1. Anwendersymposium 2014 3D-Druck Metall: Generative Fertigung im Werkzeug- und Formenbau Marcus Felsch - LayerWise Wels 02.10.2014 WWW.3DSYSTEMS.COM NYSE:DDD
Wer sind wir? 3D Systems LayerWise, mit Sitz in Leuven, Belgien, ist ein international führender Dienstleister und Entwicklungspartner im Bereich Metal Additive Manufacturing. Im Focus steht die Fertigung von Serienbauteilen, ergänzt durch Konstruktionsunterstützung und Nachbearbeitung bis hin zum Endprodukt. Die eigenständige Entwicklung und Konstruktion von Anlagen und Prozessen für den 3D-Druck von Metallen und für die Nachbearbeitung, ermöglicht es LayerWise auch die höchsten Kundenanforderungen zu erfüllen. LayerWise unterstützt Firmen in dem Prozess das Potenzial der AM- Technologie zu erarbeiten und auszuschöpfen. Durch gemeinsame Projektteams, fließen das Wissen aus 6 Jahren MAM und das fundierte Fachwissen der Partner zusammen. Die gemeinsame Arbeit führt zu komplett neuen, sehr effizienten, Lösungsansätzen.
Serienfertigung mit Generativen Verfahren im Metallbereich
Ist es heute möglich kritische Metall- Bauteile für die Serie, Additiv her zu stellen?
Herausforderungen Kosten Wettbewerb zu konventionellen Verfahren Abhängig von - Material - Verfahren - Stückzahl - Komplexität
Herausforderungen Qualität Standards, Erfahrung, Vertrauen Ziel: Materialeigenschaften lt. Werkstoffnummer, Anlagenunabhängig 1900 1950 2000 2014 1909 erste Aluminium Legierung für die Luftfahrt entwickelt: Duralin 1913 Entwicklung von Edelstahl (13% Chrom-Anteil) 1925 Entwicklung von 18/8 Edelstahl 1940 1950 Erster Einsatz von Titanlegierungen in militärischen Triebwerken Seit 1940 Entwicklungen von Ni-Superlegierungen 1986 Chuck Hull Patent zur Stereolithographie 1990-20xx Drucken von Metall
Welche technologischen Vorteile machen AM in der Serienfertigung wirtschaftlich? Die Herstellung von Bauteilen die für die Konventionelle Fertigung konstruiert wurden ist in AM in der Regel nicht Zielführend Quelle: http://www.erdrich.com/seiten_d/fraesteile/fraesteile8.htm Courtesy of Philippe Crassous & FEI
AM Vorteile Entfall von konstruktiven Einschränkungen die durch die benutzten Fertigungsverfahren gegeben sind. Heute wird DFM gelebt Guss - Wanddicken - Formenbau Spanabhebend - Wanddicken - Hinterschnitte Kosten Verbindend - Verzug - Platzbedarf - Teileanzahl Komplexität
AM Vorteile Nutzung der deutlich größeren Designfreiheit von AM und Konzentration auf DFF Kosten AM - Überhänge - Oberfläche & Genauigkeit Komplexität
AM Vorteile Gewicht - Monolithische Bauweise - Funktionsintegration - Topologie optimiert - Bionische Optimierung - Verwendetes Material - Neue Ansätze das ging bis jetzt NICHT!
AM Vorteile Optimierung mit Simulation Die optimierung kann auf die optimale Funktionalität hin erfolgen. Mit AM lassen sich die Resultate 1:1 in die Realität umsetzen Mit freundlicher Genemigung der CADFEM GmbH Mit freundlicher Genemigung der CADFEM GmbH
AM Vorteile Temperierung - Platzierung der Kühlkanäle da wo notwendig - Kanalquerschnitt nicht mehr nur rund, so groß oder klein wie notwendig - Umsetzung von Resultaten einer CFD ohne Abstriche
AM Vorteile Komplexität Aus 8 Teilen wurde eines Durchmesser von 50 auf 25mm reduziert Keine Dichtungen & Montageflächen
AM Vorteile Komplexität Brenner Ursprünglich aus Kupfer und Stahl hergestellt, nun aus Inconel 718 Ein Teil statt eines Zusammenbaus von 20 20% höhere Produktionskosten, aber eine mindestens 10 mal höhere Lebensdauer
AM Vorteile Komplexität Sensorhalter 3 unterschiedliche Kanäle Kühlkreis mit flüssig CO ² & 2 x Spülgas Kanaldurchmesser: 1,2 / 0,8 / 0,5mm Wanddicken: min. 1mm Bauteildicken: 3,5 7mm Dimensionen (nur Kopf): 32 x 45 x 36 mm
AM Vorteile Materialien Schwer zu bearbeitende Materialien wie z.b. Titanlegierungen, Wolfram, Tantal oder Inconel können schon bei niedrigem Komplexitätsgrad Wirtschaftlich in AM hergestellt werden
Konstruieren für AM Der Ansatz sollte Funktionsorientiert sein um das beste Ergebnis zu erhalten Nicht NUR das Bauteil alleine, sondern die Baugruppe betrachten! AM Vorteile nutzen und die Einschränkungen umgehen Oft Tiefergehende Funktionalität der CAD Tools notwendig
Nachbearbeitung Genauigkeiten besser als +/-50µ und Oberflächen besser als Ra=4-8µ müssen nachbearbeitet werden Was ist wirklich NOTWENDIG? Nacharbeit vermeiden! Nacharbeit von Anfang an bei Konstruktion und Planung berücksichtigen!
Nachbearbeitung Nacharbeit von Anfang an bei Konstruktion und Prozessplanung berücksichtigen!
Qualität Bauteil Quelle: Phenix Systems & Pulver Anlage & Prozess Materialeigenschaften
Qualität von Anfang an AM Fertigungsrisiken ausschalten - Scharfe Kannten - Konvergente Konstruktionen - Große Materialansammlungen / starke Asymmetrie - Stützstrukturen Die Nachbearbeitung berücksichtigen - Wie kann ich benötigte Oberflächengüten und Genauigkeiten erreichen? - Womit kann ich nach Arbeiten? Von Beginn an AM optimiert konstruieren! - Dies steigert nicht nur die Produktqualität sondern auch die Funktionalität
Erfolgsfaktoren für AM Teiletype AM Faktor Herstellkosten Oft kleine Teile & Ersatzteile schnell werkzeuglose Herstellung Ändern jederzeit möglich Total cost of ownership - Leistung Kleine bis große Teile monolithische Konstruktion Miniaturisiert Strömungs-optimiert Reduzierung der Masse Komplexität Materialwechsel Kundenspezifisch Entwicklung und Prototypenphase minimierte Wartung Produktionszeit / -qualität
Erfolgsfaktoren für AM Kostentreiber Materialgewicht Bauzeit Nachbearbeitung Kein AM Design KEINE Kostentreiber Geometrie Komplexität (Lieferzeit) (Material)
Ist es heute möglich kritische Metall- Bauteile für die Serie, Additiv her zu stellen?
Fazit MAM ist heute in der Serienfertigung wirtschaftlich nutzbar! Voraussetzungen: - Die Entwicklung nutzt die Möglichkeiten von AM - Konstrukteure wissen was sie mit AM können und auch nicht - Alles bestehende in Frage stellen - TOC Betrachtung MAM ist kein Wettbewerb zu konventionellen Fertigungstechnologien aber eine Ergänzung nach oben hin!
Kontakt 3D Systems LayerWise Guerickeweg 9 64291 Darmstadt Deutschland Marcus Felsch Tel: +49 2444 911089 Mob.: +49 171 563 2251 marcus.felsch@3dsystems.com 3D Systems - LayerWise Kapeldreef 60 3001 Leuven Belgium tel: +32 16 94 64 00 fax: +32 16 94 64 01 www.layerwise.com info@3dsystems.com