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

2

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

2

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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

3

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

4

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

3

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Additiven Fertigung in der industriellen Produktion

5

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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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

10

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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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201914

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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FH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicFH-Prof. Dr.-Ing. Aziz HuskicWien I 28. Mai 201927

Additive Fertigung Neue Werkstoffe für LMD

Quelle: FH OÖ

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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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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 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