Metall-Laserschmelzen Broschüre

METALL LASERSCHMELZEN
METAL LASER MELTING
ANSPRECHPARTNER
CONTACT PERSONS
METALL
LASERSCHMELZEN
METAL
LASER MELTING
Als Anbieter von modernen und effizienten Komplettlösungen beobachten wir stets aufmerksam den Markt und
implementieren die vielversprechendsten Technologien in
unser Portfolio. Im Jahr 2011 entschieden wir uns deshalb
dazu, ein weiteres zukunftsweisendes Verfahren, das
Christoph Hauck
Metall-Laserschmelzen, in unser Angebot aufzunehmen.
+49 (0) 9172 / 69 56 - 153
Dabei wird das Werkstück Schicht für Schicht aufgebaut,
Stefan Auernhammer
Laserstrahlung aufgeschmolzen wird.
indem das zu verarbeitende Material in Pulverform mittels
+49 (0) 9172 / 69 56 - 501
As a vendor of efficient, state-of-the-art all-inclusive job
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
adopt another up-to-the-future process, called metal laser
melting, as part of our corporate capabilities. The workpiece
here is built up layer by layer, as the material concerned is
melted on it in powdered form by means of laser radiation.
02
KOOPERATION
COOPERATION
Seit der Einführung des Verfahrens bei toolcraft kooperieren
wir mit dem Maschinenhersteller CONCEPT Laser GmbH –
eine perfekte Symbiose, die Pionierarbeit leistet. CONCEPT
Laser bringt seine bereits vorhandenen Ergebnisse und
Erfahrungen ein, um Parameter des Metall-Laserschmelzprozesses bei unterschiedlichen Werkstoffen zu entwickeln.
toolcraft steuert Strategien und Knowhow zur Weiterverarbeitung der Bauteile in zerspantechnischen Prozessen bei.
Es werden Richtlinien, wie zum Beispiel Aufmaße oder Hilfsgeometrien zum Spannen festgelegt, um die Kunden
anforderungen zu erfüllen.
Since this process was introduced at toolcraft, we have been cooperating with the
machinery manufacturer CONCEPT Laser GmbH – a perfect symbiosis based on
pioneering synergies. CONCEPT Laser contributes its existing results and experience in order to develop parameters of the metal laser melting process for different materials. toolcraft inputs strategies and expertise for further processing of
März 2016
the components in machining operations. Guidelines are specified (e.g. measurements, auxiliary geometries for clamping) in order to meet our customers’ requirements.
03
PROZESSKETTE BEI TOOLCRAFT
PROCESS CHAIN AT TOOLCRAFT
Datenaustausch
Datenaufbereitung
Urformverfahren
Qualifizierung des Baujobs
durch optische Vermessung
Fräsveredelung
Endkontrolle
Einsatz in
der Praxis
Data interchange
Data processing
Primary shaping process
Verification of the construction job
by optical measurement
Milling finishing
Final inspection
04
Actual use
VERARBEITBARE WERKSTOFFE
MACHINABLE MATERIALS
Materialien: AlSi10Mg; 1.4828; 1.2709; TiAl6V4;
Inconel 718; Inconel 625; Haynes 188;
17-4PH; Invar (1.3912)
Korngröße: 15-45 µm
Herstellung: aus Schmelze verdüst und gesiebt
Materials:
AlSi10Mg; 1.4828; 1.2709; TiAl6V4;
Inconel 718; Inconel 625; Haynes 188;
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
from melt
05
MASCHINENDATEN
MACHINE DATA
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
06
(material-dependent)
Laser: 400 W Faserlaser
Laser: 400 W fibre laser
Schutzgase in der Prozesskammer:
Protective gases in the process chamber:
Stickstoff / Argon
nitrogen / argon
Abbildung: CONCEPT Laser GmbH
(materialabhängig)
VERFAHRENSERLÄUTERUNG
PROCESS EXPLANATION
PROZESSKAMMER
PROCESS CHAMBER
Pulverbett Powder bed
SCHMELZVERFAHREN
MELTING PROCESS
1 Laserstrahl
laser beam
3 erstarrte Schicht
hardened layer
2 Schmelzbad
melting bath
4 Pulverschicht
powder layer
Belichtungseinheit lighting unit
1
Bewegungsrichtung des Lasers
Laser’s direction
of travel
Laser
3
2
4
Beschichter
Coater
Pulvervorrat
Powder stock
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
08
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
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.
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ANWENDUNGSGEBIET WERKZEUG- UND FORMENBAU
TOOL AND MOULD MAKING APPLICATIONS
FORMEINSÄTZE MIT
KOMPLEXEN KÜHLSYSTEMEN
MOULD INSERTS WITH COMPLEX
COOLING SYSTEMS
Formeinsätze mit komplexen Kühl
Mould inserts with complex cooling systems offer a more
systemen bieten eine effektivere
effective alternative to conventional cooling channels in
Alternative zu gewöhnlichen Kühl
mould construction jobs.
kanälen im Formenbau.
Methods used:
Parallel cooling: with parallel cooling, in contrast to sim-
Verwendete Methoden:
Parallelkühlung: Bei einer Parallelkühlung 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 gleichmäßig temperiert. Dies erfolgt durch die
parallele Anordnung der Kühlkanäle in
der Form; anders als bei einfacher
Kühlung mit einem langen Kühlkanal.
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ple, contour-hugging cooling, areas are evenly temperature-
to simple cooling with a single long cooling channel.
Flächenkühlung: Im Gegensatz zu
Surface cooling: in contrast to cooling channels, surface
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
rer Kanalnetze wenige Millimeter
unterhalb der Formoberfläche platziert, womit eine sehr effiziente Kühlung ermöglicht wird.
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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:
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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.
Example of surface cooling:
hybrid construction process
(featuring surface cooling)
Beispiel für Flächenkühlung:
Hybridbauverfahren (darin
verwendet: Flächenkühlung)
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ANWENDUNGSGEBIET WERKZEUG- UND FORMENBAU
TOOL AND MOULD MAKING APPLICATIONS
FASSONSTIFTE
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ADJUSTABLE PINS
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.
Bereich mit Luftkühlung in LaserCUSING ®-Technik hergestellt
Area with air-cooling produced using LaserCUSING ® technology
Abluft
Exhaust air
Abbildungen: CONCEPT Laser GmbH
ø 2,9 - 6,0 mm
ø 2.9 - 6.0 mm
Zuluft
Intake air
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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
… for plastic injection-moulding and
die-casting companies
Weniger Verzug bzw. Lunker > Reduzierung
der Ausschussrate
Less distortion and fewer cavities
Produktion qualitativ hochwertiger Kunststoffteile/Metallteile > Wettbewerbsvorteil
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
… für den Endkunden
… for the end-user
Zykluszeiteinsparungen von 20 - 30 %
> Reduktion der Stückkosten
Qualitativ hochwertige Produkte
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> reduced wastage rate
Production of high-quality plastic and metal
Cycle-time savings of 20 - 30 %
> reduced unit costs
High-quality products
INNOVATIVE TEMPERIERLÖSUNGEN VON TOOLCRAFT
INNOVATIVE COOLING BY TOOLCRAFT
mit
In Kooperation
th
wi
ion
at
er
In coop
FT
SCHMIDT W
Temperatursimulation
Temperature
simulation
270.00
254.17
238.33
222.50
Flüssigkeitssimulation
Fluid
simulation
206.67
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
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ANWENDUNGSGEBIET PRÄZISIONSBAUTEILE
HIGH-PRECISION COMPONENT APPLICATIONS
MOTORSPORT
Im Bereich Motorsport fertigen wir Vor- und Kleinserien im
Entwicklungsstadium, wie z.B. Motor- und Pumpenkomponenten oder Trägerbauteile. Außerdem bieten wir Bauteile
aus hochtemperaturbeständigen Werkstoffen, die beispiels
weise in Auspuffanlagen verbaut werden.
MOTOR SPORT
In the field of motor sports, we
manufacture preproduction
and small series in the development stage, such as engine
and pump components or
structural parts. We also offer
components made from hightemperature-resistant materials, for installation in exhaust
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systems.
LUFT- UND RAUMFAHRT
Im Bereich Luftfahrt fertigen wir Gehäuseteile und komplexe,
dünnwandige Strukturen für Gasturbinen im Vorserienstadium.
Hier werden überwiegend Nickelbasislegierungen (Inconel 718,
Inconel 625, Haynes 188), Titanlegierungen (Ti Al 6V4) und Luftfahrtstähle (17-4PH) in Pulverform verwendet. Für Space- und
Defence-Anwendungen kommt unser Invar (1.3912) aufgrund
seines geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten zum Einsatz.
AEROSPACE
For the aviation sector, we manufacture housing sections and complex, thin-walled structures for gas turbines in the preproduction
stage. The materials predominantly used
here are nickel-based alloys (Inconel
718, Inconel 625, Haynes 188), titanium alloys (Ti Al 6V4) and aviation
steels (17-4PH) in powdered form.
For space and defence applications we use Invar (1.3912)
because of its low linear
thermal expansion coefficient.
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LEITFADEN FÜR KONSTRUKTEURE
GUIDELINE FOR DESIGNERS
Bohrung in Baurichtung
ohne Stützstruktur
Drill-hole in constructional direction
without a 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)
Optimale Konstruktion für metall-lasergeschmolzene Bauteile
Optimum design for metal-lasermelted components
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Ungünstige Konstruktion für
metall-lasergeschmolzene Bauteile
Unfavourable design for metal-lasermelted components
Kein Überhang, dadurch
keine Stützstruktur
No overhang, so no
supporting structure
(self-supporting)
Überhang komplett
mit Stützstruktur
Overhang complete
with supporting structure
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)
21
Einen weiteren Eindruck wie die Technologie
Metall-Laserschmelzen bei toolcraft
eingesetzt wird, erhalten Sie durch Scannen
des QR-Codes!
You can learn more about how the metal laser
melting technology is used at toolcraft by
scanning the QR code!
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MESSEN UND
QUALIFIZIEREN
MEASURING
AND TESTING
MBFZ toolcraft GmbH
Handelsstraße 1
91166 Georgensgmünd
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
METALL
LASERSCHMELZEN
METAL
LASER MELTING
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