THINK BIG & ADDITIVE WAS TUN, WENN DAS PULVERBETT ZU KLEIN WIRD? Michael Kitzmantel, Lilla Vály, David Grech, Erich Neubauer addmanu.at 1. ERFA Runde 16. Oktober 2015, Leoben RHP-Technology GmbH Forschungszentrum, CA, A-2444 Seibersdorf, Austria page 1 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. Inhaltsüberblick page 2 Einleitung Motivation, Pulverbett vs. Freiform-Auftragsverfahren Additive Fertigung – Technologien für große Bauteile Beispiele konventionelle Fertigung vs. Additive Fertigung 4M – Pulversprüh-Auftragsverfahren Crazy projects SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. ABOUT RHP RHP-Technology is located @ CAMPUS Seibersdorf activities started in 1996 RHP-Technology founded 2010 privately owned 18 employees (8 scientists) annual turnover 2 mio.€ RHP-Technology page 3 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. POWDER TECHNOLOGY IN SEIBERSDORF 1994 2010 2013 think-‐addi)ve.com Blown powder, wire feed & STL TODAY: New Materials by Powder Technology Sputtering Targets Advanced Heatsinks High Stiffness Materials …… page 4 Processdevelopment Powder injection moulding Rapid Hot Pressing Additive Manufacturing …… SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. Short Introduction to RHP Advanced Materials für funktionelle Anwendungen Sputtering Targets nach kundenspezifischen Anforderungen Research Solutions durch Sintern, Heißpressen, Additive Verfahren, Pulverspritzguss page 5 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. GENERATIVE FERTIGUNG Am häufigsten verwendete Energie/Wärmequellen: Laser Elektronenstrahl Anwendungsmethoden: Pulverbett Draht / Pulversprüh-Auftragsverfahren Laser und Elektronenstrahl sind hochpreisig in der Anschaffung und Erhaltung. -> preislich deutlich darunter liegen (Auftrags-) Schweißtechnologien. page 6 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. MOTIVATION Quelle: renishaw page 7 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. PULVERBETT Bottlenecks der Pulverbettprozesse Heute bis 0,5 - 0,7 Meter rechteckige Baufläche Hauptsächlich Verwendung eines Materials je Schicht/Bauvorgang Quelle: GE energy/EOS page 8 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. MOTIVATION – LÖSUNG PULVERBETT Quelle: renishaw page 9 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. VERGLEICH TYPISCHER PARAMETERSETS Blown Powder SLM (powder bed) Spot size 1-‐15mm 100-‐150µm Processing parameters 2-‐17kW, Pd=104-‐105W/cm2 100W-‐1kW, Pd=106-‐107W/cm2 MoVon style Working table, 5 Axis System, Vm=30mm/s Scanning System, 1½ D Vm=7m/s IrradiaVng Time 10-‐2 – 10-‐1 s 10-‐3 s Cooling rates 102 – 104 °C/s 105 – 106 °C/s Min. Line Width 0.6mm 0.1mm Efficiency 1 – 7 kg/h 0,05 – 0.3k g/h Materials MulV-‐Materials, Gradients, almost all Metals, Composites almost all Metals, (Ceramics) Size accuracy ±1.5 – ±0.6 mm ±0.05 mm Shapes Large Components, simple shapes, post macining is needed Medium and small components with complex shapes, lible or no machining Quelle: SPIE. 2015 page 10 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. LMD (blown powder) vs. SLM (powder bed) Components with lower precision by • blown powder process • Large scale (several meters) • MulV-‐Materials possible page 11 Higher precision by SLM • powder bed process • Small/Medium scale (several CM) • Single material • high purity Quelle: SPIE. 2015 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. SCHWEISSFACKEL Die Temperaturen im Lichtbogen können in Abhängigkeit von Strom und verwendetem Gas bis 25.000 K erreichen. page 12 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. Schutzgasschweißen / Plasma (non) Transfer Arc page 13 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. USES OF AM TECHNOLOGY Tanning page 14 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. CHALLENGES IN AEROSPACE MANUFACTURING FerVgung großer Komponenten aus Ti-‐Legierungen und Hochleistungs-‐Stählen in China Quelle: Beijang University page 15 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. WIE WEIT KANN GENERATIVE FERTIGUNG GEHEN? Von „substituieren“ zu „übertreffen“ Freiformprozess Signifikante Kosteneinsparung Reduktion der Fertigungszeit Gewichtsreduktion der Komponenten 80.000 Tonnen Presse, China 2012 Quelle: Beijang University page 16 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. Strukturbauteile hergestellt über Schmieden (ca. 1.500 kg aus Ti6Al4V) page 17 Schmiedepresse mit 50.000 Tonnen Presskran, USA SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. Aircran fuselage bulkhead – Ti alloy, Beihang University In 2013, NPU manufactured a 5 meter long central wing spar with Laser AddiVve Manufacturing technology for Comac C919 passenger-‐plane which is expected to be finished in 2016 and to enter commercial Quelle: SPIE. 2015 page 18 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. BEISPIEL CHINA: AIRLINER C919 LMD geferVgt Wärmebeh. Herstellung: trad. Schmieden Zeit: ca. 2 Jahre Kosten: Gesenk allein: 2 Mio. USD page 19 Endbearbeitet Herstellung: LMD Zeit: 55 Tage (incl. Wärmebehandlung, Bearbeitung und Versand) Kosten: deutlich reduziert Quelle: WNLO SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. 3m langes Bauteil für Airliner C919 Quelle: SPIE. 2015 page 20 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. KOSTEN/EFFIZIENZ BETRACHTUNG Starting Material: 100 % -‐ Scrap: 90% = Final Part: 10% 4M System POWDER 4M Starting Material: 15 % -‐ Scrap: 5% = Final Part: 10% 4M Figure 5: Fast and Green Manufacturing by using 4M System (Source: NASA, adapted RHP) page 21 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. PARAMETER VERFAHRENSVERGLEICH Abbildung 1: Adaptiert von Cranfield Universität; Verfahren mit hoher Auftragsrate und guter Möglichkeit zur 1: Realisierung von komplexen Bauteilen ist rechts oben Auftragsrate zu finden und guter Abbildung Adaptiert von Cranfield Universität; Verfahren mit hoher Möglichkeit zur Realisierung von komplexen Bauteilen ist rechts oben zu finden Quelle: Cranfield Univ. page 22 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. 4M SYSTEM Plasma Transfer Arc (PTA) Verfahren 2 Pulverförderer & Drahtzufuhr Steuerbare Förderrate 5-Achsen System Bauplattform 150 x 180 cm (erweiterbar) Schutzgasspülung page 23 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. PARAMETERSTUDIEN TITAN Quelle: norsk Vtanium page 24 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. BEISPIELE TITAN & STAHL Quelle: norsk Vtanium page 25 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. VISION?? page 26 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. 3D print project AMSTERDAM -‐ hbps://youtu.be/pZNTzkAR1Ho Quelle: mx3d page 27 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. DANKE FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT WILLKOMMEN bei 4M & think-additive.com page 28 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. UNSER TEAM 2015 page 29 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. Quellennachweise [1] Renishaw – bicycle project [2] GE-energy.com [3] NASA gov [4] ThyssenKrupp online Oktober 2015 [5] http://www.france-metallurgie.com/index.php/2014/10/12/mesta-the-alcoa-50000-ton-closed-die-forgingpress-for-aerospace-parts-us/#sthash.tlGaUicO.dpbs online Oktober 2015 [6] http://www.pccforgedproducts.com online Oktober 2015 [7] Warwick University [8] Cranfield University [9] Huaming Wang – Beihang University [10] Wuhan National Laboratory for Optoelectronic (WNLO) [11] Norsk Titanium (norsktitanium.no) [12] http://mx3d.com/projects/bridge/ Online Oktober 2015 [13] www.think-additive.com page 30 SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT. KOORDINATEN MATERIALS. PERFECTLY. RHP-‐Technology GmbH TUNED. MATERIAL ENGINEERING BY POWDER TECHNOLOGY DI Michael Kitzmantel page 31 Forschungs-‐ u. Technologiezentrum Gebäude CA 2444 Seibersdorf, AUSTRIA T: +43 (0)2255 -‐ 20600 E: info@rhp-‐technology.com W: www.rhp-‐technology.com SOLUTION PROVIDER IN POWDER TECHNOLOGY AND HOT PRESSING WERKSTOFFE. PERFEKT. KOMPONIERT.
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