01.12.2015 Trends, Potentiale, Herausforderungen und Chancen additiver Fertigungsverfahren Dr.-Ing. Eric Klemp 1 Konstruieren – Kunst oder Handwerk https://www.imw.tu-clausthal.de/fileadmin/Bilder/Forschung/Publikationen/Mitt_1996/96_06.pdf Dr.-Ing. Eric Klemp 2 1 01.12.2015 Konstruieren – Kunst oder Handwerk https://www.imw.tu-clausthal.de/fileadmin/Bilder/Forschung/Publikationen/Mitt_1996/96_06.pdf Dr.-Ing. Eric Klemp 3 Agenda • Additive Fertigungsverfahren • Trends • Potentiale • Herausforderungen Dr.-Ing. Eric Klemp 4 2 01.12.2015 Agenda • Additive Fertigungsverfahren • Trends • Potentiale • Herausforderungen Dr.-Ing. Eric Klemp 5 Generell: Fertigungsverfahren Abtragende Fertigungsverfahren • Drehen • Fräsen • Erodieren Formgebende Fertigungsverfahren • Schmieden • Tiefziehen Additive Fertigungsverfahren • Direkt aus CAD (Format STL, AMF) • Kein Werkzeug • Skalierbar • Unterschiedliche Verfahren • unterschiedliche Materialien • Fast alles ist herstellbar, was auch denkbar ist. Quelle: Andreas Gebhardt, Aachen Dr.-Ing. Eric Klemp 6 3 01.12.2015 Movie Design Dr.-Ing. Eric Klemp 7 Movie Konstruktion http://dmrc.uni-paderborn.de/fileadmin/dmrc/Download/data/DMRC_Movies/VL-Konstruktion.wmv Dr.-Ing. Eric Klemp 8 4 01.12.2015 SLM-Verfahren Auftragen einer Pulverschicht Schichtinformationen Absenken der Bauplattform CAD Datensatz Lokales Aufschmelzen der Bauteilgeometrie Fertiges Bauteil Dr.-Ing. Eric Klemp 9 Laserstrahlschmelzen Ytterbium-Laser Scanner Vorratsbehälter Pulverbett Beschichter Überlaufbehälter Bauteil Überlaufbehälter Supportstruktur Bauplattform Dr.-Ing. Eric Klemp 10 5 01.12.2015 Movie SLM http://dmrc.uni-paderborn.de/fileadmin/dmrc/Download/data/DMRC_Movies/VL-SLM.wmv Dr.-Ing. Eric Klemp 11 Polymer Laser Sinter Verfahren Auftragen einer Pulverschicht Schichtinformationen Absenken der Bauplattform CAD Datensatz Aufheizen Scannen der Schichtinformationen mittels eines Lasers (Sinter Prozess) Dr.-Ing. Eric Klemp Fertiges Bauteil 12 6 01.12.2015 Lasersintern Scanner CO2-Laser Infrarotheizung Vorratsbehälter Vorratsbehälter Pulverbett Überlaufbehälter Beschichter Bauteile Überlaufbehälter Bauplattform Dr.-Ing. Eric Klemp 13 Movie LS http://dmrc.uni-paderborn.de/fileadmin/dmrc/Download/data/DMRC_Movies/VL-LaserSintern.wmv Dr.-Ing. Eric Klemp 14 7 01.12.2015 FDM Verfahren Prozessbeschreibung Schichtinformationen CAD Datensatz Erzeugung einer Schicht Fertiges Bauteil Absenken der Bauplattform Dr.-Ing. Eric Klemp 15 FDM Verfahren Prozessbeschreibung FDM-Kopf Stützmaterial Modelmaterial Rollen zur Materialzufuhr Materialerwärmung FDM-Kopf Extrusionsdüsen Modelmaterial Stützmaterial Bauplattform z y x Dr.-Ing. Eric Klemp 16 8 01.12.2015 Movie FDM http://dmrc.uni-paderborn.de/fileadmin/dmrc/Download/data/DMRC_Movies/VL-LaserSintern.wmv Dr.-Ing. Eric Klemp 17 Agenda • Additive Fertigungsverfahren • Trends • Potentiale • Herausforderungen Dr.-Ing. Eric Klemp 18 9 01.12.2015 Arburg „freeformer“ - Funktion Piezo-Aktor bewegt Membrane Membrane schließt Düse Extruder baut Druck auf (500-1.000 bar) Aufschmelzen des Materials durch Scherung und Wärmeeinbringung im Extruder Quelle: Dr.-Ing. Eric Klemp 19 Arburg „freeformer“ Funktion Quelle: http://www.nutech.nl/ Dr.-Ing. Eric Klemp 20 10 01.12.2015 DMG MORI - Technologievergleich • Die Flexibilität der Additiven Verfahren als Auftragsschweißen von Material wird kombiniert mit der Genauigkeit der mechanischen Bearbeitung (Fräsen / Drehen) • Aufbau über mehrere Stufen alternierend • Keine Supportstrukturen notwendig • Deutlich höhere Aufbauraten als bei Standard Powder-Bed (zur Zeit) Quelle: Dr.-Ing. Eric Klemp 21 DMG MORI Quelle: https://www.youtube.com/watch?v=s9IdZ2pI5dA Dr.-Ing. Eric Klemp 22 11 01.12.2015 Fabrisonic: Ultrasonic Additive Manufacturing Dr.-Ing. Eric Klemp 23 • Beschleunigung des Hauptgases (Wasserdampf) in der Lavaldüse • Injektion der Pulverpartikel kurz vor Lavalpunkt (kritische Strömung) • Beschleunigung der Pulverpartikel auf Überschallgeschwindigkeit • Pulverpartikel werden nicht aufgeschmolzen -> geringer Energieeintrag in Bauteil Quelle: http://www.hermle-generativ-fertigen.de/cms/de/technology/ Dr.-Ing. Eric Klemp 24 12 01.12.2015 Quelle: http://www.hermle-generativ-fertigen.de/cms/de/technology/ Dr.-Ing. Eric Klemp 25 Dr.-Ing. Eric Klemp 26 13 01.12.2015 impossible-objects.com/technology/#video Dr.-Ing. Eric Klemp 27 impossible-objects.com Dr.-Ing. Eric Klemp 28 14 01.12.2015 Industrie vs. Desktop Verfahren 3D Homeprinter 3D Industry Printer Verfahren: Material durch Düse (FDM, FLM, FFF, SDM, … ), Stereolithografie FDM, LS, SLM, Zcorp, LOM, Stereolithografie, … Preis: 3500 € (bereits ab 500€) > 100 000 € Hersteller: Makerbot, Ultimaker, Cube, etc. Stratasys, EOS, SLM,3D-Systems, … Dr.-Ing. Eric Klemp 29 Desktop 3D-printer Quelle: www.3ders.org Dr.-Ing. Eric Klemp 30 15 01.12.2015 Player im Markt Dr.-Ing. Eric Klemp 31 Agenda • Additive Fertigungsverfahren • Trends • Potentiale • Herausforderungen Dr.-Ing. Eric Klemp 32 16 01.12.2015 Der Hype „3D-Druck” Todays hypes are the flops of tomorrow – and at the same time, they are your chance“ Torsten Maier Quelle: Gartner (September 2012) Dr.-Ing. Eric Klemp 33 Der Hype „3D-Druck” Todays hypes are the flops of tomorrow – and at the same time, they are your chance“ Torsten Maier Quelle: Gartner (September 2013) Dr.-Ing. Eric Klemp 34 17 01.12.2015 Der Hype „3D-Druck” Todays hypes are the flops of tomorrow – and at the same time, they are your chance“ Torsten Maier Quelle: Gartner (September 2014) Dr.-Ing. Eric Klemp 35 Erwartungen / Industrien Toys/collectables Textiles Jewelry Automotive Tool/mold making Electronics Implants Armaments Industries Specialty food Furniture Surgical devices/aids Dental Sports equipment Prosthetics/orthotics Aerospace Dr.-Ing. Eric Klemp 36 18 01.12.2015 Eignen sich alle Bauteile für AM? Nein! Diese Bauteile können in besserer Qualität zu geringeren Kosten mit konventionellen Fertigungsmethoden hergestellt werden. JA! Diese Bauteile besitzen eine hohe Komplexität und sind somit geeignet, in vergleichbarer Qualität zu geringeren Kosten in AM hergestellt zu werden (vorausgesetzt, die Konstruktion ist angepasst). Quelle: Olaf Diegel Dr.-Ing. Eric Klemp 37 Gibt es eine industrielle Revolution? Source: The Economist 2012 Dr.-Ing. Eric Klemp 38 19 01.12.2015 Beispiele Quelle: Olaf Diegel Quelle: Fraunhofer IFAM Quelle: EADS Quelle: HuH Dr.-Ing. Eric Klemp 39 Dr.-Ing. Eric Klemp 40 Beispiel Mode 20 01.12.2015 Viele Beispiele Dr.-Ing. Eric Klemp 41 Agenda • Additive Fertigungsverfahren • Trends • Potentiale • Herausforderungen Dr.-Ing. Eric Klemp 42 21 01.12.2015 Chancen für additiven Fertigung Flexible Produktion Funktionsintegration Lagerhaltung / Supply Chain Integralbauweise Geringere time-to-market Designfreiheit / Individualisierung Schnelles Änderungsmanagement Keine Fertigungswerkzeuge Sicherheit gegen Produktpiraterie Dr.-Ing. Eric Klemp 43 Teilaspekt „flexible Produktion“ + Flexible Produktion • • • • • • Keine Werkzeuge Direkte Produktion aus dem CAD-File Zentrale Datenhaltung Produktion am Ort des Bedarfs Einfaches Änderungsmanagement Kostenvorteile • • • • • Produkte müssen AM tauglich sein Verfügbarkeit von Wissen / Personal Verfügbarkeit von Material Verfügbarkeit von Kapazität Schnelle Entwicklungszyklen der Technologie • Kenntnis der Prozessketten entscheidet über Erfolg ? ! Dr.-Ing. Eric Klemp 44 22 01.12.2015 Design Anwendung: Lüftungsbauteil Lösungen • √ 10 Bauteile per Flugzeug • √ Konstruktion für LS • √ Nacharbeit • Zusammenbau • Isolation • √ Pulverentfernung • √ Neues FR Material • √ Gewicht Dr.-Ing. Eric Klemp 45 Dr.-Ing. Eric Klemp 46 Bauteil: Lasersintern 23 01.12.2015 Impression „A380“ Dr.-Ing. Eric Klemp 47 Teilaspekt „Designfreiheit“ + Designfreiheit / Individualisierung • • • • Die klassische Konstruktion Integration von technischen Möglichkeiten Vorteil durch Prozesswissen Nutzen von bestehenden Ketten und Adaption der Konzepte • • Konstruktionsrichtlinien müssen bekannt sein Technische Möglichkeiten müssen umgesetzt werden Neue Geschäftsmodelle müssen entstehen ? • ! • Produkt- und Prozesswissen entscheidet über Erfolg Dr.-Ing. Eric Klemp 48 24 01.12.2015 Design for function Example: Damping of mechanical vibrations Integration of damping functions into already given structures due to … … internal structures (hollow spaces, trusses …) … fill media (e.g. powder, liquids) Adjustment of damping functions to occurring mechanical vibrations due to … … the design and size of the internal structures … the used fill medium and filling level Patent situation • Patented by Siemens AG (DE 10 2010 063 725 A1) Dr.-Ing. Eric Klemp 49 Teilaspekt „Lagerhaltung“ + Lagerhaltung / Supply Chain • • • Produktion am Ort des Bedarfs Keine Lagerung von Bauteilen Direktes Produzieren aus dem CAD-File • • • • Vernetzung der Prozesse Verfügbarkeit von Bauteilen zeitnah Eignung der Bauteile für den Prozess Schnelligkeit der Prozesse • Prozesswissen entscheidet über Erfolg ? ! Dr.-Ing. Eric Klemp 50 25 01.12.2015 … or landing on the moon! www.ptscientists.com SLM technology camera adapter SLM technology wheels Dr.-Ing. Eric Klemp 51 Teilaspekt „Time to market“ + kürzere time-to-market • • • • Keine Werkzeuge Wenige Prozessschritte Direktes Produzieren aus dem CAD-File Schnelligkeit der Prozesse • • • • Nachbearbeitungsschritte Kenntnis der Prozessschritte Vernetzung der Prozesse Eignung der Bauteile für den Prozess • Prozesswissen entscheidet über Erfolg ? ! Dr.-Ing. Eric Klemp 52 26 01.12.2015 Konstruktion Dr.-Ing. Eric Klemp 53 Teilaspekt „Markt / Wettbewerb“ + Markt / Geschäftsmodelle • • • • Die klassischen Konzepte ändern sich Integration von technischen Möglichkeiten Vorteil durch Prozesswissen Nutzen von bestehenden Ketten und Adaption der Konzepte • • • Bedürfnissen des Marktes / Pull / Push Neue Geschäftsmodelle sind erforderlich Technisches Know-How muss vorhanden • Produkt- und Prozesswissen entscheidet über Erfolg ? ! Dr.-Ing. Eric Klemp 54 27 01.12.2015 Bauteil Wasserpumpenrad Startbedingungen: • Salzwasser Aquaristik • Große Oberfläche zur Entfernung von Verschmutzungen • Kein Patent-Schutz -> Kopie zum ½ Preis Detaillösungen: • Konstruktion für AM • Dünne Wände / kleine Zellen • Bessere Performance • Größere Oberfläche durch geeignete Konstruktion • Kein konventionelles Spritzguss Bauteil Dr.-Ing. Eric Klemp 55 Gewichtsoptimierung / Kopierschutz durch geeignetes Herstellungsverfahren Gewichtsreduktion von 515 g auf 305 g (40%) Originalblock wog ca. 16 kg 15,5 kg Abfall AM Materialgewicht = 720 g Kostenreduktion von 1.000 € auf 400 € (60%) i Einzigartiges Design! Kopieren nur mit gleichem Verfahren Kenntnis der Prozess-/ Herstellparameter Dr.-Ing. Eric Klemp 56 28 01.12.2015 3D – CR-code Dr.-Ing. Eric Klemp 57 Vielen Dank! How far can you imagine? www.dmrc.de Dr.-Ing. Eric Klemp 58 29
© Copyright 2024 ExpyDoc
