Generative Fertigungsverfahren Urs Schönbächler, BWZ Rapperswil

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

Der Stärkere frisst den Schwächeren oder Der Schnellere frisst den Langsameren

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

Produktentwicklung einst heute 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

Hauptanwendung der generativen Fertigungsverfahren 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: Um bis zu 80% schneller. 1. Verkürzung der Entwicklungszeit Kosteneinsparungen um bis zu 75%; davon 50% für die Modellherstellung. 2. Senkung der Kosten 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.

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

Prototyping  Muster; Urform von etwas Rapid-Prototyping Rapid  rasch; schnell Prototyping  Muster; Urform von etwas Film; 1.01 min; Musterteile http://www.youtube.com/watch?v=wP4LK-1GmJg&feature=related

Manufacturing  Produktion; Fertigung Rapid-Manufacturing Rapid  rasch; schnell Manufacturing  Produktion; Fertigung Film; 3.10 min; Anwendung gem. Bild http://www.youtube.com/watch?v=C--mzmrdGXM

Tooling  Fertigungs- mittel; Werkzeuge Rapid-Tooling Rapid  rasch; schnell Tooling  Fertigungs- mittel; Werkzeuge Film; 1.30 min; Anwendung g. Bild http://www.omega-plastics.co.uk

STL Giessharz-Werkzeug Praxisbeispiel

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

SLS – Selektives Lasersintern Rapid-Prototyping SLS – Selektives Lasersintern

SLS – Selektives Lasersintern Rapid-Prototyping SLS – Selektives Lasersintern 1 2 3 4 Film; 1.45 Min http://www.youtube.com/watch?v=6N7W1kPuBcg&feature=related

SLS – Selektives Lasersintern 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

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

STL - Stereolithographie Rapid-Prototyping STL - Stereolithographie Quelle: Universität Aachen

STL - Stereolithographie Rapid-Prototyping STL - Stereolithographie

STL - Stereolithographie Rapid-Prototyping STL - Stereolithographie Film; 5.03 Min http://www.youtube.com/watch?v=eKk2vRysioE Film; 2.10 Min http://www.youtube.com/watch?v=BUfh5wxj3qA&feature=related 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.

STL - Stereolithographie 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

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

Rapid-Prototyping 3D-Printing Scheinwerferlicht BMW-MINI

3D-Printing 1. Generation: Technologie mit Kunststoffpulver Rapid-Prototyping 3D-Printing 1. Generation: Technologie mit Kunststoffpulver Film; 5.54 Min http://www.youtube.com/watch?v=HMQ8-B9Fp-c&feature=fvsr 2. Generation: Verfahren ähnlich Tinten-strahldrucker; durch UV-Licht aushärtbarer Kunststoff Film; 1.17 Min http://www.youtube.com/watch?v=sNyIOPrXhd8&feature=related

Objet-Verfahren (2. Generation) Das Verfahren im Überblick 1. Anlage Typ „Eden350“ 220V/16A, Büroumgebung, Netzwerk 2. Das Verfahren 0.016/0.030mm Schichtstärke, UV-Aushärtung 3. Der Druckkopf 768 Düsen, Lebensdauer ca. 3.000 h 4. Das Kartuschensystem je 2 kg oder 3.6 kg Inhalt

Objet-Verfahren (2. Generation) Das Verfahren im Überblick 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

Objet-Verfahren (2. Generation) Das Verfahren im Überblick 9. Das Reinigungsgerät Handelsübliche Geräte mit ca. 60 Bar Druck 10. Der Reinigungsprozess Entfernen des Support‘s mit Wasserstrahl 11. Das fertiggestellte Modell Sehr gute Oberfläche und Genauigkeit 12. Genauigkeiten Zwischen 0.05 und 0.1 mm

Objet-Verfahren (2. Generation) Das Verfahren im Überblick 13. Lackieren Grundieren und Lackieren der Modelle 14. Kleben Verkleben einzelner Segmente 15. Bedampfen Bedampfen mit Aluminium 16. Vervielfältigung Vakuumguss über Silikonwerkzeuge

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)

3D-Printing (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 Kein Abfall Nachteile Material: Nur durch UV-Licht aushärtbare Harze können verwendet werden Die Modelle sind «zerbrechlicher» als z.B. solche des SLS- oder STL-Verfahrens

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

FDM - Fused Deposition Modelling Rapid-Prototyping FDM - Fused Deposition Modelling

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

FDM - Fused Deposition Modelling Rapid-Prototyping FDM - Fused Deposition Modelling 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

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

LLM - Layer Laminated Modelling 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 http://www.youtube.com/watch?v=Z1WNA6tdfWM

LLM - Layer Laminated Modelling Rapid-Prototyping LLM - Layer Laminated Modelling Vorteile Schnelles Verfahren Keine Nachhärteprozesse erforderlich Praktisch keine inneren Spannungen und dadurch verursachte Verformungen Nachteile Nicht für feine Konturen in z-Richtung geeignet Komplexe Bauteile sind nicht möglich Es können keine Bauteile ineinander verschachtelt werden. Viel Abfall = unbrauchbares Restmaterial

Rapid-Prototyping-Verfahren Quelle: Universität Magdeburg

Kunststoffspritzguss-Werkzeug Rapid-Manufacturing Kunststoffspritzguss-Werkzeug Rapid-Manufacturing Herstellung eines Kunststoff-Spritzgusswerkzeugs mit Hilfe des SLS-Verfahrens (Selektives Lasersintern) Film; 6.35 Min; Herstellung des Metallkerns http://www.youtube.com/watch?v=UI7aMxCc0Fo&feature=related

Vakuumgiessen mit Silikonformen Rapid-Manufacturing Vakuumgiessen mit Silikonformen

Vakuumgiessen mit Silikonformen Rapid-Manufacturing Vakuumgiessen mit Silikonformen Häufig reicht ein einzelner Prototyp nicht aus. Es braucht Teile für Testversuche, Präsentationen, Photoshootings usw. 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.

Vakuumgiessen mit Silikonformen Rapid-Manufacturing Vakuumgiessen mit Silikonformen Film; 9.19 Min; Form aus Silikon herstellen und Kunststoffteil giessen http://www.youtube.com/watch?v=48UwkzNqREA&feature=related Film; 4.43 Min; Form aus Silikon herstellen http://www.youtube.com/watch?v=Aof-KQX8G_g

Ende Fragen?