3D-Metalldruck Von der Skizze bis zum fertigen Bauteil

3D-Metalldruck – Von der Skizze bis zum fertigen Bauteil

Wiener Neustadt 30/01/2020

Dr. Markus Hatzenbichler

Gruppenleiter TEC Space – Advanced Manufacturing

Workshop

2

Ziel dieses Workshops ist…

…ist die Vermittlung von grundlegenden Kenntnissen auf dem Gebiet der additiven

Fertigung in Kombination mit einer objektiven Betrachtung der gesamten Prozesskette.

• Welche additiven Fertigungsverfahren gibt es?

• Kann wirklich alles additiv hergestellt werden?

• Sind die Kosten und mechanischen Eigenschaften mit konventioneller Fertigung

vergleichbar?

3

Vorstellung der Teilnehmer

Erfahrungen mit 3D-Druck

Erwartungen an den

Workshop

Kurze Vorstellung des

Teilnehmers

4

FOTEC Forschungs- und Technologietransfer GmbH

Allgemeine Informationen

Das Forschungsunternehmen der Fachhochschule Wiener Neustadt

Studenten und wiss. Mitarbeiter

Ausbildung

(z.B. Studiengang Mechatronik mit Vertiefung

“Additive Manufacturing”)

5


Allgemeine Informationen

• Gründungsjahr: 1998

• Betriebsleistung: 3 Mio. EUR

• MitarbeiterInnen: 47

• Zertifiziert nach ISO 9001:2015

w w w . f o t e c . a t

6


Geschäftsbereiche

7

Additive Highlights

Flexibler Metallbalg (Bellow)

als Ventilkomponente im

Treibstoffleitungssystem

Material:

Ti6Al4V

Stellmotorhalterung

(Primärstruktur) für

Solarpanele

Material:

AlSi10Mg

Antennenkomponente

zur Signalführung

Material:

AlSi10Mg

© FOTEC © FOTEC © FOTEC

8

Additive Fertigungsanlagen bei FOTEC

EOS M400

Bauvolumen: 400x400x360mm

Materialien: AlSi10Mg, AlSi7Mg

Laser: 1000W Yb-Faserlaser

EOS M280


Materialien: Ti6Al4V, AlSi10Mg, 316L,

1.2709, Nickelbasislegierung HX

Laser: 200W Yb-Faserlaser

© FOTEC

© FOTEC

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Additive Fertigungsanlagen bei FOTEC

EOS P396


Material: Polyamid 12

Laser: 70W CO2 Gas Laser

Musterbauteile, Messmittel, Skalierte

Modelle für Simulationsverifikation

(z.B. im Windkanal), etc.

Alicona Infinite SL – Vermessung

der Oberflächenqualität

Faro Quantum 3D Scanarm –

Taktile und optische Vermessung

Soll/Ist Vergleich gedruckter

Bauteile

© FOTEC

© FOTEC

© FOTEC© FOTEC © FOTEC

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Unterteilung der Fertigungsverfahren

Subtraktive Fertigungsverfahren

• Erzeugung der gewünschten Geometrie aus einem Halbzeug durch Abtragen

definierter Bereiche (Drehen, Fräsen, etc.)

Formative Fertigungsverfahren

• Formung eines gegebenen Volumens in die gewünschte Geometrie (Schmieden,

Tiefziehen, etc.)

Additive Fertigungsverfahren

• Erzeugung der gewünschten Geometrie durch Aneinanderfügen von

Volumenelementen (Schichtbauprinzip)

Ursprünglich ausschließlich für den Prototypenbau konzipiert, ist es nun ein

gleichwertiges Verfahren um Funktionsbauteile herzustellen.

11

Einführung 3D-Druck

Was versteht man unter 3D-Druck?

Schichtweiser Aufbau

Keine Werkzeuge für Fertigung

notwendig

Hohe Komplexität ist möglich

Neuer und innovativer Ansatz

Kürzere Produktentwicklungszyklen

Mit konventionellen

Fertigungsverfahren nicht herstellbar

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Geschichte

1981

Grundlagen für die additive Fertigung mittels lichtempfindlicher

Kunststoffharze wurde von Hideo Kodama (Japan) entwickelt

1984

Charles W. Hull gründet 3D-Systems Corporation und patentiert

sein auf Stereolithographie basierendes System

1988

Scott Crump entwickelt den Fused Deposition Modeling Prozess

und gründet Stratasys

1995

Fraunhofer Institut (Deutschland) entwickelt den Selective Laser

Melting Prozess für Metalle – Gründung von EOS

Erstes Patent

für eine Fräse

wurde 1860

erteilt

13


Von der Idee bis zum Start des Druckjobs

Option 1: CAD Software Option 2: 3D Scanner

3D-DRUCKER

Konvertierung in STL

Format (.stl) -

Standardschnittstelle

1

2

3

Orientierung und

Stützstrukturen im

Bauraum

2.1 2.2

Erzeugen der Schnitt-

darstellung

An den Drucker senden

und Baujob starten

3.23.1

© FOTEC

© FOTEC

© FOTEC

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Herausforderungen mit dem schichtweisen Aufbau

Der schichtweise Aufbau in der additiven

Fertigung und der damit verbundene

„Treppeneffekt“ muss bei der Wahl der

Bauorientierung und der Schichtdicke

berücksichtigt werden.

Die Variation der Schichtdicke innerhalb

eines Baujobs mit möglich.

Verfahren Schichtdicke

Laser Beam Metling – LBM 20-50 µm

Stereolithography – SLA 15-50 µm

Fused Deposition Modeling – FDM 200 µm

Laser Powder Depostion – LPD 0,1-0,5 cm

Treppen- oder Stufeneffekt

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Drucktechnologien – METALL – Laser Beam Melting (LBM)

Pulver

Laser

Vorheizung 200°C

Inertgas (N2 od. Ar)

Multi-Laser Upgrade

Anlagenhersteller:

• EOS

• SLM Solution

• Concept Laser

Laser FokuslinsenGalvano-

scanner

Pulver-

vorrat

Bauplatt-

formÜberlauf

Beschichterklinge

© FOTEC

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Drucktechnologien – METALL – Laser Powder Deposition (LPD)

Pulver oder Draht

Laser oder Lichtbogen

Vorheizung optional

Inertgas (N2 od. Ar)

Kombi mit 5-Achsfräse

Laser

Fokuslinsen

Bauplattform

Pulver-

zuführung

Anlagenhersteller:

• Mazak

• DMG MORI

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Drucktechnologien – METALL – Electron Beam Melting (EBM)

Pulver

Elektronenstrahl

Vorheizung 750°C

Vakuum

Vergleichbar mit LBM

Anlagenhersteller:

Arcam EBM

Elektronen-

strahlFokuslinsen

Galvano-

scanner

Pulver-

vorrat

Bauplatt-

formÜberlauf

Beschichterklinge

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Materialien für den Metall 3D-Druck

Material Chemische Zusammensetzung

Aluminiumlegierung AlSi10Mg, AlSi12, AlSi7Mg0.6, AlSi9Cu3;

Nickelbasislegierung HX, IN625, IN718, IN939;

Titanlegierung Ti6Al4V, Ti (reines Titan);

Kobaltlegierung CoCr28Mo6

Werkzeug- und Edelstahl 316L, 15-5PH, 17-4PH, 1.2709, 1.2344,

Invar36;

Kupferlegierung CuSn10 (Bronze)

https://www.eos.info/werkstoffe-m

https://www.slm-solutions.com/de/produkte/zubehoer-verbrauchsmaterialien/slmr-metallpulver/

Relevante Links (inkl. Materialdatenblätter):

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Materialien für den Metall 3D-Druck

Al-Legierung AlSi10Mg Ti-Legierung Ti6Al4V

• Vorlegierte Metallschmelze wird gasverdüst und gesiebt um die notwendige

Größenverteilung zu erhalten

• Große Partikel (übersteigen die Schichtdicke im Druckprozess) für Lagerstabilität

• Sphärische Form für optimales Fließverhalten, essentiell für den Druckprozess

© FOTEC © FOTEC

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Erreichbare Eigenschaften im Metall 3D-Druck

Eigenschaft Details

Max. Bauteilabmessungen 800x400x500 mm³ (LBM)

Ø350x380 mm³ (EBM)

< LBM (LPD) – abhängig vom Verfahrweg des

Roboterarms

Min. Detailgröße ca. 0,350 mm

Festigkeitskennwerte vergleichbar mit konventioneller Fertigung

Einsatz von Sonderlegierungen möglich (Parameterstudie notwendig)

Pulverrecycling zu 100% möglich (keine Auffrischung)

Oberflächenrauheit (as-built) 5-25 µm (Ra)

Kosten für Drucker (Richtwerte) 100.000 – 2 Mio. EUR

abhängig von Technologie, Bauvolumen,

Laseranzahl, etc.

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Beispiel LBM Technologie für Metalle

Bauteil

(Testwürfel)

Stützstruktur

Beispielvideo LBM Technologie Stützstrukturen für Position, Wärmetransport

und Vermeidung von Verzug

Metallpartikel werden zu soliden Bauteilen

verbunden (Schweißprozess)

45°

Überhang mit <45° muss

mit Stützstrukturen versehen

werden

© FOTEC

© FOTEC

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Beispiele – Metall 3D-Druck

Komponente aus dem Treibstoffleitungssystem

© FOTEC

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CAD Design und FEM Simulation

Topologieoptimierung

Komplexe und konventionell nur schwer herstellbare Geometrien sind ein Haupt-

anwendungsgebiet des 3D-Drucks. Durch Softwaretools wie bspw. Inspire von

SolidThinking kann die Topologie eines Bauteils hinsichtlich Gewicht und/oder

Steifigkeit optimiert werden. Dabei werden Materialkennwerte und Lastfälle

sowie ein erlaubtes Volumen berücksichtigt.

• Definition des erlaubten Volumens

• Eingabe der Materialkennwerte

• Beschreibung der Lastfälle

• Entscheidung in welche Richtung optimiert werden soll (max. Steifigkeit / min.

Gewicht oder eine Kombination daraus)

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3D-Scan für Reverse Engineering Anwendungen

Reverse Engineering

Reverse Engineering bezeichnet man den Vorgang, aus einem bestehenden

System oder einem meist industriell gefertigten Produkt durch Untersuchung der

Strukturen, Zustände und Verhaltensweisen die Konstruktionselemente zu

extrahieren. Aus dem fertigen Objekt wird somit wieder ein Plan erstellt.

Anwendungsgebiete:

• Restaurationen bspw. im Automobilbau (Werkstättenzeichnungen nicht mehr

vorhanden)

• Rückführung von komplexen Freiformflächen

• Medizintechnik (z.B. Intraoral Scanner - Zahnersatz)

• Anbauteile im Tuningbereich (Bodykits an bestehende Struktur anpassen)

• etc.

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3D-Scan für Reverse Engineering Anwendungen

3D-Scan für Qualitätskontrolle

• Soll/Ist Vergleich von 3D-gedruckten Bauteilen mit dem CAD Modell

• Analyse des Verzugs aufgrund innerer Spannungen

• Korrektur der Konturbelichtungsparameter (z.B. Beam Offset)

• Überprüfung der Fertigungstoleranzen

• CAD Modell wird üblicherweise mit der „Best-Fit“ Funktion mit dem 3D-Scan verglichen

© FOTEC © FOTEC

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Software-gestützte Vorbereitung des Modells für den Druck

Eine Stützstruktur, auch Support genannt, erfüllt in der additiven Fertigung

verschiedene prozessrelevante Aufgaben wie z.B. Wärmetransport, Positionierung

des Bauteils, Aufnahme von thermisch induzierten Spannungen, etc.

Die Art und Ausprägung der Stützstruktur bzw. dessen Material ist verfahrens-

abhängig. Die Entfernung geschieht manuelle, thermische, chemische oder spanende

Bearbeitung. Für Metallbauteile gibt es mit dem Verfahren „Hirtisierung“ von der

Firma Hirtenberger Engineered Surfaces, eine vollautomatische Lösung für diese

Aufgabe.

Notwendigkeit von Stützstrukturen

45°

Überhang mit <45° muss

mit Stützstrukturen versehen

werden

© FOTEC

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Die 3D Print Suite von Materialise Magics

verfügt über eine herstellerspezifische

Symbolleiste, die schrittweise durchlaufen

wird vom Wählen des Druckers bis zur

Generierung der Stützstrukturen.

Geladene Bauteile können verschoben,

gedreht, repariert und kopiert werden.

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Die Stützstrukturen werden automatisch generiert und können

im Support-Editor (SG-Modul) beliebig geändert und ange-

passt werden.

Sollbruchstellen an der Kontur, ein wabenförmiger Aufbau

und die seitlicher Perforation dienen der leichteren Entfernung

nach dem Druckvorgang.

Bauteil (Testwürfel)

Stützstruktur

Bauplattform (weiß)

Max. Bauvolumen

(blaue Linien)

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Rüsten und Starten einer 3D-Metalldruck Anlage

Pro Bauteil werden zwei

Dateien benötigt:_0m = Stützstruktur

_p = Bauteil

Durchmesser Laserspot

M80

(30 µm)

M400

(90 µm)

Edge-Faktor (rosa Linie)

EOS PSW3.6 Steuerungssoftware

Ausgewählte

Bauparameter

Aktuelle

Schicht mit

allen

Bauteilen

Baujob starten

© FOTEC

© FOTEC

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Entfernung von Stützstrukturen

Manuelle Entfernung

• Seitens 3D-Druck

Anlagenhersteller gibt es

keine maschinelle Lösung

• Manuelle Entfernung ist

zeitaufwendig und

ungenau

• Funktionsflächen müssen

maschinell bearbeitet

werden

• Sandstrahlen zur Glättung

der Oberfläche

© FOTEC © FOTEC

© FOTEC

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Maschinelle Entfernung

Fräs- oder Drehbearbeitung von gedruckten Bauteilen ist übliche Praxis, speziell bei

Funktionsflächen ist dies notwendig um Fertigungstoleranzen einzuhalten

Automatisierte Lösung zur Entfernung von Stützstrukturen und zur Oberflächen-glättung

von 3D-gedruckten Metallbauteilen (Hirtisieren®)

• Materialabtrag auf der gesamten Bauteiloberfläche

• Stützstrukturen werden fragil und brechen in der Strömung des Elektrolyten ab

Fräsbearbeitung

einer Funktions-

fläche

3D-gedruckte

Versteifung zur

Vorbeugung

von Vibrationen

während dem

Fräsen

© FOTEC© FOTEC

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Herausforderungen beim Hirtisieren:

• Position der Elektrode an unkritischer Stelle oder auf zusätzlichem Volumen, das später

wieder entfernt wird

• Strömung des Elektrolyten kann zu „Erosion“ führen (ungleichmäßiger Abtrag)

• Dünnwandige Strukturen können beschädigt werden

• Stützstruktur wird nicht „erkannt“, sondern ist lediglich die dünnste Geometrie am

Bauteil

Maschinelle Entfernung

© FOTEC

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Wärmebehandlung zur Reduktion thermisch induzierter Spannungen

Empfehlungen des Herstellers

AlSi10Mg

T = 300°C für 2 Std.

kein Schutzgas

Ti6Al4V

T = 800°C für 4 Std.

Argon

Die Praxis zeigt, dass speziell bei

AlSi10Mg die Festigkeit durch die

Wärmebehandlung stark reduziert

(von ca. 240 MPa auf 165 MPa für

Rp0.2) wird und der durch

Spannungen erzeugte Verzug nicht

null ist.

© FOTEC

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Wärmebehandlung zur Reduktion thermisch induzierter Spannungen

Erfahrungen aus der Praxis

• Vorheiztemperatur des Pulverbetts kann stufenlos zwischen 45°C (kalt) und 165°C

(Standard für warmen Prozess) eingestellt werden (max. sind 200°C bei EOS Systemen

möglich)

• Thermisch induzierte Spannungen sinken mit steigender Vorheiztemperatur und damit

kommt es auch zu einem verminderten Bauteilverzug

• Lastsituation des Bauteils bestimmt die erforderlichen Festigkeitswerte

• Spannungen im Bauteil weisen eine Geometrieabhängigkeit auf

• Reduktion der maximalen Temperatur der Wärmebehandlung von 300°C auf 200-

250°C liefert akzeptable Festigkeitswerte (Rp0.2 = 220-240MPa für AlSi10Mg) und

kann für das Spannungsarmglühen ausreichend sein

• Messtechnischer Nachweis von Spannungen im Bauteil (Untersuchung der Gitterstruktur)

erweisen sich schwierig, bisher wird Verzug optisch sowie taktil bestimmt

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Verschiedene Methoden zur Oberflächenglättung


Sandstrahlen mit Keramik und Edelstahl

Abrasiven zur Entfernung anhaftender

Partikel und Verdichtung der Oberfläche ist

Standard (im Lieferumfang von LBM

Anlagen meist enthalten)

Verwendung

verschiedener

Schleifmittel ist

übliche Praxis

Aufwand für Oberflächen-

glättung hängt von den

Kundenanforderungen und

vom finanziellen sowie

zeitlichen Rahmen ab.

© FOTEC © FOTEC

© FOTEC

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Reinigung und Lagerung additiv gefertigter Bauteile


Ultraschallbad mit destilliertem Wasser oder

Isopropanol um Pulverreste zu entfernen.

Wichtig ist vorab alle offenen Kavitäten

bestmöglich zu reinigen und es empfiehlt sich

eine Grob- und eine Endreinigung mit

Mediumwechsel durchzuführen.

Um das fertige Bauteil vor

Beschädigungen und Schmutz

zu schützen empfiehlt es sich

Funktionsflächen abzukleben

und das Bauteil (inkl. Silica

Bag) im Vakuumsack

verschweißt zu lagern.

© FOTEC

© FOTEC© FOTEC

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Kostenanalyse für 3D-Metalldruck Anlagen und Bauteile

Kalkulation der Bauteilherstellung (Beispiel)

PERSONALKOSTEN

Mitarbeiter/Bezeichnung Stundensatz/Kilopreis Projektstunden/Menge Kosten

Max Mustermann XY EUR/h 4 h XY

SONSTIGE KOSTEN

Metallpulver XY EUR/kg (Ti64)0,24 kg

(Masse + 20 % Abfall)XY

3D-Druck AnlageXY EUR/h

(FOTEC M280)12 h XY

Wärmebehandlung XY EUR/Durchgang 1 XY

Schutzgasverbrauch

(anteilig)XY EUR/Flasche Argon 2 Stk. XY

Filter (anteilig)XY EUR

(ein Filtersatz)

12 %

(grobe Annäherung)XY

Strahlgut XY EUR/Durchgang 2 XY

Summe XY

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Preisliste 3D-Metalldruck (unverbindliche Richtwerte)

Anlagenbezeichnung Technologie Preis [EUR]*

Arcam Q20 plus EBM XY

EOS M290 LBM (früher SLM) XY

EOS M400 (Single) LBM XY

Concept Laser Xline 1000R LBM XY

DMG MORI Lasertec 65 3D

Hybrid

LPD +

5-Achsfrässystem

XY

• Anschaffungskosten hängen von verschiedenen Faktoren ab (Hochschulrabatte,

Ausstattung, etc.)

• Laserparameter müssen bei manchen Herstellern extra bezahlt werden

• Anwenderzentren ermöglichen das abgeschirmte Testen direkt beim Hersteller

* ohne Gewähr

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Einstieg in die additive Fertigung

Motivation:

• Firmen wollen aktuelle Entwicklungen in der Fertigung nicht vernachlässigen

• Kostendruck forciert den Einsatz von additiver Fertigung (z.B. in der

Produktentwicklung)

Typische Vorgehensweise beim Einstieg in die additive Fertigung:

1. Beschaffung von Information durch Seminare, Konferenzen oder Recherche

(Austrian 3D-Printing Forum, Formnext, etc.)

2. Bestellung erster Musterbauteile bei 3D-Druck Dienstleistern (z.B. 1zu1

Prototypen (AT), Citim (DE))

3. Entscheidung eigene Drucksysteme anzuschaffen oder bei Punkt 2 zu bleiben

a) Lieferzeiten

b) Know-how aufbauen bzw. im Unternehmen behalten

c) Geheimhaltung

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Einstieg in die additive Fertigung

Entscheidungs-kriterien

Material

Auslastung

BudgetRäumliche

Limits

Anwendung

• Finanzierungsmodell

• Anlage und Peripherie

• Produktion im

Schichtbetrieb

• Protoypenbau

• Branche

• Funktionsbauteile

• Muster

• Bodenlast

• Aufstellfläche

• Standardpulver (AlSi10Mg,

Ti6Al4V, etc.)

• Eigene Metalllegierung

(Parameterstudie)

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Effizienz und Kleinserienfertigung

Hybrid• Kombination aus subtraktiver und

additiver Fertigung

• Nur der komplexe Bereich des

Bauteils wird additiv gefertigt

• Theoretisch sind auch unterschiedliche

Material-paarungen möglich

Nesting• Automatisiertes Anordnen von

Bauteilen (speziell für Verfahren die

keine Supports benötigen)

• Bestmögliches Ausnutzen des

Bauvolumens (Kosteneffizienz)

© FOTEC© FOTEC

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Kosten - Nutzen

Anschaffungskosten für Infrastruktur und Schulung von Personal sind aufwendig und teuer

• Kooperation mit Dienstleistern

und/oder

• Aufbau betriebsinterner AM Kompetenz

Mehrwertgenerierung durch:

• Produktfunktion (Leichtbau, Individualisierung, Funktionsintegration, etc.)

• Produktnutzen (Produktion „on demand“, Reduktion von Wartungskosten,

Effizienzsteigerung, etc.)

• Mehrwert in den Prozessen (Reduktion von Lagerkosten, Produktionsschritten,

Lieferzeiten, etc.)

• Innovation (bisher nicht fertigbare Bauteildesigns, neue Vertriebsmöglichkeiten,

etc.)

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Additive Fertigung der übermittelten Bauteile der Teilnehmer

Evaluierung der Bauteile

LEISTUNGSSTEIGERUNG

Reduktion der Masse (Leichtbau,

Ressourcenschonung)

Effizienzsteigerung (aktiv gekühlte

Turbinenschaufeln oder

Werkzeugeinsätze)

FUNKTIONSPROTOTYPEN

Beschleunigung der

Produktentwicklung

PRODUKTION VEREINFACHEN UND

KOSTEN REDUZIEREN

Integration von zusätzlichen

Funktionen

Monolithische Bauweise

BAUTEILE MIT HOHEM

SPANVOLUMEN

Mehr als 80 % Spanvolumen bei

konventioneller Fertigung

• Auflistung relevanter Bauteile bzw. Baugruppen

• Evaluierung des Potenzials (Komplexität, Lieferzeiten, etc.)

• Kosten/Nutzen (Mehrwertgenerierung)

• Wahl der additiven Fertigungstechnologie

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BAUTEILGRÖSSE

Ist die Bauteilgröße mit dem

verfügbaren Bauvolumen

kompatibel?

250x250x325mm (M280)

400x400x360mm (M400)

MATERIAL

Aus welchem Material soll das

Bauteil gefertigt werden?

• AlSi10Mg

• AlSi7Mg0.6

• HX

• Ti6Al4V

• 17-4PH

• 1.2709

GEOMETRIE

Ist das Bauteil konventionell

(Drehen, Fräsen, etc.)

herstellbar? Wenn ja, können

Funktionen integriert oder

Baugruppen zusammen-

geführt werden?

LOSGRÖSSE

Wieviele Bauteile sollen in

welchem Zeitraum gefertigt

werden?

PRÄZISION

Sind dünnwandige, filigrane

Strukturen im Bauteil

vorhanden bzw. gibt es

spezielle Anforderungen

hinsichtlich Fertigungs-

toleranzen?

350µm Mindestwandstärke

(Aspektverhältnis beachten!)

± 100µm Fertigungstoleranz

Ra = 5-15µm

(materialabhängig)

Oberflächenrauigkeit

Rundheit (bei Zylindern)

45



31.98.5608.0.24

RTA GmbH

62892_00_0000_2mm

Penn GmbH

Metalldruck_Greifer2020_v1

Tyco El. GmbH

• Bohrungen mit Aufmaß

(0,5 mm) versehen und

später nacharbeiten

• Liegend gebaut

optimal für Rundheit,

jedoch sehr viel

Stützmaterial

notwendig

• Kernlochdurchmesser

drucken und später das

Gewinde reinschneiden

oder entsprechendes

Aufmaß vorsehen (Near-

Net-Shape)

• Innere Struktur

müsste mittels CT

Scan analysiert

werden ob ein Re-

Design notwendig

ist

• Bohrungen mit

Aufmaß

46



Reibteil SP4.5 GW52 Kurze Backe

Schmid Schrauben GmbH

S7902_5P1_AIICATPart_VSP

_D74,65x30,1

Neuman Aluminium GmbH

Seilablenkschuh

Leitner GmbH

• Funktionsfläche müsste

nachgearbeitet werden,

erreichbare Präzision

nicht ausreichend

• Überprüfung der

Innenkontur mittels CT

Scan um mögliches Re-

Design zu identifizieren

• Abgesehen vom

Aufmaß Thema bei

Funktionsflächen

und Bohrungen gibt

es keine Probleme

• Zusätzliche

Funktionsintegration

47



Demonstrator

Kahles GmbH

• Al-Druck zu unpräzise,

Fertigungstoleranzen

und Oberflächen-

qualität sind bei

anderen Werkstoffen

deutlich besser

• Aufmaß bei

Funktionsflächen

Vergleich der Bauteilqualität

direkt nach dem Druck („as-built“)

AlSi10Mg Ti6Al4V AlSi10Mg Ti6Al4V

© FOTEC © FOTEC

48


Vorbereitung für den 3D-Druck

Erstellen der Magics Szene

Die Bauteile (.stl) werden geladen und auf der virtuellen Bauplattform (anlagen-

spezifische Abmessungen) positioniert und orientiert. Der Support-Editor erstellt einen

Vorschlag für Stützstrukturen, der in weiterer Folge modifiziert werden kann.

© FOTEC © FOTEC

49


Vorbereitung für den 3D-Druck

Vertikale Orientierung

für minimalen Support

Support ab 45°

Überhang

Kleine Löcher (< 8mm)

können ohne Support

gebaut werden

Support-Typ:

• Block

• fragmentiert

• perforiert

• Sollbruchstelle

an der

Bauteilkontur

Engmaschiger Support für

erhöhte Stabilität und

Widerstand gegen Verzug

Gewinde direkt drucken ist

möglich, eine maschinelle

Bearbeitung ist jedoch

notwendig

Kippung um 45°

reduziert die

Supportmenge© FOTEC

© FOTEC

© FOTEC

© FOTEC

50


Herstellung der Bauteile

Prozesskammer

Auspackstation

Bedienpanel

EOS M400, 1kW Single Laser

Prozesskammer:

• Herstellung der Bauteile in

Schutzgasatmosphäre

Bedienpanel:

• Herstellung der

Prozessbedingungen

• Start und Stopp des Bauprozesses

• Keine Jobvorbereitung möglich

Auspackstation:

• Über ein Schienensystem mit der

Prozesskammer verbunden

• Absaugen des Restpulvers

• Entnahme der Bauplattform aus

der Anlage

© FOTEC

51



• Reihenfolge der Belichtung muss entgegen der Schutzgasstromrichtung erfolgen damit

Schweißspritzer und Metallkondensat nicht in die Bauteile eingearbeitet werden

• Viertel (vorne links) der Bauplattform (Q4) sammeln sich durch die Kombination aus

Schutzgas und Beschichtung Schweißspritzer und Kondensat, dies beeinflusst die

Bauteilqualität (mehr Porosität, geringere mechanische Eigenschaften)

Schutzgas

Beschichtung

Belichtungs-

reihenfolge

Q4

Chronologische Bildabfolge


52



Bauplattform mit den Workshop

Demonstratoren

© FOTEC

53




© FOTEC © FOTEC

54

Abschließende Diskussion

Was hat mir gefallen?

Wurden Themen nicht oder unzureichend behandelt?

Weitere Anmerkungen…

55

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Dr. Markus HatzenbichlerGruppenleiter ‘TEC Space – Advanced Manufacturing’

Viktor Kaplan-Strasse 2 | 2700 Wiener Neustadt | Austria

+43 26 22 90 333 202

[email protected]

www.fotec.at

mailto:[email protected]

http://www.fotec.at/

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