Additive Fertigung mit der Hermle MPA-Technologie

Referent: Dipl.- Physiker Rudolf DerntlGeschäftsführer Hermle Maschinenbau GmbH 2015 – 09 – 16

Inhalt

� Firmenvorstellung

� Vorstellung des Hermle MPA Verfahrens

� Werkstoffe und Kennwerte

� Der Fertigungsablauf

� Repräsentative Bauteile

Firmenvorstellung

Hermle Maschinenbau GmbH,Ottobrunn, München

Hermle AG in Gosheim,Schwäbische Alb

Entwicklung MPA-Technologie

Kombiniertes Fertigungsverfahren

Fräsen&Auftragen

MPA 40

Kombiniertes Fertigungsverfahren

Die Auftragseinheit befindet sich im Z-Schlitten und ist parallel zur Frässpindel orientiert.

Tischdurchmesser: 420mm Auftragseinheit Frässpindel

Hauptgas

Wasserdampf

Lavaldüse

Pulver+Trägergas

(N2)

Substrat

MPA - Technologie

Gestreckte Körner an

Grenzfläche

Aufeinanderfolgende Deformation der Partikel

Wenig deformierte

Körner

Stark gestreckte Körner an

GrenzflächeWärme-

entwicklung

• Beschleunigung des Hauptgases (Wasserdampf) in der Lavaldüse

• Injektion der Pulverpartikel kurz vor Lavalpunkt

• Beschleunigung der Pulverpartikel auf Überschall-geschwindigkeit

• Pulverpartikel werden nicht aufgeschmolzen � geringer Energieeintrag in Bauteil

Füllmaterial

Bauteil mit Kühlkanal (Schnitt)FüllmaterialprobeWasser

Trägermaterialprobe im Auflöseprozess

Eigenschaften

Füllmaterial kann mit dem MPA-Verfahren aufgetragen werden

gut zerspanbarer Werkstoff

wasserlöslich

Füllmaterial:

Verfügbare Metallpulver

Stähle / Eisen:

• 1.2344 Härtbarer Warmarbeitsstahl

• 1.2367 Härtbarer Warmarbeitsstahl

• 1.2333 Härtbarer Kaltarbeitsstahl

• 1.2379 Härtbarer Kaltarbeitsstahl

• 1.4404 Rostfreier Stahl

• 1.4313 Rostfreier Stahl

• Reineisen

Schwermetalle:

• Reinkupfer

• Bronze

Leichtmetalle:

• Titan

Verwendung

Füllen von Kavitäten

StützstrukturPlatzhalter

CAM-Modul MPA Studio

Hauseigene Cam-Software zur Planung, Simulation und Überwachung der Fertigungprozesse

Metallographie

Zug-versuche

Dichte-ermittlung

Druck-versuche

Härtebestimmung

Werkstoffuntersuchungen

Düse

aufgetragenerProbenkörper

*) Die Ergebnissegelten f. vergüteten Probenkörper miteiner Härte von52HRC

Porosität:Standardfertigungsstrategie: <1%

Optimierte Fertigungsstrategie: 0%

Oberflächenhärte: 42-55 HRC einstellbar

Druckfestigkeit*: > 2000 Mpa

Zugfestigkeit*:

KennwerteWerkzeugstahl 1.2344 (Standard)

Aufbaurate Stahl180 cm3/h

Düse

aufgetragenerProbenkörper

Druckfestigkeit: > 2000 MPa

Zugfestigkeit und Rp0,2%-Dehngrenze:

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Rp0,2 [MPa] Rm [MPa]

Halbzeug

x/y-Richtung

z-Richtung

Elastizitätsmodul: 208 GPa

Bruchdehnung: 1 - 3 %

KennwerteWerkzeugstahl 1.2344 (Hochglanz)

Kennwerte Messwerte Einheit

Rz - Gemittelte Rautiefe 0.1 µm

Ra - Mittenrauwert 0.005 µm

Rauheitsprofil nach ISO 4287 einer hochglanzpolierten Probe

KennwerteWerkzeugstahl 1.2344 (Hochglanz)

Kupfer im gespritzten Zustand:•Porosität <1 %•Sauerstoffanteil 0,1 %

Kupfer nach Glühung:•Härte 62 HBW2,5/62,5•El. Leitfähigkeit 53,8 · 106 S/m

Gefüge im gespritzten Zustand

Kupfer und Kupfer-Stahlkombination

Kupfer auf Stahl

Aufbaurate Kupfer900 cm3/h

Geglühte Probe (X1)

Gespritzte Probe (P1.3.13)

Bruchdehnung: ≥ 40

0

50

100

150

200

250

Rp0,2 [MPa] Rm [MPa]

x/y-Richtung

z-Richtung

Dichte: 8,87 g/cm³

Oberflächenhärte: 59 HBW 2,5/62,5

Zugfestigkeit und Rp0,2%-Dehngrenze:

Kupfer und Kupfer-Stahlkombination

Fertigungsablauf Kühlkanal

1.

2.

3.

4.

5.

Halbzeug

Kanal fräsen

Kanal mit (wasserlöslichem) Trägermaterial füllen

Kanal in Form fräsen

Baumaterial auftragen

Auftragsablauf

1.Kundenanfrage Bauteildaten (z.B.: .stp; .iges)

2. evtl.

fertigungsgerechte Anpassung der Daten

(HMG/Kunde)

3. Kalkulation

mittels MPA-Studio

4. Angebot

Bestellung

5.CAM-Programmierung

mittels MPA-Studio- Auftragspfade- Fräspfade- Kollisionsüberwachung

6. Programmcode wird durch MPA-Studio auf MPA 40übertragen

7.Fertigung (MPA-Studio überwacht Fertigung)- Auftragsparameter- Bild nach jedem

Arbeitsschritt

1. SchrittKühlkanal in Halbzeug fräsen.

Halbzeug Kühlkanal

Das Halbzeug mit eingefrästem Kanal kann vom Kunden beigestellt werden

2. SchrittKanal mit wasserlöslichem Trägermaterial befüllen

3. SchrittAuftragen von Werkzeugstahl auf die Mantelfläche

4. SchrittTrägermaterial aus Kühlkanal lösen

befüllter Kühlkanal

Fertigungsablauf Rotationsbauteil

Fertigungsablauf: Gekühlte Werkzeugeinsätze (Stahl-Kupfer Kombination)

Generativ aufgetragener Werkzeugstahl (1.2344)

Halbzeug 1.2344

Generativ aufgetragenesReinkupfer

Trennebene

Reinkupfer

Kühlkanal

FertigungsablaufPulverauftrag auf große Volumen

Dimensionen: 520mm x 520mm x 140 mm

Kühlkanal: 18 mm x 18mm x 3400mm

Gewicht: ca. 260 kg

Materialien: 1.2344 Halbzeug 1.2344 Pulver (ca. 40 kg)Reinkupfer

Spritzgussformen

Druckguss- und Spritzgussbauteile durch Rotationsauftrag

Vorkammerbuchsen

Halbzeug 1.2344

Generativ aufgetragener Werkzeugstahl (1.2344)

Kühlkanal

Gekühlter Werkzeugeinsatz

Halbzeug 1.2367

Generativ aufgetragener Werkzeugstahl (1.2367)

Kühlkanäle

Funktionsteile:

Heizelemente

Thermoelemente

Rohre

Werkzeuge mit eingebetteten Funktionsteilen

Vielen Dank für Ihr Interesse!

Kontakt

sales.hmg@hermle.de

+49 (0)89 673 5950 – 335

www.hermle-generativ-fertigen.de