Industrieller Einsatz additiver Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact Clemens Boesen Struktur Phoenix Contact – Das Unternehmen Der Werkzeugbau bei Phoenix Contact im Wandel der Zeit Rapid Prototyping und Direct Manufacturing Verfahrenstechniken und Einsatzgebiete Fazit und Ausblick 2 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Struktur Phoenix Contact – Das Unternehmen Der Werkzeugbau bei Phoenix Contact im Wandel der Zeit Rapid Prototyping und Direct Manufacturing Verfahrenstechniken und Einsatzgebiete Fazit und Ausblick 3 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 History Entwicklung 1923 50er 80er 4 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 60er Heute Die Anfänge der Fertigung in Blomberg in den 50‘ern 5 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 PHOENIX CONTACT Stammsitz Bad Pyrmont Blomberg 6 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 PHOENIX CONTACT Electronics Bad Pyrmont Blomberg 7 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Weltweiter Vertrieb § gegründet 1923 in Essen § Über 14.000 Mitarbeiter weltweit § Ca. 6.500 Mitarbeiter in Deutschland § Jahresumsatz 2014: 1,77 Mrd. Euro § Mehr als 40.000 aktive Produkte § Ca. 2.500 Neuheiten pro Jahr § Weltweit 14 Produktionsstätten und 52 eigene Vertriebsgesellschaften 8 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Produkte/Anwendungen 9 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Märkte Energieversorgung Prozessindustrie Bahnindustrie Wasserwirtschaft Automobil Maschinenbau 10 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Windindustrie Telekommunikation Industrieelektronik Gebäudeautomation Prozess Know-how Konstruktion Teilefertigung 11 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Montage Logistik Struktur Phoenix Contact – Das Unternehmen Der Werkzeugbau bei Phoenix Contact im Wandel der Zeit Rapid Prototyping und Direct Manufacturing Verfahrenstechniken und Einsatzgebiete Fazit und Ausblick 12 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Wandel im Unternehmen… 13 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 …erfordert Wandel im Werkzeugbau 14 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Der Werkzeugbau – Tool Shop Plastics Werkzeugbaunetzwerk DE, CN, IN, PL Werkzeugentwicklung, -beschaffung und -fertigung Wartungs-, Ersatzteil- und Änderungsservice Nationales und internationales Lieferantennetzwerk Technikum & Anwendungstechnik Kunststoffe Prozessentwicklung und -befähigung (Sonderverfahren) Null- und Kleinserienproduktion Projektmanagement & Technologieentwicklung Starke Konzept- und Entwicklungsberatung Rapid Tooling und Rapid Prototyping – 10.000 PT p.a. 15 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Struktur Phoenix Contact – Das Unternehmen Der Werkzeugbau bei Phoenix Contact im Wandel der Zeit Rapid Prototyping und Direct Manufacturing Verfahrenstechniken und Einsatzgebiete Fazit und Ausblick 16 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 § Total Cost of Ownership (TCO) Konzept § Reduzierung der Herstellkosten § Direkte Herstellung von Funktionselementen § Werkzeug-, Maschinenbau, Endkunden 17 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Direct Manufacturing § Beratungsfunktion des Werkzeugbaus § Der Werkzeugbau als integraler Bestandteil des Produktentstehungsprozesses § Absicherung der Produktentwicklung § Absicherung der kunststoff- und werkzeuggerechten Konstruktion § Marketingfunktion von Prototypen Rapid Prototyping Rapid Prototyping, Direct Manufacturing im Werkzeugbau – Warum? Rapid Prototyping, Direct Manufacturing im Werkzeugbau – Warum? 18 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Struktur Phoenix Contact – Das Unternehmen Der Werkzeugbau bei Phoenix Contact im Wandel der Zeit Rapid Prototyping und Direct Manufacturing Verfahrenstechniken und Einsatzgebiete Fazit und Ausblick 19 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Fertigungstechnologien Additive Manufacturing Pulverdrucker Polyjet- / MultijetStereolithographie Drucker Fused Deposition Modeling (FDM) Nicht industrielle Anwendungen Anschauungsmodelle Konzeptprototypen Selektives Lasersintern Vakuumgießen Alternative Metallverfahren Freeformer Funktionsprototypen Selektives Laserschmelzen Funktionsund Marketingprototypen Endprodukte Direct Manufacturing Bilderquellen:: sintermask GmbH, 3D Systems, Stratasys Ltd., eos GmbH, SLM-Solutions GmbH, ARBURG GmbH + Co KG, arcam AB, Hermle AG, DMG MORI Seki AG 20 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Bei PxC im Einsatz Fused Deposition Modeling (FDM) Metall Beobachtung Kunststoff Lasersintern – polymere Werkstoffe Verfahrensprinzip Pulverbehälter CO2 -Laser (x/y-Bewegung) Flächenheizung Pulverschicht Beschichter Schichtweise aufgebaute Bauteile im Pulver 21 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Absenkbare Bauplattform (z-Bewegung) Baubehälter Quelle: eos GmbH Lasersintern – polymere Werkstoffe Vor- und Nachteile Vorteile § Keine Stützgeometrie § Funktionsmodelle aus Polyamid (PA 12, PA 11, PP und neuerdings auch bedingt PA6) § Artähnlichkeit Serienmaterial § Gesamter Bauraum nutzbar § Haltbarkeit des Materials, einfache Lagerung Allgemein: § konstruktive Freiheit § Wanddicken Nachteile ab 0,45 mm § Leicht offenporige, raue Oberfläche § Schichtdicken § Pulveranhaftungen 60 µm und 100 µm § Geringere Detailabbildung § Geometrieabhängige Eigenspannungen / Verzug § Materialwechsel aufwändig § Staubige Arbeitsumgebung durch Pulver § Altpulver nicht ungemischt wiederverwendbar § Keine Serienkunststoffe (z.B. PA66) 22 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Lasersintern – polymere Werkstoffe Einsatzgebiete § Erzeugung von Funktionsprototypen aus PA12 zur Verifikation von Konzepten und Konstruktionen § Direkt Manufacturing für den Maschinenund Vorrichtungsbau, sowie für die weltweiten Produktionsstätten § Abdeckungen § Absaugungen § Halterungen § Werkstückträger § Greifsysteme § Varianzbereich und Gehäuseteile bei Artikeln in geringer Stückzahl 23 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Lasersintern – polymere Werkstoffe Beispiele Maschinenbau Werkstückträger/ Trays für Lötprozess und Transport Förder-/Zuführtechnik Werkstückträger Abdeckungen Vakuumgreiftechnik Greifer 24 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Stereolithographie Verfahrensprinzip Beschichter UV-Laser (x/y Bewegung) Stützgeometrie Prototyp im flüssigen Photopolymer Absenkbare Bauplattform (Z-Bewegung) 25 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Quelle: 3D Systems Stereolithographie Vor- und Nachteile Vorteile § Höchste Genauigkeit und Detailabbildung § Beste Oberflächen § Gute Nacharbeitsmöglichkeiten § Abbildung feinste Durchbrüche /Löcher Nachteile § Teils spröde und nicht UV-beständig § Niedrige Temperaturbeständigkeit § Reinigung und Nachvernetzung § Manuelle Entfernung Stützkonstruktion § Handhabung von Harzen und Isopropanol zur Reinigung § Materialwechsel aufwendig § Begrenzte Haltbarkeit der Harze § Keine Serienwerkstoffe, kaum Ähnlichkeit zu Serienwerkstoffen 26 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Allgemeine: § Wanddicken ab 0,1 mm (in x- und y-Richtung) § Schichtdicke 50 µm, 100 µm und 125 µm Stereolithographie Einsatzgebiete § Erzeugung von hoch präzisen Prototypen mit hoher Detailabbildung § Herstellung von Urmodellen für den Vakuumgießprozess § Herstellung von Formen für den Vakuumgießprozess von Silikonbauteilen 27 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Polyjet / Multijet 3D-Druck Verfahrensprinzip XAchse YAchse Druckkopf SupportMaterial ModellMaterial UVLeuchten Bauplattform 28 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 ZAchse Quelle: Stratasys Ltd. Connex350 Polyjet / Multijet 3D-Druck Vor- und Nachteile Vorteile § Große Materialvielfalt § Transparente Materialien § Einfacher Materialwechsel § Verbundmaterialien herstellbar § Hohe Baugeschwindigkeit § Hohe Genauigkeit und Oberflächenqualität § Einfache Handhabung Nachteile § Stützmaterial erforderlich § Manuelle Nacharbeit (Stützmaterial) § Geringe Temperaturbeständigkeit § Alterung und Verspröden der Bauteile § Keine Serienwerkstoffe und kaum Ähnlichkeit zu Serienwerkstoffen 29 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Allgemein § Wanddicken ab 0,2 mm § Schichtdicke 16 µm 32 µm Polyjet / Multijet 3D-Druck Einsatzgebiete § Prototypen mit unterschiedlichen, kombinierbaren Härtegraden § 2- oder Mehr-KomponentenPrototypen § Transparente Prototypen § Marketingmuster § Gedruckte, polymere Spritzgießkavitäten für Prototypen aus Serienmaterial § Kavitäten zum Umgießen von Elektronikbaugruppen PA6, PA6.6V0, PA6 50%GF, LCP 30 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Rapid Prototyping Verfahren – Fused Deposition Modeling [FDM] § Auch als Fused Layer Manufacturing [FLM] bekannt Drahtvorschub Heizdüse Prototyp Achssystem (x/y Bewegung) Stützgeometrie Absenkbare Bauplattform (Z-Bewegung) 31 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Rapid Prototyping Verfahren – Fused Deposition Modeling [FDM] Vorteile § Keine Hilfsstoffe nötig § Funktionsprototypen z.B. aus ABS, § teilweise auch Serienmaterialien einsetzbar § Niedrige bis mittlere Investitionskosten Nachteile § Stützgeometrie notwendig § Stützgeometrie bei günstigen Anlagen aus Modelmaterial § Stützgeometrie bei teureren Anlagen aus separaten Material § Geringere Auflösung und Oberflächengüte § Unterschiedliche Materialeigenschaften in x/y und z-Richtung § Ca. 80 % der Materialeigenschaften eines spritzgegossenen Bauteils in x/y und ca. 40% in Z-Richtung § Bauraumheizung zur Vermeidung von Verzügen aktuell nur bei Stratasys vorhanden, hier aber keine Möglichkeit neue Materialien zu qualifizieren 32 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Vakuumgießen Virtuelles 3D-CADModell Additive Herstellung des Urmodells 33 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Erstellung eines Silikon-Werkzeuges mit dem Urmodell Fertige Gießform für 10 bis 20 Bauteile Vakuumgießen Formerstellung Steigerelemente Angussstab Additiv erstelltes Urmodell Gießkasten Urmodell mit Anguss und Steigern in Gießkasten hängen Eingießen der vorbereiteten Gießmasse, Entlüften und Aushärten 34 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Silikon Trennen und Öffnen der Form. Urmodell entnehmen Fertige Form für den Gießprozess verschließen Laserschmelzen (Metall) Verfahrensprinzip Beschichter YAG-Laser (x/y-Bewegung) Pulverschicht Absenkbare Bauplattform (z-Bewegung) Pulverbehälter Schichtweise aufgebautes Bauteil im Pulver 35 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Quelle: eos GmbH EOS M280 Laserschmelzen (Metall) Vor- und Nachteile Vorteile § Dichte Funktionsprototypen aus Stahl, Edelstahl, Aluminium oder Kupfer § Hohe mechanische Belastbarkeit § Gute Eignung für Spritzgießwerkzeuge § konturnahe Kühlung § Lange Haltbarkeit des Materials § Verwendung von Altpulver möglich Nachteile § Leicht offenporige, raue Oberfläche § Oberflächenbearbeitung notwendig § Ggf. Wärmebehandlung notwendig § Pulver Anhaftungen § Eigenspannungen und Verzug § Zeitbedarf beim Materialwechsel § Staubige Arbeitsumgebung 36 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Allgemein § Wanddicken ab 0,3mm § Schichtdicke 20 µm, 40 µm, 50 µm § Oberflächenrauheit Ra 2,5 - 8 μm Rz 15 - 50 μm § Härte bis 52 HRC (Härteprozess) Laserschmelzen Einsatzgebiete § Herstellung von Prototypen aus § Edelstahl (1.4540) § Werkzeugstahl (1.2709) § Aluminium (AlSi10Mg) § Kupfer (98,9% Reinkupfer) § Direkt Manufacturing § Scharniere § Konturnahe Temperierung § Maschinenteilen § Stanz-Biege-Einsätze für Kleinserien 37 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Steigerung der Produktionseffizienz durch Nutzung thermischer Potenziale 38 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Einsatzbeispiel im Spritzgießwerkzeugbau konturnah temperiertes Werkzeug: 3 s Zykluszeit Vergleichbares Ergebnis bei 40% Zykluszeitreduktion Fehlerbild Maßabweichung Wärmebild Abkühlung Werkzeugkonzept Konventionelles Werkzeug: 5 s Zykluszeit 39 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Struktur Phoenix Contact – Das Unternehmen Der Werkzeugbau bei Phoenix Contact im Wandel der Zeit Rapid Prototyping und Direct Manufacturing Verfahrenstechniken und Einsatzgebiete Fazit und Ausblick 40 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Fazit § Aktuell sehr eingeschränkte Materialauswahl (verfahrensabhängig) § Potenziale in der Oberflächenqualität àDirect Manufacturing aktuell fast nur für Maschinenbau und Werkzeugbau àOft nur durch konventionelle Nacharbeit einsetzbar § Hohe Zukunftspotentiale der additiven Fertigung für Direct Manufacturing: § Designfreiheit § Werkzeuglose Fertigung – Losgröße 1 § Digitale Prozesskette 41 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Wünsch Dir was… § Verarbeitung von Phoenix Contact Serienwerkstoffen mit anwenderspezifischen Eigenschaftsprofilen § PA6, PA66 und PBT § Inkl. Additiven wie Flammschutz, Glasfasern, Farben etc. § Inkl. Zulassungen wie UL (auch bei dünnen Wänden ab 0,5 mm) § 1.2343 Werkzeugstahl additiv fertigen § Multimaterialanlagen zur die Herstellung von elektrisch hoch leitfähigen Bereichen in isolierten Werkstoffen § Fließprozess für Inlinefertigung und Automatisierung § Oberflächenqualität, physikalische Eigenschaften und Detailierung vergleichbar zu Spritzgießartikeln 42 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Beispielaktivitäten bei Phoenix Contact § Materialqualifikation für den Metallschmelzprozess § Kupfer § Filamentherstellung aus spritzgießoptimiertem PA66 und PBT für FDM-Prozess § Selbstentwickelte SLS-Anlage für die Entwicklung und Qualifizierung neuer Materialien für den Lasersinterprozess von Kunststoffen § Zugriff auf alle Parameter auch im Prozess § Änderbarer Laserfokus von 0,25 mm – 2 mm § 12-Kanalige Heizung ermöglicht konstante Temperaturverhältnisse § Unterschiedliche Beschichtungssysteme für unterschiedliche Materialien 43 / Dipl.-Ing. (FH) C. Boesen / Industrieller Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact / Dezember 2015 Industrieller Einsatz additiver Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact Clemens Boesen Phoenix Contact GmbH & Co. KG Industrieller Einsatz additiver Fertigungsverfahren bei Phoenix Contact Vielen Dank für Ihre Fragen und Anregungen! Clemens Boesen Phoenix Contact GmbH & Co. KG
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