3D-Metalldruck Von der Skizze bis zum fertigen Bauteil
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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
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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”)
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FOTEC Forschungs- und Technologietransfer GmbH
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
FOTEC Forschungs- und Technologietransfer GmbH
Geschäftsbereiche
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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
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Additive Fertigungsanlagen bei FOTEC
EOS M400
Bauvolumen: 400x400x360mm
Materialien: AlSi10Mg, AlSi7Mg
Laser: 1000W Yb-Faserlaser
EOS M280
Bauvolumen: 250x250x325mm
Materialien: Ti6Al4V, AlSi10Mg, 316L,
1.2709, Nickelbasislegierung HX
Laser: 200W Yb-Faserlaser
© FOTEC
© FOTEC
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Additive Fertigungsanlagen bei FOTEC
EOS P396
Bauvolumen: 340x340x600mm
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.
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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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Einführung 3D-Druck
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
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Einführung 3D-Druck
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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Einführung 3D-Druck
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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Einführung 3D-Druck
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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Einführung 3D-Druck
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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Einführung 3D-Druck
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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Software-gestützte Vorbereitung des Modells für den Druck
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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Software-gestützte Vorbereitung des Modells für den Druck
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
30
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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Entfernung von Stützstrukturen
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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Entfernung von Stützstrukturen
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
Erfahrungen aus der Praxis
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
Erfahrungen aus der Praxis
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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Kostenanalyse für 3D-Metalldruck Anlagen und Bauteile
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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Kostenanalyse für 3D-Metalldruck Anlagen und Bauteile
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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Kostenanalyse für 3D-Metalldruck Anlagen und Bauteile
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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Kostenanalyse für 3D-Metalldruck Anlagen und Bauteile
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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Kostenanalyse für 3D-Metalldruck Anlagen und Bauteile
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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Additive Fertigung der übermittelten Bauteile der Teilnehmer
Evaluierung der Bauteile
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
Additive Fertigung der übermittelten Bauteile der Teilnehmer
Evaluierung der Bauteile
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
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Additive Fertigung der übermittelten Bauteile der Teilnehmer
Evaluierung der Bauteile
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
Additive Fertigung der übermittelten Bauteile der Teilnehmer
Evaluierung der Bauteile
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
Additive Fertigung der übermittelten Bauteile der Teilnehmer
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
Additive Fertigung der übermittelten Bauteile der Teilnehmer
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
Additive Fertigung der übermittelten Bauteile der Teilnehmer
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
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Additive Fertigung der übermittelten Bauteile der Teilnehmer
Herstellung der Bauteile
• 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
© FOTEC © FOTEC © FOTEC
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Additive Fertigung der übermittelten Bauteile der Teilnehmer
Herstellung der Bauteile
Bauplattform mit den Workshop
Demonstratoren
© FOTEC
53
Additive Fertigung der übermittelten Bauteile der Teilnehmer
Herstellung der Bauteile
© FOTEC © FOTEC © FOTEC
© FOTEC © FOTEC
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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
www.fotec.at