METALL LASERSCHMELZEN METAL LASER MELTING ANSPRECHPARTNER CONTACT PERSONS METALL LASERSCHMELZEN METAL LASER MELTING KOOPERATION COOPERATION Als Anbieter von modernen und effizienten Komplettlösun- Seit der Einführung des Verfahrens bei toolcraft kooperieren gen beobachten wir stets aufmerksam den Markt und wir mit dem Maschinenhersteller CONCEPT Laser GmbH – implementieren die vielversprechendsten Technologien in eine perfekte Symbiose, die Pionierarbeit leistet. CONCEPT unser Portfolio. Im Jahr 2011 entschieden wir uns deshalb Laser bringt seine bereits vorhandenen Ergebnisse und dazu, ein weiteres zukunftsweisendes Verfahren, das Erfahrungen ein, um Parameter des Metall-Laserschmelz- Christoph Hauck Metall-Laserschmelzen, in unser Angebot aufzunehmen. prozesses bei unterschiedlichen Werkstoffen zu entwickeln. +49 (0) 9172 / 69 56 - 153 Dabei wird das Werkstück Schicht für Schicht aufgebaut, toolcraft steuert Strategien und Knowhow zur Weiterverar- indem das zu verarbeitende Material in Pulverform mittels beitung der Bauteile in zerspantechnischen Prozessen bei. Stefan Auernhammer Laserstrahlung aufgeschmolzen wird. Es werden Richtlinien, wie zum Beispiel Aufmaße oder Hilfs- As a vendor of efficient, state-of-the-art all-inclusive job anforderungen zu erfüllen. +49 (0) 9172 / 69 56 - 501 Uwe Schulmeister packages, we keep a continuously watchful eye on the mar- +49 (0) 9172 / 69 56 - 502 ket, and incorporate the most promising technologies available in our portfolio. In 2011, we accordingly decided to Since this process was introduced at toolcraft, we have been cooperating with the adopt another up-to-the-future process, called metal laser machinery manufacturer CONCEPT Laser GmbH – a perfect symbiosis based on melting, as part of our corporate capabilities. The workpiece pioneering synergies. CONCEPT Laser contributes its existing results and experi- here is built up layer by layer, as the material concerned is ence in order to develop parameters of the metal laser melting process for differ- melted on it in powdered form by means of laser radiation. ent materials. toolcraft inputs strategies and expertise for further processing of the components in machining operations. Guidelines are specified (e.g. measureApril 2015 02 geometrien zum Spannen festgelegt, um die Kunden ments, auxiliary geometries for clamping) in order to meet our customers’ requirements. 03 PROZESSKETTE BEI TOOLCRAFT PROCESS CHAIN AT TOOLCRAFT VERARBEITBARE WERKSTOFFE MACHINABLE MATERIALS Datenaustausch Materialien: AlSi12; 1.4404; 1.4828; 1.2709; TiAl6V4; Datenaufbereitung Inconel 718; Inconel 625; Haynes 188; Urformverfahren 17-4PH; Invar (1.3912) Qualifizierung des Baujobs Korngröße: 15-45 µm Herstellung: aus Schmelze verdüst und gesiebt durch optische Vermessung Fräsveredelung Endkontrolle Materials: AlSi12; 1.4404; 1.4828; 1.2709; TiAl6V4; Einsatz in Inconel 718; Inconel 625; Haynes 188; der Praxis 17-4PH; Invar (1.3912) Grain size: JETZT AUCH SC AL MA LLOY® Hochfestes Aluminiumpulver NOW SC AL MA LLOY® High-strength aluminium powder 15-45 µm Production: atomised and sieved Data interchange from melt Data processing Primary shaping process Verification of the construction job by optical measurement Milling finishing Final inspection 04 Actual use 05 MASCHINENDATEN MACHINE DATA VERFAHRENSERLÄUTERUNG PROCESS EXPLANATION Hersteller: CONCEPT Laser GmbH Manufacturer: CONCEPT Laser GmbH Bauraum: 250 mm x 250 mm x 250 mm (x y z) Space: 250 mm x 250 mm x 250 mm (x y z) Schichtstärken: 20 - 80 µm Layer thicknesses: 20 – 80 µm Fertigungsgeschwindigkeit: 2-20 cm³/h Production speed: 2-20 cm³/h (materialabhängig) Laser: 400 W fibre laser 1 Laserstrahl laser beam 3 erstarrte Schicht hardened layer 2 Schmelzbad melting bath 4 Pulverschicht powder layer Belichtungseinheit lighting unit Protective gases in the process chamber: Schutzgase in der Prozesskammer: Stickstoff / Argon Pulverbett Powder bed (material-dependent) Laser: 400 W Faserlaser PROZESSKAMMER PROCESS CHAMBER SCHMELZVERFAHREN MELTING PROCESS nitrogen / argon 1 Bewegungsrichtung des Lasers Laser’s direction of travel Laser 3 2 4 Beschichter Coater Pulvervorrat Powder stock 06 Abbildung: CONCEPT Laser GmbH Pulvervorratsraum Powder stock compartment Bauraum Space Die 3D-CAD-Daten werden für die Herstellung der Bauteile in Querschnitte aufgeteilt. Diese werden anschließend im Schmelzprozess aufeinander aufgebaut, wodurch das Bauteil geformt wird entstehendes Bauteil Component created For manufacturing the components, the 3D-CAD data are divided up into cross-sections. These are then built up in layers during the melting process, thus creating the component concerned 07 VORTEILE DES METALL-LASERSCHMELZENS ADVANTAGES OF METAL LASER MELTING Möglichkeit zur Herstellung komplexer Geometrien Verarbeitung schwer zerspanbarer Materialien Hohe Flexibilität in Geometrie und Zeit > energieeffizientes Arbeiten Geringer Werkstoffabfall > Ressourceneinsparung Werkzeugloses Arbeiten Werkzeuglose Herstellung von Bauteilen innerhalb weniger Tage Mit unserer fluoreszierenden Rissprüfanlage können wir zudem die Bauteile zerstörungsfrei auf Risse, Überlappungen, Falten, Poren und Bindefehler in der Oberfläche prüfen. Option for producing complex geometries Handling of difficult-to-machine materials High flexibility in terms of both geometry and time > energy-efficient operation Low material wastage > resource-economy Tool-free operation Tool-free production of components within just a few days 08 With our fluorescent crack detection system we are also able to test the parts for cracks, overlaps, folds, pores and binding errors in the surface. 09 ANWENDUNGSGEBIET WERKZEUG- UND FORMENBAU TOOL AND MOULD MAKING APPLICATIONS FORMEINSÄTZE MIT KOMPLEXEN KÜHLSYSTEMEN MOULD INSERTS WITH COMPLEX COOLING SYSTEMS Flächenkühlung: Im Gegensatz zu Kühlkanälen bietet die Flächenkühlung cooling provides an option for uniformly cooling entire geo- die Möglichkeit, ganze Geometriebe- metrical areas. Here, a very efficient cooling effect is pro- reiche einheitlich zu kühlen. Dabei wird vided by one or more channel networks positioned a few mil- die Kühlung in Form eines oder mehre- limetres underneath the surface of the mould Formeinsätze mit komplexen Kühl Mould inserts with complex cooling systems offer a more rer Kanalnetze wenige Millimeter systemen bieten eine effektivere effective alternative to conventional cooling channels in unterhalb der Formoberfläche plat- Alternative zu gewöhnlichen Kühl mould construction jobs. ziert, womit eine sehr effiziente Küh- kanälen im Formenbau. Surface cooling: in contrast to cooling channels, surface lung ermöglicht wird. Methods used: Parallel cooling: with parallel cooling, in contrast to sim- Verwendete Methoden: Parallelkühlung: Bei einer Parallel- ple, contour-hugging cooling, areas are evenly temperature- kühlung werden, im Gegensatz zur controlled without any cooling losses, utilising a parallel con- einfachen figuration of the cooling channels in the mould; as opposed konturnahen Kühlung, Bereiche ohne Kühlverluste gleichmä- to simple cooling with a single long cooling channel. ßig temperiert. Dies erfolgt durch die parallele Anordnung der Kühlkanäle in der Form; anders als bei einfacher Kühlung mit einem langen Kühlkanal. 10 11 Example of surface cooling: hybrid construction process (featuring surface cooling) ANWENDUNGSGEBIET WERKZEUG- UND FORMENBAU TOOL AND MOULD MAKING APPLICATIONS Vorteile der Formeinsätze mit komplexen Advantages of Mould inserts with complex Kühlsystemen: cooling systems: verbesserte Kühlkanalauslegung mit gezielter lokaler Temperaturänderung improved cooling channel dimensioning with strömungsoptimierter Kühlverlauf > Entfall flow-optimised cooling process > eliminating ungenutzter Strömungszonen > gleich- mäßige Kühlung > Bauteilverzug wird vermindert selective local temperature changes unused flow zones > uniform cooling > component distortion is reduced cooling possible up to 2 mm at the contour Kühlung bis 2 mm an der Kontur möglich Example of surface cooling: 12 Beispiel für Flächenkühlung: hybrid construction process Hybridbauverfahren The forming residual geometry, including the Auf einen Grundkörper aus Stahl wird die formge- cooling channel, is welded onto a base body made bende Restgeometrie inklusive Kühlkanal mittels of steel using metal laser melting. This mixed Metall-Laserschmelzen aufgeschweißt. Diese construction mode has in many cases proved to Mischbauweise hat sich in vielen Fällen als die be the fastest solution. This hybrid construction schnellste Lösung erwiesen. Das Hybridbau process has been developed and patented by verfahren wurde von der CONCEPT Laser GmbH CONCEPT Laser GmbH. entwickelt und patentiert. Beispiel für Flächenkühlung: Hybridbauverfahren (darin verwendet: Flächenkühlung) 13 ANWENDUNGSGEBIET WERKZEUG- UND FORMENBAU TOOL AND MOULD MAKING APPLICATIONS 14 Fassonstifte werden im Formenbau als konturge- Adjustable pins are used in mould making as bende Formeinsätze verwendet. Durch das contour-shaping mould inserts. Thanks to the Metall-Laserschmelz-Verfahren ist es möglich, metal laser melting process, it is possible to pro- Fassonstifte mit integrierter Kühlung herzustel- duce adjustable pins with an integrated cooling len. Große Kühlflächen sorgen für einen idealen feature. Large cooling surfaces ensure ideal heat Wärmeübergang, die maximale Kühlwirkung transfer, with a maximised cooling effect being ergibt sich am vorderen Ende des Kühlstifts. provided at the front end of the cooling pin. More- Außerdem kann eine optimale Festigkeit und over, optimum mechanical strength and rigidity of Steifigkeit der Formstifte durch die einteilige the mould pins can be achieved, thanks to the Struktur von Wendel und Formstift erreicht wer- one-part structure of the spiral and the mould pin. den. Das Verfahren wurde von der Firma Werk- The process was developed and patented by the zeugbau Siegfried Hofmann GmbH entwickelt Werkzeugbau Siegfried Hofmann GmbH company. und patentiert. Wir bieten zudem den besonderen Additionally we offer the special service of fluid Service einer Strömungssimulation vor Beginn dynamic simulation before production. From der Produktion. Von der konstruktiven Auslegung design to fluid dynamical behaviour, heat removal über Strömungsverhalten, Wärmeabfuhr bis zur and force calculation. Kräfteberechnung. Abluft Exhaust air Abbildungen: CONCEPT Laser GmbH ADJUSTABLE PINS Bereich mit Luftkühlung in LaserCUSING ®-Technik hergestellt Area with air-cooling produced using LaserCUSING ® technology FASSONSTIFTE ø 2,9 - 6,0 mm ø 2.9 - 6.0 mm Zuluft Intake air 15 ANWENDUNGSGEBIET WERKZEUG- UND FORMENBAU TOOL AND MOULD MAKING APPLICATIONS VORTEILE DES METALLLASERSCHMELZENS FÜR DEN WERKZEUG- UND FORMENBAU … für den Bereich Kunststoff-Spritzguss und Druckguss ADVANTAGES OF METAL LASER MELTING FOR TOOL AND MOULD MAKING der Ausschussrate FT SCHMIDT W die-casting companies Less distortion and fewer cavities Produktion qualitativ hochwertiger Kunststoffteile/Metallteile > Wettbewerbsvorteil mit In Kooperation th wi ion at er In coop … for plastic injection-moulding and Weniger Verzug bzw. Lunker > Reduzierung INNOVATIVE TEMPERIERLÖSUNGEN VON TOOLCRAFT INNOVATIVE COOLING BY TOOLCRAFT > reduced wastage rate Production of high-quality plastic and metal parts > competitive advantage Kürzere Zykluszeiten (ggf. Einsparung einer Shorter cycle times (possible saving of an Spritz- bzw. Druckgussanlage sowie eines injection-moulding or die-casting machine Werkzeugs bei konstanter Projektdauer) plus a tool given a constant project duration) > Kosteneinsparung > cost savings Temperatursimulation Temperature simulation 270.00 254.17 238.33 222.50 Flüssigkeitssimulation Fluid simulation 206.67 … für den Endkunden … for the end-user Zykluszeiteinsparungen von 20 - 30 % > Reduktion der Stückkosten Qualitativ hochwertige Produkte 16 Cycle-time savings of 20 - 30 % > reduced unit costs High-quality products Einheiten = C 80.600 80.550 80.500 80.450 80.400 190.83 80.350 175.00 80,300 159.17 80.250 143.33 80.200 127.50 80.150 111.67 80.100 95.83 80.050 80.00 Einheiten = C 80.000 17 ANWENDUNGSGEBIET PRÄZISIONSBAUTEILE HIGH-PRECISION COMPONENT APPLICATIONS LUFT- UND RAUMFAHRT Im Bereich Luftfahrt fertigen wir Gehäuseteile und komplexe, dünnwandige Strukturen für Gasturbinen im Vorserienstadium. MOTORSPORT Inconel 625, Haynes 188), Titanlegierungen (Ti Al 6V4) und Luft- Im Bereich Motorsport fertigen wir Vor- und Kleinserien im fahrtstähle (17-4PH) in Pulverform verwendet. Für Space- und Entwicklungsstadium, wie z.B. Motor- und Pumpenkompo- Defence-Anwendungen kommt unser Invar (1.3912) aufgrund nenten oder Trägerbauteile. Außerdem bieten wir Bauteile seines geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten zum Einsatz. aus hochtemperaturbeständigen Werkstoffen, die beispiels weise in Auspuffanlagen verbaut werden. MOTOR SPORT 18 Hier werden überwiegend Nickelbasislegierungen (Inconel 718, AEROSPACE For the aviation sector, we manufacture housing sections and complex, thin-walled struc- In the field of motor sports, we tures for gas turbines in the preproduction manufacture preproduction stage. The materials predominantly used and small series in the devel- here are nickel-based alloys (Inconel opment stage, such as engine 718, Inconel 625, Haynes 188), tita- and pump components or nium alloys (Ti Al 6V4) and aviation structural parts. We also offer steels (17-4PH) in powdered form. components made from high- For space and defence applica- temperature-resistant materi- tions we use Invar (1.3912) als, for installation in exhaust because of its low linear systems. thermal expansion coefficient. 19 LEITFADEN FÜR KONSTRUKTEURE GUIDELINE FOR DESIGNERS Bohrung in Baurichtung ohne Stützstruktur Drill-hole in constructional direction without a supporting structure Kein Überhang, dadurch keine Stützstruktur No overhang, so no supporting structure (self-supporting) Überhang komplett mit Stützstruktur Overhang complete with supporting structure Bohrung quer zur Baurichtung mit Stützstruktur (Ø < 8mm selbsttragend) Drill-hole at right-angles to constructional direction with supporting structure (Ø < 8 mm self-supporting) Überhang > 45° ohne Stützstruktur (selbsttragend) Overhang > 45° without supporting structure (self-supporting) Überhang > 45° ohne Stützstruktur (selbsttragend) Overhang > 45° without supporting structure (self-supporting) Überhang < 45° mit Stützstruktur Overhang < 45° with supporting structure Überhang < 45° Stützstruktur Overhang < 45° with supporting structure Durchbruch und Überhang < 45° mit Stützstruktur Opening and overhang < 45° with supporting structure Oval und Überhang > 45° ohne Stützstruktur (selbsttragend) Oval and overhang > 45° without supporting structure (self-supporting) Optimale Konstruktion für metall-lasergeschmolzene Bauteile Optimum design for metal-lasermelted components 20 Ungünstige Konstruktion für metall-lasergeschmolzene Bauteile Unfavourable design for metal-lasermelted components 21 Einen weiteren Eindruck wie die Technologie Metall-Laserschmelzen bei toolcraft eingesetzt wird, erhalten Sie durch Scannen des QR-Codes! MESSEN UND QUALIFIZIEREN MEASURING AND TESTING 91166 Georgensgmünd melting technology is used at toolcraft by scanning the QR code! MBFZ toolcraft GmbH Handelsstraße 1 You can learn more about how the metal laser ENGINEERING FUNKEN EROSION SPARK EROSION Germany +49 (0) 91 72 69 56 - 0 [email protected] www.toolcraft.de DREHEN UND FRÄSEN TURNING AND MILLING SPRITZGUSS UND FORMENBAU INJECTION-MOULDING AND MOULD MAKING 22 METALL LASERSCHMELZEN METAL LASER MELTING 23
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