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Generative Fertigungsverfahren Urs Schönbächler, BWZ Rapperswil.

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Präsentation zum Thema: "Generative Fertigungsverfahren Urs Schönbächler, BWZ Rapperswil."—  Präsentation transkript:

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2 Generative Fertigungsverfahren Urs Schönbächler, BWZ Rapperswil

3 ist Gesetz der freien Marktwirtschaft: sichert Arbeitsplätze Ermöglicht Wohlstand Sorgt für sozialen Frieden

4 Der Stärkere frisst den Schwächeren oder Der Schnellere frisst den Langsameren

5 Das gilt auch für unsere industrialisierte Welt: Nokia Samsung; Apple

6 Produktentwicklung einst Zeichnungen von Hand; Prototypenherstellung durch konventionelle Fertigung wie Fräsen, Drehen... heute Zeichnungen am PC; Prototypenherstellung durch generative Fertigungsverfahren wie Rapid-Prototyping...

7 Die Phasen der Produktentwicklung

8 Zahlenwerte Quelle: BWL-Marketing Hauptanwendung der generativen Fertigungsverfahren

9 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.

10 Unterteilung Generative Fertigungsverfahren Rapid- Prototyping Rapid- Tooling Rapid- Manufacturing

11 Rapid rasch; schnell Prototyping Muster; Urform von etwas Film; 1.01 min; Musterteile 1GmJg&feature=related Rapid-Prototyping

12 Rapid rasch; schnell Manufacturing Produktion; Fertigung Film; 3.10 min; Anwendung gem. Bild atch?v=C--mzmrdGXM Rapid-Manufacturing

13 Rapid rasch; schnell Tooling Fertigungs- mittel; Werkzeuge Film; 1.30 min; Anwendung g. Bild plastics.co.uk Rapid-Tooling

14 STL Giessharz- Werkzeug Praxisbeispiel

15 Quelle: Universität Magdeburg Rapid-Prototyping-Verfahren Nr. 2 der Verfahren Nr. 1 der Verfahren Nr. 3 der Verfahren Nr. 4 der Verfahren

16 Rapid-Prototyping SLS – Selektives Lasersintern

17 Rapid-Prototyping SLS – Selektives Lasersintern Film; 1.45 Min h ttp://www.youtube.com/watch?v=6N7W1kPuBcg&feature=relatedh ttp://www.youtube.com/watch?v=6N7W1kPuBcg&feature=related

18 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

19 Quelle: Universität Magdeburg Rapid-Prototyping-Verfahren Nr. 2 der Verfahren Nr. 1 der Verfahren Nr. 3 der Verfahren Nr. 4 der Verfahren

20 Rapid-Prototyping STL - Stereolithographie Quelle: Universität Aachen

21 Rapid-Prototyping STL - Stereolithographie

22 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 ch?v=eKk2vRysioE ch?v=eKk2vRysioE Film; 2.10 Min ch?v=BUfh5wxj3qA&feature =related ch?v=BUfh5wxj3qA&feature =related

23 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

24 Quelle: Universität Magdeburg Rapid-Prototyping-Verfahren Nr. 2 der Verfahren Nr. 1 der Verfahren Nr. 3 der Verfahren Nr. 4 der Verfahren

25 Rapid-Prototyping 3D-Printing Scheinwerferlicht BMW-MINI

26 Rapid-Prototyping 3D-Printing Film; 5.54 Min Film; 1.17 Min 1. Generation: Technologie mit Kunststoffpulver 2. Generation: Verfahren ähnlich Tinten- strahldrucker; durch UV-Licht aushärtbarer Kunststoff

27 Das Verfahren im Überblick Objet-Verfahren (2. Generation) 1. Anlage Typ Eden V/16A, Büroumgebung, Netzwerk 3. Der Druckkopf 768 Düsen, Lebensdauer ca h 4. Das Kartuschensystem je 2 kg oder 3.6 kg Inhalt 2. Das Verfahren 0.016/0.030mm Schichtstärke, UV-Aushärtung

28 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)

29 Das Verfahren im Überblick 10. Der Reinigungsprozess Entfernen des Supports 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)

30 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)

31 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 mm bzw mm Sofortige Aushärtung des Harzes durch UV-Licht Objet-Verfahren (2. Generation)

32 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)

33 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

34 Quelle: Universität Magdeburg Rapid-Prototyping-Verfahren Nr. 2 der Verfahren Nr. 1 der Verfahren Nr. 3 der Verfahren Nr. 4 der Verfahren

35 Rapid-Prototyping FDM - Fused Deposition Modelling

36 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 Min Film; 1.40 Min Minhttp://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&NR= 1&v=cFcWFB0FlLo Minhttp://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&NR= 1&v=cFcWFB0FlLo

37 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

38 Quelle: Universität Magdeburg Rapid-Prototyping-Verfahren Nr. 2 der Verfahren Nr. 1 der Verfahren Nr. 3 der Verfahren Nr. 4 der Verfahren

39 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 Min v=Z1WNA6tdfWM

40 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

41 Quelle: Universität Magdeburg Rapid-Prototyping-Verfahren

42 Rapid-Manufacturing Kunststoffspritzguss-Werkzeug Film; 6.35 Min; Herstellung des Metallkerns Rapid-Manufacturing Herstellung eines Kunststoff- Spritzgusswerkzeugs mit Hilfe des SLS-Verfahrens (Selektives Lasersintern)

43 Rapid-Manufacturing Vakuumgiessen mit Silikonformen

44 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.

45 Rapid-Manufacturing Vakuumgiessen mit Silikonformen Film; 9.19 Min; Form aus Silikon herstellen und Kunststoffteil giessen EA&feature=related Film; 4.43 Min; Form aus Silikon herstellen KQX8G_g

46 Ende Fragen?


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