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Generative
Fertigungsverfahren
Urs Schönbächler, BWZ Rapperswil
ist
Gesetz der freien
Marktwirtschaft:
• sichert Arbeitsplätze
• Ermöglicht Wohlstand
• Sorgt für sozialen Frieden
Der Stärkere frisst den Schwächerenoder
Der Schnellere frisst den Langsameren
Das gilt auch für unsere industrialisierte Welt:
Nokia Samsung; Apple
Produktentwicklung
einst
Zeichnungen von Hand; Prototypenherstellung durch konventionelle Fertigung wie Fräsen, Drehen ...
heute
Zeichnungen am PC; Prototypenherstellung durch
generative Fertigungsverfahren wie Rapid-Prototyping ...
Die Phasen der Produktentwicklung
Zahlenwerte
Quelle: BWL-Marketing
Hauptanwendung der generativen
Fertigungsverfahren
Einfluss der generativen Fertigungsverfahren
Die Anwendung von Rapid-Prototyping-Verfahren bringt in der Entwicklungsphase eines Projekts folgende Vorteile:
Kosteneinsparungen um bis zu 75%; davon 50% für die Modellherstellung.
2. Senkung der Kosten
Um bis zu 80% schneller.1. Verkürzung der
Entwicklungszeit
3. Verbesserung der Qualität
Es wird bereits zu einem früheren Zeitpunkt ein höherer Produktionsreifegrad erzielt.
4. Steigerung der Flexibilität
Veränderten Marktanforderungen kann schnell und wirkungsvoll durch serienidentische Prototypen begegnet werden.
Unterteilung
Generative Fertigungsverfahren
Rapid-Prototyping
Rapid-Tooling
Rapid-Manufacturing
Rapid rasch; schnell
Prototyping Muster; Urformvon etwas
Film; 1.01 min; Musterteilehttp://www.youtube.com/watch?v=wP4LK-1GmJg&feature=related
Rapid-Prototyping
Rapid rasch; schnell
Manufacturing Produktion; Fertigung
Film; 3.10 min; Anwendung gem. Bildhttp://www.youtube.com/watch?v=C--mzmrdGXM
Rapid-Manufacturing
Rapid rasch; schnell
Tooling Fertigungs-mittel; Werkzeuge
Film; 1.30 min; Anwendung g. Bildhttp://www.omega-plastics.co.uk
Rapid-Tooling
STLGiessharz-Werkzeug
Giessharz-Werkzeug
Praxisbeispiel
Quelle: Universität Magdeburg
Rapid-Prototyping-Verfahren
Nr. 2 der Verfahren
Nr. 1 der Verfahren
Nr. 3 der Verfahren
Nr. 4 der Verfahren
Rapid-Prototyping
SLS – Selektives Lasersintern
Rapid-Prototyping
SLS – Selektives Lasersintern
12
3
4
1
1
2
3
4
Film; 1.45 Min http://www.youtube.com/watch?v=6N7W1kPuBcg&feature=related
Rapid-Prototyping
SLS – Selektives Lasersintern
Vorteile • Geeignet für Kunststoffe und Metalle
• Die Werksstücke sind hoch belastbar
• Es können Modelle mit komplexer Geometrie und darin beweglichen Teilen hergestellt werden
• Die Modelle können gut nachbearbeitet werden. Bei Metallen ist auch Härten möglich
Nachteile • Raue Oberflächen bedingen Nacharbeit• Es ist ein Abkühl- (Kunststoff) oder ein
Nachhärteprozess (Metall) erforderlich
Quelle: Universität Magdeburg
Rapid-Prototyping-Verfahren
Nr. 2 der Verfahren
Nr. 1 der Verfahren
Nr. 3 der Verfahren
Nr. 4 der Verfahren
Rapid-Prototyping
STL - Stereolithographie
Quelle: Universität Aachen
Rapid-Prototyping
STL - Stereolithographie
Rapid-Prototyping
STL - Stereolithographie
Ein computergesteuerter UV-Laserstrahl bildet die jeweiligen Konturen der Schichten auf einem flüssigen Polymerharz ab. Dort, wo der Laserstrahl auf das Harz trifft, härtet dieses aus. Das entstehende Kunststoff-Modell wird um eine Schichtdicke in das Harz abgesenkt und die nächste, darüber liegende Schicht kann ausgehärtet werden.
Film; 5.03 Min http://www.youtube.com/watch?v=eKk2vRysioEFilm; 2.10 Min http://www.youtube.com/watch?v=BUfh5wxj3qA&feature=related
Rapid-Prototyping
STL - Stereolithographie
Vorteile • Sehr gute Modellgenauigkeit und Detailtreue
• Hohe Oberflächengüte
• Die Modelle können durchgefärbt oder lackiert werden
• Die Modelle können mechanisch gut nachbearbeitet werden
Nachteile • Material: Nur durch UV-Licht aushärtbare Harze können verwendet werden
• Es ist ein Nachhärteprozess erforderlich
Quelle: Universität Magdeburg
Rapid-Prototyping-Verfahren
Nr. 2 der Verfahren
Nr. 1 der Verfahren
Nr. 3 der Verfahren
Nr. 4 der Verfahren
Rapid-Prototyping
3D-Printing
Scheinwerferlicht BMW-MINI
Rapid-Prototyping
3D-Printing
Film; 5.54 Minhttp://www.youtube.com/watch?v=HMQ8-B9Fp-c&feature=fvsr
Film; 1.17 Min http://www.youtube.com/watch?v=sNyIOPrXhd8&feature=related
1. Generation: Technologie mit Kunststoffpulver
2. Generation:Verfahren ähnlich Tinten-strahldrucker; durch UV-Licht aushärtbarer Kunststoff
Das Verfahren im Überblick
Objet-Verfahren (2. Generation)
1. Anlage Typ „Eden350“ 220V/16A, Büroumgebung, Netzwerk
3. Der Druckkopf 768 Düsen, Lebensdauer ca. 3.000 h
4. Das Kartuschensystem je 2 kg oder 3.6 kg Inhalt
2. Das Verfahren 0.016/0.030mm Schichtstärke, UV-Aushärtung
5. Einlesen der STL-Daten autom. Platzierung und Supportauslegung
7. Das Material-Managementsystem Materialberechnung und Information
7. Der Bauprozess Geschwindigkeit in „Z“ von ca. 1cm/h
8. Das fertige Modell mit Support Das Modell ist sofort ausgehärtet
Das Verfahren im Überblick
Objet-Verfahren (2. Generation)
Das Verfahren im Überblick
10. Der Reinigungsprozess Entfernen des Support‘s mit Wasserstrahl
12. Genauigkeiten Zwischen 0.05 und 0.1 mm
11. Das fertiggestellte Modell Sehr gute Oberfläche und Genauigkeit
9. Das Reinigungsgerät Handelsübliche Geräte mit ca. 60 Bar Druck
Objet-Verfahren (2. Generation)
Das Verfahren im Überblick
13. Lackieren Grundieren und Lackieren der Modelle
14. Kleben Verkleben einzelner Segmente
16. Vervielfältigung Vakuumguss über Silikonwerkzeuge
15. Bedampfen Bedampfen mit Aluminium
Objet-Verfahren (2. Generation)
Die Funktionsweise der „PolyJet Technologie“
Druckkopf aus 4/8 Segmenten Aufspritzen von 5 Millionen
Tropfen/Sekunde a. 9 Piktoliter Simultanes Aufspritzen von “Build &
Support” - Material; auch 2K-Werkstoffe sind dadurch möglich
Erzeugen von sehr dünnen Schichten von nur 0.016 mm bzw. 0.030 mm
Sofortige Aushärtung des Harzes durch UV-Licht
Objet-Verfahren (2. Generation)
Maschinenansicht
Ein “Bad” ist nicht vorhanden = das Teil ist trocken Das fertige Bauteil kann lediglich mit Hilfe eines “Spachtels” von
der Grundplatte entfernt werden Das Material des Bauteils ist nicht toxisch (giftig)
Objet-Verfahren (2. Generation)
Rapid-Prototyping
3D-Printing (2. Generation)Vorteile • Gute Modellgenauigkeit und Detailtreue
• Verschiedene Kunststoffe in unterschiedlichen Härtegraden sind möglich
• Modelle können in 2K-Ausführung hergestellt werden
• Grosse Farbenvielfalt
Nachteile • Material: Nur durch UV-Licht aushärtbare Harze können verwendet werden
• Die Modelle sind «zerbrechlicher» als z.B. solche des SLS- oder STL-Verfahrens
• Kein Abfall
Quelle: Universität Magdeburg
Rapid-Prototyping-Verfahren
Nr. 2 der Verfahren
Nr. 1 der Verfahren
Nr. 3 der Verfahren
Nr. 4 der Verfahren
Rapid-Prototyping
FDM - Fused Deposition Modelling
Rapid-Prototyping
FDM - Fused Deposition Modelling Das FDM-Verfahren generiert das Bauteil aus thermoplastischem Draht.
Über einen Vorschub wird der Draht einer Düse zugeführt und dort bis kurz unter Schmelztemperatur erhitzt.
Das halbflüssige Material wird – konturgemäß - als neue Schicht auf die schon bestehende Struktur aufgebracht und erkaltet beim Kontakt mit der schon festen unterliegenden Schicht sofort.
Die einzelnen Schichten haften aneinander, da bei der Auftragung der heißen neuen Schicht, die unterliegende lokal und temporär aufschmilzt und so eine Verbindung eingeht
Werkstoffe: PA, PE, ABS, Feinguss-Wachs u.a.
Film; 1.25 Minhttp://www.youtube.com/watch?v=SPtkOmP_HoA
Film; 1.40 Min Minhttp://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&NR=1&v=cFcWFB0FlLo
Rapid-Prototyping
Vorteile • Relativ einfache Verfahrenstechnik
• Kein Laser erforderlich
• Kein Materialverlust
• Vielfältige Auswahl an Kunststoffen
Nachteile • Feine Konturen, Schlitze, Rippen und dünnwandige Konturen sind nicht möglich
• Nur für kleine Teile geeignet
FDM - Fused Deposition Modelling
Quelle: Universität Magdeburg
Rapid-Prototyping-Verfahren
Nr. 2 der Verfahren
Nr. 1 der Verfahren
Nr. 3 der Verfahren
Nr. 4 der Verfahren
Rapid-Prototyping
LLM - Layer Laminated Modelling Ein mit Klebstoff beschichtetes Material aus Papier-, Kunststoff- oder Metallfolie wird Schicht (Layer) für Schicht auf eine Bauplattform bzw. auf das teilfertige Modell aufgeklebt (laminated). Mit Hilfe eines Laserstrahles wird der Umriß der Kontur einer jeden Slice-Schicht nachgezeichnet und geschnitten.
Film; 0.45 Minhttp://www.youtube.com/watch?v=Z1WNA6tdfWM
Rapid-Prototyping
Vorteile • Schnelles Verfahren
• Keine Nachhärteprozesse erforderlich
• Praktisch keine inneren Spannungen und dadurch verursachte Verformungen
Nachteile • Nicht für feine Konturen in z-Richtung geeignet
LLM - Layer Laminated Modelling
• Komplexe Bauteile sind nicht möglich
• Es können keine Bauteile ineinander verschachtelt werden.
• Viel Abfall = unbrauchbares Restmaterial
Quelle: Universität Magdeburg
Rapid-Prototyping-Verfahren
Rapid-Manufacturing
Kunststoffspritzguss-Werkzeug
Film; 6.35 Min; Herstellung des Metallkernshttp://www.youtube.com/watch?v=UI7aMxCc0Fo&feature=related
Rapid-ManufacturingHerstellung eines Kunststoff-Spritzgusswerkzeugs mit Hilfe des SLS-Verfahrens (Selektives Lasersintern)
Rapid-Manufacturing
Vakuumgiessen mit Silikonformen
Häufig reicht ein einzelner Prototyp nicht aus. Es braucht Teile für Testversuche, Präsentationen, Photoshootings usw.
Rapid-Manufacturing
Vakuumgiessen mit Silikonformen
Ausgehend von einem einzelnen Prototypen - typischerweise einem Teil das in SLS, Stereolithographie oder 3-D-Printing gefertigt worden ist - erlaubt das Vakuumgiessen die Herstellung einer Kleinserie.
Mit einer Silikonform können bis zu 30 Abgüsse in gleich bleibender Qualität hergestellt werden.
Die Palette der verwendeten PUR Giessharze reicht von Thermoplasten, bis hin zu Elastomer ähnlichen Duroplasten. Auch Teile in Zwei-Komponenten-Ausführung sind möglich.
Durch Oberflächenbehandlungen kann den Werkstücken ein Aussehen verpasst werden, sodass sie von Serienteilen fast nicht mehr zu unterscheiden sind.
Rapid-Manufacturing
Vakuumgiessen mit Silikonformen
Film; 9.19 Min; Form aus Silikon herstellen und Kunststoffteil giessenhttp://www.youtube.com/watch?v=48UwkzNqREA&feature=related
Film; 4.43 Min; Form aus Silikon herstellenhttp://www.youtube.com/watch?v=Aof-KQX8G_g
EndeFragen?
