmen

LEICHTBAU IM SCHIENENFAHRZEUGBAU

Anwendung additiver Fertigung im klassischen Leichtbau mit Composite-Strukturen

AddCompS TM - Additive Composite Structures. Wissenschaftstag DLR-FA. Braunschweig den

YOUR PARTNER FOR INDUSTRIAL MATTERS

15. CADFEM FORUM SIMULATION & ADDITIVE FERTIGUNG

Fallstudie Generativ gefertigtes PKW-Schwenklager Erfolg in der generativen Fertigung auf Basis durchgängiger Prozessketten

Beanspruchungsgerechte Faserverbundstrukturen aus Hybridgarn-Textil-Thermoplasten (HGTT)

Fallstudie Einteiliges Werkzeug für technische Schläuche Strömungsoptimiertes Bauteil zur Extrusion von technischen Schläuchen

EINSATZ DER ADDITIVEN FERTIGUNG IN DER INDUSTRIELLEN PRAXIS

Ansatzpunkte der Energie- und Ressourceneffizienz in der Produktionstechnik

RESOBONE Ersatzknochen aus Laserschmelze

GENERATIVE FERTIGUNG EIN GESAMTÜBERBLICK

Metall-Laserschmelzen

Fallstudie lierte Hochdruckreaktoren für die Prozessindustrie Potenziale des 3D-Drucks im Anlagen- und Apparatebau

Ressourceneffizienter 3D-Druck: Neue hochfeste Aluminiumlegierungen und bionisches Design

LASERUNTERSTÜTZTES FRÄSEN MÜNCHEN, LEARNSHOPS METALL MÜNCHEN 2013 ROBERT WIEDENMANN

Additive Manufacturing Ein neuer Erfolgsfaktor für den Maschinenbau in Entwicklung und Produktion

Dr.-Ing. Martin Hillebrecht Ecodesign Frankfurt

TUM - Produktionstechnik für die Medizintechnik. Prof. Dr. Tim C. Lüth Frankfurt/Main 25. Oktober 2016

PENTACON GMBH MEHR ALS DIE SUMME ALLER TEILE

UNTERNEHMENSPRÄSENTATION PARARE GMBH MAYBACHSTRASSE FFRICKENHAUSEN T: 07022/

Integrierte Fertigungsprozessketten für funktionalen Hybrid-Leichtbau in der automobilen Großserie

Wer aufhört, besser zu werden, hat aufgehört, gut zu sein.

Innovative Leichtbauwerkstoffe Einsatz und Potenziale im Präzisionswerkzeug- und Maschinenbau

Leichtbau ist Funktionsintegration pur

Industrielles Lasersintern

Effektiver Leichtbau durch einzigartigen Materialverbund.

IHK-Prüfungsantrag Zusatzqualifikation Digitale Fertigungsprozesse

Höchste präzision für werkzeug- und formenbau. 3d-laser-schmelzen

Digitalisierung im Lebenszyklus der Additiven Fertigung

Numerische Auslegung des Mehrlagenschweißens als additives Fertigungsverfahren

Leichtbau. Innovative Ideen mit ganzheitlichem Know-how realisieren.

LASERSTRAHLSCHMELZEN 2013

Dr. Julian Schneider Hannover,

Handlungsfelder Additive Fertigungsverfahren. Dr.-Ing. Erik Marquardt VDI-Gesellschaft Produktion und Logistik

Full-Service Engineering.

Konturnahe Schruppbearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe mittels Wasserabrasivstrahlen

3D-Laser im Überblick

INSTITUT FÜR WERKZEUGMASCHINEN UND BETRIEBSWISSENSCHAFTEN TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN

SCHÜTZ CORMASTER DER HIGHTECH-LEICHTBAU- WERKSTOFF

Selective Laser Melting - Additivtechnologie für neue Wege der Produktgestaltung

Hybrider Leichtbau. wbk Institut für Produktionstechnik. Ein Beitrag zur Ressourcenschonung Prof. Dr.-Ing. Jürgen Fleischer Stuttgart,

Ableitung thermischer Randbedingungen für lineare Antriebseinheiten

Neue Werkstoffe in Bayern. Branchenübergreifende Zusammenarbeit.

Aktuelle Entwicklung des 3D Drucks mit dem offenen System Freeformer. Eberhard Lutz / Bereichsleiter freeformer

Composite Extrusion Modeling extrusionsbasierte additive Fertigung mit metallischen Werkstoffen

DIENSTLEISTUNGSÜBERSICHT LASERGENERIEREN BAUTEILE UND PROTOTYPEN

Finite-Elemente-Analysen an generativen Bauteilen notwendig oder Spielerei?

Designwettbewerb! Design eines zweckmäßigen und ausschließlich durch 3D-Druck herstellbaren Give Aways

Additive Fertigung von Metallbauteilen:

Geometrieoptimierung eines Kunststoff- Druckbehälters mittels parametrischer Bezierkurven

OpVibFE Simulation der Eigenspannungsreduzierung von Bauteilen durch Vibrationsentspannung

3D-Druck für Ersatzteile im Vergleich zu konventionellen Fertigungsverfahren

Leichtbauweise aktuelle Herausforderungen und Lösungsansätze

Das Fraunhofer IGCV erhält Förderbescheid in Höhe von 10 Millionen Euro für das MULTIMATERIALZENTRUM Augsburg

Funktionales Design für die Additive Fertigung Von der Funktion zum Wirkprinzip

FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR WERKZEUGMASCHINEN UND UMFORMTECHNIK IWU MECHANISCHE FÜGETECHNIK

11 Balkenbiegung Technische Mechanik Balkenbiegung

NUTZUNG LOKALER EFFEKTE VON SCHWEIßNÄHTEN BEI LASERBASIERTEN FÜGEKONZEPTEN FÜR HOCHFESTE LASTÜBERTRAGENDE STRUKTURMODULE

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

Fallstudie Sinter- Motorkühlung im Rennwagen Additive Herstellung einer Motorkühlung für Radnaben-Elektromotoren

Klausur zur Vorlesung Elementargeometrie

Leichtbaupotentiale erschließen ein Überblick über innovativen Leichtbau

Feuchtigkeitsresistenz verschiedener Titan-PEEK Interfaces

Emissionen aus additiven Fertigungsanlagen 3D-Druck. Dr. R. Beisser, Ludger Hohenberger 6. St. Augustiner Expertentreff Gefahrstoffe

Smart Composites Erzgebirge 2. IDEENWORKSHOP, 14. Februar 2019

Institut. Größe / Anzahl Mitarbeiter. Addtive Manufacturing Welche Anlagentechnik / Peripherie steht zur Verfügung?

Montessori-Diplomkurs Inzlingen Geometrische Mappe Die metallenen Dreiecke

Die geregelte Kurzlichtbogentechnik für das Auftragschweißen endkonturnaher Strukturen

Composite Extrusion Modeling 3D Valley Conference, Aachen, Dr. Vincent Morrison, Geschäftsführer AIM3D GmbH

Ingolf Voigt, Fraunhofer IKTS Hermsdorf Manfred Füting, Fraunhofer IMWS Halle

Bauteilbeschaffung vom Erstmuster zur Serie Kleinserienfertigung und 3D CT

Funktionalisierte Düsen für die Materialbearbeitung

Entwicklung und Optimierung von AM Bauteilen für die Verfahrenstechnik

Unternehmenspräsentation

COMPOSITE CUTTING RESONANTE ULTRASCHALLSYSTEME ZUM EFFIZIENTEN ZERSPANEN, SCHNEIDEN UND SÄGEN VON LEICHTBAUWERKSTOFFEN WEBER-ULTRASONICS.

Untersuchungen zur Methodik der Berechnung und Herstellung von leichten Stützkernverbunden

Identifizierung geeigneter Bauteile für die additive Fertigung

Wie verbinden wir Leichtigkeit mit Stabilität? Mit der neuen Hybridschmiede-Technologie von LEIBER

Einfluss mikrostruktureller Inhomogenitäten auf das mechanische Verhalten von thermoplastischem CFK

Das Bayerische Kompetenznetzwerk für Mechatronik

FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR PRODUKTIONSTECHNIK UND AUTOMATISIERUNG IPA STRÖMUNGSSIMULATION UND VISUALISIERUNG

Simulation Aided Additive Manufacturing

Schulübung zur Wiederholung. für die 4. Schulaufgabe

CAE INFORMATION DAY W. Krach FEM in der Produktentwicklung

LEICHTIGKEIT UND STABILITÄT VEREINEN SICH ZU HIGH PERFORMANCE. DIE NEUE GENERATION DES HYBRIDSCHMIEDENS.

Additive Fertigungstechnologien

Konstruktionsgrundlagen für das Laser-Sinter-Verfahren

Veranstaltungen Weitere Termine und Themen auf Anfrage z. B.

Dimensionierung eines nachgiebigen Ausbaus in druckhaftem Gebirge. Workshop Tunnelbauforschung in Leoben, Schwanau und Bochum

1. Symposium lightweight SOLUTIONS Hannover November 2013

Von der Carbonfaser zum Bauteil

DER MENSCH IN DER INDUSTRIE 4.0 IMPULSE FÜR EINE DISKUSSION GARCHING, JAN-FABIAN MEIS

TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH LEICHTER MIT LICHT. Marc Kirchhoff Branchenmanagement Automobil. Ditzingen,

LEICHTBAU. Additive. Manufacturing

Expertengespräch 3 D Druck Technologie - ein Überblick -

Numerische Optimierung eines Mikrotransformators

Transkript:

FRAUNHOFER-PROJEKTGRUPPE RESSOURCENEFFIZIENTE MECHATRONISCHE VERARBEITUNGSMASCHINEN Neue Ansätze zur Auslegung und Herstellung von Sandwichkomponenten durch die additive Fertigung Stefan Teufelhart, Fabian Riß 1 1. Symposium lightweight SOLUTIONS Hannover 27.11.2013

Agenda Motivation und Ausgangssituation Auslegung und Herstellung von Sandwichkomponenten durch die additive Fertigung Adaption von Wabenkernen an eine beliebige Freiformfläche Belastungsgerechte Auslegung von Wabenkernen Funktionsintegration in Sandwichbauteile Zusammenfassung und Ausblick 2

Motivation und Ausgangssituation Nachhaltiger Umgang mit Ressourcen durch Leichtbau Leichtbau Reduzierung bewegter Massen bedeutet Verringerung der Beschleunigungsenergie Erhöhung der Nutzlast Schonung knapper Ressourcen monetäre Einsparung Sandwichbauteile mit Wabenkernen Kombination von Werkstoff-, Form- und Funktionsleichtbau Verbundbauteil Deckschichten Kern Obere Deckschicht Kern Untere Deckschicht Prinzip des Doppel-T-Trägers Honigwabenkerne sind aufgrund der Struktur höher belastbar als homogene Kerne Quellen: Henning, Klein, ConceptLaser, atzonline, DLR 3

Motivation und Ausgangssituation Konventionelle Sandwichbauweise Wabenkern Anpassung an gekrümmte Bauteiloberfläche bzw. Belastung nur eingeschränkt möglich Eingeschränkte Verformbarkeit Keine Variation des Materialfüllgrads Leichtbaupotenzial kann nicht optimal ausgenutzt werden Geforderte Krümmung Resultierende Krümmung Integration von Funktionselementen Verwendung zusätzlicher Bauteile weitere Arbeitsschritte notwendig Krafteinleitung nicht kraftflussangepasst Leichtbaupotenzial unzureichend ausgenutzt Insert 10 cm 5 cm Honigwabe Einbettmasse Epoxid- Harz 5 cm Lösungsansatz: Verwendung additiver Fertigungsverfahren zur Herstellung von Wabenkernen für Sandwichbauteile Quelle: Klein 4

Motivation und Ausgangssituation Prozessablauf additiver Fertigungsverfahren 5

Motivation und Ausgangssituation Sources: ConceptLaser GmbH, Hofmann Werkzeugbau GmbH, EOS GmbH Eigenschaften additiver Fertigungsverfahren Verarbeitbare Materialien Sand Kunststoffe Verschiedene Metalle Beispielhafte Anwendungsfelder Möglichkeiten beim Bauteildesign Hohe geometrische Komplexität Wirtschaftliche Verarbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe Ökonomische Fertigung kleiner Losgrößen und von Einzelteilen Formenbau Medizintechnik Anlagenbau Konsumgüteridustrie Automobilbau Luft- und Raumfahrt 6

Design von Sandwichbauteilen mit Wabenkernen für die additive Fertigung Methodik zur Auslegung und additiven Fertigung von Sandwichbauteilen Ausgangsbedingungen Ausgangsgeometrie, Lasten, Schnittstellenbereiche, Materialmodelle Anpassung an Freiformfläche Methode zur Anpassung der Wabenstruktur an beliebige Freiformfläche, Wabenstruktur steht senkrecht zu Deckfläche Belastungsgerechte Anpassung Methode zur belastungsgerechten Anpassung von Wabenstrukturen, gradierte Strukturübergänge mit dem Ziel homogene Materialspannungen im Bauteil Integration von Funktionen Einzelne Methoden zur Integration von Funktion werden zur Verfügung gestellt Fertigung des Bauteils Großvolumige Bauteile werden in Einzelkomponenten gefertigt und anschließend zusammengefügt 7

Adaption einer Wabenstruktur an eine beliebige Freiformfläche Methode 1: ISO-parametrische Kurven Ziel: Jede Wabenwand steht senkrecht zu den parallelen Deckschichten Vorgehensweise Freiformfläche Einlesen aus CAD-Datensatz Mittelpunkte der Waben berechnen durch Laufvariablen (u, v) entlang der Krümmung Generieren von Sechsecken auf der Freiformfläche Extrudieren der Skizze entlang des Normalen Vektor der Mittelpunkte Durch die Adaption der Wabenstruktur an die Freiformfläche resultiert eine verzerrte Wabenstruktur 8

Adaption einer Wabenstruktur an eine beliebige Freiformfläche Methode 2: Kreis schneidet Fläche Ziel: Jede Wabenwand steht senkrecht zu den parallelen Deckschichten Vorgehensweise Freiformfläche Einlesen aus CAD-Datensatz Mittelpunkte der Waben berechnen durch Schnittpunkt Kreis und Freiformfläche Generieren von Sechsecken auf der Freiformfläche Extrudieren der Skizze entlang des Normalen Vektor der Mittelpunkte Gleichmäßige hexagonale Wabenstrukturen mit krümmungsabhängigen Wabenwanddicken 9

Belastungsgerechte Auslegung durch Variation des Materialfüllgrad Anpassung der Wabenwandstärke Ziel: Homogene Spannungsverteilung im gesamten Bauteil Vorgehensweise: Identifikation der Spannungen durch FE- Methode Variation der Wabenwandstärke in Abhängigkeit der Bauteilspannungen Bauteilspannungen W neu =W 0 ± K(Spannung) Iterierender Optimierungsvorgang Bestmögliche Ausnutzung der Materialeigenschaften 10

Belastungsgerechte Auslegung durch Variation des Materialfüllgrad Anpassung des Wabendurchmessers Ziel: Homogener Spannungsverlauf im Bauteil Anpassung des Wabendurchmessers an Spannungsverlauf möglich durch: Verwendung nur von vielfachen eines Durchmessers (z.b. 2 mm) Integration von zusätzlichen Elementen (z.b. Dreiecke, Fünfecke) Vorteil: Homogenerer Spannungsverlauf als bei reiner Variation der Wandstärke Nachteil: Maximal ertragbare Last ist geringer als bei Variation der Wandstärke Gewichtserhöhung 11

Integration von Funktionen Direkte Implementierung von Funktionselementen Funktionselemente (z. B. Gewinde) können direkt integriert werden Kein zusätzliches Einkleben von Inserts Gewinde kann bereits mit gefertigt werden Reduzierung von Montageschritten Kraftflussgerechte Implementierung Keine Materialanhäufung am Funktionselement Funktionsflächen (z. B. Lagersitze) müssen nachbearbeitet werden 12

Integration von Funktionselementen Anti-Telegraphing-Effekt Lösungen Telegraphing-Effekt tritt bei integral gefertigten Sandwichbauteilen mit Textildeckschicht auf Additive Fertigung bietet die Möglichkeit zur Eliminierung bzw. Reduzierung des Telegraphing-Effekts Wabendurchmesser-abhängige Integration von Stützstrukturen < 10 mm Stern > 10 mm Stern + Wabe > 20 mm Stern + Wabe + Wabe 13

Integration von Funktionselementen Weitere Möglichkeiten durch die additive Fertigung Kühlkanäle für zusätzliche Anbauteile Direkte Integration von Kühlkanälen z. B. für elektronische Anbauteile Freie Gestaltungsmöglichkeiten für Kühlkanäle Steckverbindungen zum direkten Fügen Größe additiv gefertigter Wabenkerne durch Anlagengröße beschränkt Steckverbindung bietet die Möglichkeit zum Einsatz beliebig großer Bauteile 14

Zusammenfassung Hohes Leichtbaupotenzial durch die Verwendung von Sandwichbauteilen mit Wabenkernen Entwicklung einer Vorgehensweise zur besseren Ausnutzung des Leichtbaupotenzials von Wabenstrukturen durch additive Fertigung Anpassung an Freiformfläche Belastungsangepasste Variation des Wabenfüllgrads Integration von Funktionen Aufzeigen und bewerten des Potenzials der erforschten Methoden 15

Kontaktdaten Dipl.-Ing. Stefan Teufelhart Gruppenleiter Funktionsintegrierter Leichtbau Projektgruppe Ressourceneffiziente mechatronische Verarbeitungsmaschinen Beim Glaspalast 5 I 86153 Augsburg Telefon +49 821 56883-80 I Fax -50 stefan.teufelhart@iwu.fraunhofer.de www.iwu.fraunhofer.de M.Sc. Fabian Riß wissenschaftlicher Mitarbeiter Projektgruppe Ressourceneffiziente mechatronische Verarbeitungsmaschinen Beim Glaspalast 5 I 86153 Augsburg Telefon +49 821 56883-97 I Fax -50 fabian.riss@iwu.fraunhofer.de www.iwu.fraunhofer.de 16