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27.05.2019
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz Huskic
Möglichkeiten und Grenzen der additiven Fertigung in der industriellen Produktion
Prof. (FH) Dr.-Ing. Aziz Huskic | Wien 28. Mai 2019
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 2019
Additiven Fertigung in der industriellen Produktion
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1. CSM – Additive Fertigung
2. Funktionsprinzip und Verfahrensvariante
3. Selektives Laserschmelzen (SLM)
4. Laserauftragsschweißen mit Pulver (LMD)
5. Additive Fertigung mit Metalldraht (WAM)
6. Zusammenfassung
27.05.2019
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 2019
Center for Smart Manufacturing (CSM)Additive Fertigung
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FH OÖ, Campus WelsCenter for Smart Manufacturing (CSM) - Additive Fertigung10 wissenschaftliche MitarbeiterInnen, 6 Techniker
www.fh-ooe.at/additive-fertigung/
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 2019
Center for Smart Manufacturing (CSM)Additive Fertigung
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3 Pulverbettanlagen (Selektives Laser Schmelzen)
Hybridanlage Laserauftragsschweißen und Fräsen
Projekt: Smart Factory Lab Europäischer Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE)
www.fh-ooe.at/additive-fertigung/
27.05.2019
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 2019
Additiven Fertigung in der industriellen Produktion
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1. CSM – Additive Fertigung
2. Funktionsprinzip und Verfahrensvariante
3. Selektives Laserschmelzen (SLM)
4. Laserauftragsschweißen mit Pulver (LMD)
5. Additive Fertigung mit Metalldraht (WAM)
6. Zusammenfassung
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 20196
Additive Fertigung Von CAD Daten bis zum Bauteil
3D CAD-Modell STL-Format
Virtuelle Ebene
AdditiveFertigung
PhysischesBauteil
PhysischeEbene
Flüssiger, gasförmiger oderfester Ausgangszustand
27.05.2019
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 20197
Sintern, Schmelzen
LaserPulverbett
LaserPulverdüse
„Hybrid“Additiv/Subtraktiv
ElektronenstrahlPulverbett
Additiv
Laser / MSG / CMTDrahtschmelzen
Metalle
Additive Fertigung Additive Fertigungsverfahren / Metalle
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 20198
Sintern, Schmelzen
StrahlPulverdüse
LaserPulverdüse
„Hybrid“Additiv/SubtraktivAdditiv
Metalle
Additive Fertigung Additive Fertigungsverfahren / Metalle
27.05.2019
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 20199
Pulver-herstellung Pulversieben AM Prozess
Post-processing
Entlang der Prozesskette für pulverbasierte additive Fertigung
Additive Fertigung Prozesskette für pulverbasierte Verfahren
Quelle: FH OÖ
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 2019
Additiven Fertigung in der industriellen Produktion
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1. CSM – Additive Fertigung
2. Funktionsprinzip und Verfahrensvariante
3. Selektives Laserschmelzen (SLM)
4. Laserauftragsschweißen mit Pulver (LMD)
5. Additive Fertigung mit Metalldraht (WAM)
6. Zusammenfassung
27.05.2019
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201911
Source: Fraunhofer IWU
Verwendung einkomponentiger Werkstoffe Vollständiges Aufschmelzen des Pulverwerkstoffes Herstellung von Bauteileilen mit einer Dichte von bis 100% Sehr gute mechanische Eigenschaften – im Bereich der Materialspezifikation
Materialauftragsraten:5-70 cm³/h
Materialoptionen: Warmarbeitsstahl 1.2709EdelstahlBronzebasislegierungNickel - Basislegierung Titan - BasislegierungenAluminium - BasislegierungCoCr - Legierungen
Additive Fertigung Selektives Laserschmelzen (SLM)
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201912
Vorteile
+ komplexe, dünnwandige Geometrie+ feine Strukturen+ werkzeuglose Fertigung+ Leichtbau durch bionische Designs+ sehr gute Materialausnutzung+ wirtschaftliche Fertigung komplexer
Bauteile kleiner Losgröße
- geringe Aufbauraten- externe Nachbearbeitung- Stützkonstruktion notwendig- hohe Materialkosten- geringe Werkstoffvielfalt
Nachteile
Additive Fertigung Vorteile / Nachteile SLM
Quelle: FH OÖ
27.05.2019
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201913
Additive Fertigung Anwendungsgebiete SLM
Quelle: TrumpfBild: Dusold
PrototypenbauAutomobiltechnikLuft- und RaumfahrtMaschinenbauWerkzeug-und Formenbau
WerkzeugbauSpritzgießformenDruckgussformen Presshärtewerkzeuge
Generative FertigungLuft- und RaumfahrtRennsportMaschinenbauMedizintechnik
Quelle: FH OÖ
Quelle: FH OÖ
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Schmiedegesenkmit Kühlung
Formeinsatz Spritz-für Druckguss
Presshärtestempel
Additive Fertigung SLM im Werkzeug– und Formenbau
Quelle: FH OÖ
Quelle: FH OÖ
Quelle: FH OÖ
Quelle: FH OÖ
Quelle: FH OÖ
27.05.2019
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201915
Vorwärmung: 230°Cohne Vorwärmung
Vorwärmung 130°C
Neue AM Werkstoffe erfordern die Anpassung von Prozessparametern.
Schmelztemperatur Stahl etwa 1400 °C bis 1500 °C
Pulver nahe Raumtemperatur
Laser
Bauplatte naheRaumtemperatur
Additive Fertigung Neue Materialien für SLM
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201916
BD(x‐z)
tempered fine martensiticmicrostructure
Properties ( 230 °C, adapted parameters )hardend and tempered
Hardness 56 HRC
Tensile strength Rm 2000 MPa
Yield strength Rp0,2 1680 MPa
Elongation A5 7 %
Reduction of area 26,5 %
Impact toughness ISO V 11 J
Retained austenit < 1 %
Grain Size No (ASTM) 12
Additive Fertigung Neue Materialien für SLM
27.05.2019
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201917
Gasförderdüse
Gasförderdüse klein: Material: 1.2709Volumen 83 cm³
Gasförderdüse groß: Material: 1.2709Volumen 924 cm³
Additive Fertigung SLM im Anlagenbau
Quelle: FH OÖ
Quelle: FH OÖ
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Hydraulik
Additive Fertigung SLM im Maschinenbau
Quelle: Bosch Rexroth GmbHQuelle: FH OÖ
Quelle: FH OÖ
Quelle: FH OÖ
27.05.2019
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201919
Hydraulik
Additive Fertigung SLM im Maschinenbau
Quelle: Bosch Rexroth GmbHQuelle: Bosch Rexroth GmbH
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201920
Additive Fertigung SLM in der industriellen Produktion
Geschlossener Pulverkreislauf
Aktuelle Herausforderungen in der industriellen Serienproduktion
- Qualität und Prozessstabilität- Produktivität und Automatisierung- Integration in Prozesskette- Sicherheit
CSM – Additive Fertigung / FH OÖ, Campus Wels
27.05.2019
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 2019
Additiven Fertigung in der industriellen Produktion
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1. CSM – Additive Fertigung
2. Funktionsprinzip und Verfahrensvariante
3. Selektives Laserschmelzen (SLM)
4. Laserauftragsschweißen mit Pulver (LMD)
5. Additive Fertigung mit Metalldraht (WAM)
6. Zusammenfassung
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201922
Materialauftragsraten:300 cm³/h (2 kg/h)
Materialoptionen: EdelstahlNickel-BasislegierungenWolfram-/TitankarbideBronze- und MessinglegierungenCrCo - Molybdän – LegierungenStelliteWerkzeugstahl (schweißbar)Aluminium-/Titanlegierungen
Hochpräzises Auftragen von Schichtdicken von 0,1 mm bis zu mehreren mm Geringer Verzug und kleine Wärmeeinflusszonen Sehr gute Bauteileigenschaften – hohe Dichte und feine Mikrostrukturen Automatisierbar – geeignet auch für additive Fertigung
Werkstück
Schutzgas
Additive Fertigung Laserauftragsschweißen / Pulver (LMD)
27.05.2019
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201923
+ hohe Aufbauraten+ große Bauteile+ (Nachbearbeitung integriert)+ Reparatur von Bauteilen+ Beschichtung+ Möglichkeit Multimaterialienaufbau
- feine Strukturen eingeschränkt- eingeschränkte Komplexität- hohe Materialkosten- geringe Materialvielfalt- Materialverlust bis zu 20%
Vorteile
Nachteile
Additive Fertigung Vorteile / Nachteile LMD
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201924
Reparatur und ModifikationTurbomaschinenbauAerospaceEnergie Werkzeug- und Formenbau
Verschleiß-und KorrosionsschutzOil & GasAnlagenbauWerkzeug- und FormenMaschinenbau
Additive FertigungFunktionsprototypenWerkzeug- und FormenAerospceMaschinenbau
Additive Fertigung Anwendungsgebiete SLM
27.05.2019
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201925
Konzepte zur Herstellung von Presshärtewerkzeugen oderSpritz- und Druckgussformen bzw. diverse Kühlsysteme mittels LMD
Hybrider Werkzeugbau mittels Laserauftragsschweißens mitPulver oder Draht bzw. WAAM
spanend hergestellter Unterbau
Einpressen des Kühlkanals (Rohr z.B.: Kupfer, Al, Stahl)
Konturaufbau mittelsLMD
Additive Fertigung LMD im Werkzeug– und Formenbau
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201926
Maschine Prozess Material
- Laser Parameter (Typ, Wellenlänge, Leistung)
- Düse (Typ)- Kontrollsystem
(Einstellbare Freiheitsgrade)
- Umgebungs-bedingungen(Temperaturkontrolle, Prozesskontrolle, Feuchtigkeitskontrolle)
- Laser Leistung- Scangeschwindigkeit- Aufbaustrategie- Pulverförderrate- Arbeitsabstand- Gas- Art und Fluss- Vorwärmtemperatur- Schweißspur Überlappung- Schichthöhe in Z-Richtung- Kühlintervalle zwischen
den Schweißspuren
- Intrinsische Eigenschaften (Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, Umwandlungstemp-eraturen, Absorption..)
- Pulver ( Form, Reinheit, Partikelgrößenverteilung)
- Substrat (Form, Größe, Oberflächenrauheit)
Additive Fertigung Einflussparameter auf LMD
27.05.2019
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Additive Fertigung Neue Werkstoffe für LMD
Quelle: FH OÖ
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201928
3D DRUCK mit Laserauftrags-schweißen
+ FRÄSEN
Projekt: Smart Factory Lab Europäischer Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE)
Aktuelle Herausforderungen in der industriellen Serienproduktion
- Qualität und Prozessstabilität- Aufbaustrategie- Softwarelösungen- Werkstoffvielfahlt
Additive Fertigung LMD in der industriellen Produktion
27.05.2019
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Additiven Fertigung in der industriellen Produktion
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1. CSM – Additive Fertigung
2. Funktionsprinzip und Verfahrensvariante
3. Selektives Laserschmelzen (SLM)
4. Laserauftragsschweißen mit Pulver (LMD)
5. Additive Fertigung mit Metalldraht (WAM)
6. Zusammenfassung
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201930
Materialauftragsraten:bis 6 kg/h
Materialoptionen: EdelstahlNickel-BasislegierungenWolfram-/TitankarbideKupfer, Bronze und MessingCrCo - Molybdän – LegierungenStelliteWerkzeugstahl (schweißbar)Aluminium-/Titanlegierungen
Herstellung von Rohlingen Sehr gute Bauteileigenschaften – hohe Dichte Automatisierbar – geeignet auch für additive Fertigung
Substrat
Schutzgas
Schweiß-draht
Laser / MSG / CMT / Plasma
Additive Fertigung Additive Fertigung mit Metalldraht (WAM)
27.05.2019
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+ hohe Aufbauraten + große Bauteile+ Reparatur von Bauteilen+ Beschichtung+ geringere Materialkosten+ geringere Anlagenkosten+ einfache Handhabung mit Draht+ viele zugelassene Materialien
- Aufwendige Nacharbeit- eingeschränkte Komplexität- Aufbaustrategie Komplex- hohe Eigenspannungen
Vorteile
NachteileQuelle: GEFERTEC
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Additive Fertigung Vorteile / Nachteile WAM
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Reparatur und ModifikationTurbomaschinenbauAerospaceEnergie Werkzeug- und Formenbau
Verschleiß-und KorrosionsschutzOil & GasAnlagenbauWerkzeug- und FormenMaschinenbau
Additive FertigungTurbinenbauWerkzeug- und FormenAerospceMaschinenbau
Quelle: Aircraft Philipp Group
Quelle: FIT AG
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Additive Fertigung Anwendungsgebiete LMD
27.05.2019
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Additiven Fertigung in der industriellen Produktion
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1. CSM – Additive Fertigung
2. Funktionsprinzip und Verfahrensvariante
3. Selektives Laserschmelzen (SLM)
4. Laserauftragsschweißen mit Pulver (LMD)
5. Additive Fertigung mit Metalldraht (WAM)
6. Zusammenfassung
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201934
Bauteilgröße und Produktivität
Baut
eilk
ompl
exitä
t
Quelle: Bosch Rexroth GmbH
Quelle: FIT AG
SLM
LMD
WAAM
Additive Fertigung Verfahrensvergleich SLM / LMD / WAAM
Quelle: FH OÖ
27.05.2019
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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201935
www.fh-ooe.at/additive-fertigung/
Vielen Dank!FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicProfessor for Production Engineering and Metal FormingHead of Department Production EngineeringSchool of Engineering and Environmental Sciences
FH OÖ Studienbetriebs GmbHUniversity of Applied Sciences Upper Austria Stelzhamerstraße 23, A-4600 Wels/AustriaTel.: +43 (0) 50804-43250Fax: +43 (0) 50804-943250Mobil: +43 (0) 664 / 80484 43250E-Mail: aziz.huskic@fh-wels.atWeb: www.fh-ooe.at
Center for Smart Manufacturing (CSM)Additive FertigungFH OÖ, Campus Wels (seit 15 Jahre)
Quelle: FH OÖ