Generative
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Generative Fertigungsverfahren PowerPoint PPT Presentation


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Generative Fertigungsverfahren. Urs Schönbächler, BWZ Rapperswil. Gesetz der freien Marktwirtschaft:. sichert Arbeitsplätze. ist. Ermöglicht Wohlstand. Sorgt für sozialen Frieden. Der Stärkere frisst den Schwächeren oder Der Schnellere frisst den Langsameren. .

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Generative Fertigungsverfahren

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Presentation Transcript


Generative fertigungsverfahren

Generative

Fertigungsverfahren

Urs Schönbächler, BWZ Rapperswil


Generative fertigungsverfahren

Gesetz der freien Marktwirtschaft:

  • sichert Arbeitsplätze

ist

  • Ermöglicht Wohlstand

  • Sorgt für sozialen Frieden


Der st rkere frisst den schw cheren oder der schnellere frisst den langsameren

Der Stärkere frisst den Schwächeren

oder

Der Schnellere frisst den Langsameren


Das gilt auch f r unsere industrialisierte welt

Das gilt auch für unsere industrialisierte Welt:

Nokia

Samsung; Apple


Produktentwicklung

einst

heute

Produktentwicklung

Zeichnungen von Hand; Prototypenherstellung durch konventionelle Fertigung wie Fräsen, Drehen ...

Zeichnungen am PC; Prototypenherstellung durch generative Fertigungsverfahren wie Rapid-Prototyping ...


Die phasen der produktentwicklung

Die Phasen der Produktentwicklung


Zahlenwerte

Hauptanwendung der generativen Fertigungsverfahren

Zahlenwerte

Quelle: BWL-Marketing


Einfluss der generativen fertigungsverfahren

Die Anwendung von Rapid-Prototyping-Verfahren bringt in der Entwicklungsphase eines Projekts folgende Vorteile:

1. Verkürzung der Entwicklungszeit

Einfluss der generativen Fertigungsverfahren

Um bis zu 80% schneller.

2. Senkung der Kosten

Kosteneinsparungen um bis zu 75%; davon 50% für die Modellherstellung.

Es wird bereits zu einem früheren Zeitpunkt ein höherer Produktionsreifegrad erzielt.

3. Verbesserung der Qualität

Veränderten Marktanforderungen kann schnell und wirkungsvoll durch serienidentische Prototypen begegnet werden.

4. Steigerung der Flexibilität


Unterteilung

Generative Fertigungsverfahren

Unterteilung

Rapid-Prototyping

Rapid-Manufacturing

Rapid-Tooling


Rapid prototyping

Rapidrasch; schnell

Rapid-Prototyping

PrototypingMuster; Urformvon etwas

Film; 1.01 min; Musterteile

http://www.youtube.com/watch?v=wP4LK-1GmJg&feature=related


Rapid manufacturing

Rapid rasch; schnell

Rapid-Manufacturing

ManufacturingProduktion; Fertigung

Film; 3.10 min; Anwendung gem. Bild

http://www.youtube.com/watch?v=C--mzmrdGXM


Rapid tooling

Rapid rasch; schnell

Rapid-Tooling

ToolingFertigungs-mittel; Werkzeuge

Film; 1.30 min; Anwendung g. Bild

http://www.omega-plastics.co.uk


Praxisbeispiel

Giessharz-Werkzeug

Praxisbeispiel

Giessharz-Werkzeug

STL


Rapid prototyping verfahren

Rapid-Prototyping-Verfahren

Quelle: Universität Magdeburg

Nr. 2 der Verfahren

Nr. 1 der Verfahren

Nr. 3 der Verfahren

Nr. 4 der Verfahren


Rapid prototyping1

SLS – Selektives Lasersintern

Rapid-Prototyping


Rapid prototyping2

SLS – Selektives Lasersintern

1

2

1

3

Rapid-Prototyping

1

4

2

3

4

Film; 1.45 Min http://www.youtube.com/watch?v=6N7W1kPuBcg&feature=related


Rapid prototyping3

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

Rapid-Prototyping

  • 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 verfahren1

Rapid-Prototyping-Verfahren

Quelle: Universität Magdeburg

Nr. 2 der Verfahren

Nr. 1 der Verfahren

Nr. 3 der Verfahren

Nr. 4 der Verfahren


Rapid prototyping4

STL - Stereolithographie

Rapid-Prototyping

Quelle: Universität Aachen


Rapid prototyping5

STL - Stereolithographie

Rapid-Prototyping


Rapid prototyping6

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

Rapid-Prototyping

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.


Rapid prototyping7

STL - Stereolithographie

Vorteile

  • Sehr gute Modellgenauigkeit und Detailtreue

  • Hohe Oberflächengüte

  • Die Modelle können durchgefärbt oder lackiert werden

  • Die Modelle können mechanisch gut nachbearbeitet werden

Rapid-Prototyping

Nachteile

  • Material: Nur durch UV-Licht aushärtbare Harze können verwendet werden

  • Es ist ein Nachhärteprozess erforderlich


Rapid prototyping verfahren2

Rapid-Prototyping-Verfahren

Quelle: Universität Magdeburg

Nr. 2 der Verfahren

Nr. 1 der Verfahren

Nr. 3 der Verfahren

Nr. 4 der Verfahren


Rapid prototyping8

3D-Printing

Rapid-Prototyping

Scheinwerferlicht BMW-MINI


Rapid prototyping9

3D-Printing

1. Generation:

Technologie mit Kunststoffpulver

Film; 5.54 Min

http://www.youtube.com/watch?v=HMQ8-B9Fp-c&feature=fvsr

Rapid-Prototyping

2. Generation:

Verfahren ähnlich Tinten-strahldrucker; durch UV-Licht aushärtbarer Kunststoff

Film; 1.17 Min

http://www.youtube.com/watch?v=sNyIOPrXhd8&feature=related


Generative fertigungsverfahren

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

4. Das Kartuschensystem

je 2 kg oder 3.6 kg Inhalt

3. Der Druckkopf

768 Düsen, Lebensdauer ca. 3.000 h


Generative fertigungsverfahren

Objet-Verfahren (2. Generation)

Das Verfahren im Überblick

5. Einlesen der STL-Daten

autom. Platzierung und Supportauslegung

7. Das Material-Managementsystem

Materialberechnung und Information

8. Das fertige Modell mit Support

Das Modell ist sofort ausgehärtet

7. Der Bauprozess

Geschwindigkeit in „Z“ von ca. 1cm/h


Generative fertigungsverfahren

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


Generative fertigungsverfahren

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


Generative fertigungsverfahren

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


Generative fertigungsverfahren

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)


Rapid prototyping10

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

Rapid-Prototyping

  • 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 verfahren3

Rapid-Prototyping-Verfahren

Quelle: Universität Magdeburg

Nr. 2 der Verfahren

Nr. 1 der Verfahren

Nr. 3 der Verfahren

Nr. 4 der Verfahren


Rapid prototyping11

FDM - Fused Deposition Modelling

Rapid-Prototyping


Rapid prototyping12

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.

Rapid-Prototyping

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


Rapid prototyping13

FDM - Fused Deposition Modelling

Vorteile

  • Relativ einfache Verfahrenstechnik

  • Kein Laser erforderlich

  • Kein Materialverlust

  • Vielfältige Auswahl an Kunststoffen

Rapid-Prototyping

Nachteile

  • Feine Konturen, Schlitze, Rippen und dünnwandige Konturen sind nicht möglich

  • Nur für kleine Teile geeignet


Rapid prototyping verfahren4

Rapid-Prototyping-Verfahren

Quelle: Universität Magdeburg

Nr. 2 der Verfahren

Nr. 1 der Verfahren

Nr. 3 der Verfahren

Nr. 4 der Verfahren


Rapid prototyping14

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).

Rapid-Prototyping

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


Rapid prototyping15

LLM - Layer Laminated Modelling

Vorteile

  • Schnelles Verfahren

  • Keine Nachhärteprozesse erforderlich

  • Praktisch keine inneren Spannungen und dadurch verursachte Verformungen

Rapid-Prototyping

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 verfahren5

Rapid-Prototyping-Verfahren

Quelle: Universität Magdeburg


Generative fertigungsverfahren

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


Generative fertigungsverfahren

Rapid-Manufacturing

Vakuumgiessenmit Silikonformen


Generative fertigungsverfahren

Rapid-Manufacturing

Vakuumgiessenmit 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.


Generative fertigungsverfahren

Rapid-Manufacturing

Vakuumgiessenmit Silikonformen

Film; 4.43 Min; Form aus Silikon herstellen

http://www.youtube.com/watch?v=Aof-KQX8G_g

Film; 9.19 Min; Form aus Silikon herstellen und Kunststoffteil giessen

http://www.youtube.com/watch?v=48UwkzNqREA&feature=related


Generative fertigungsverfahren

Ende

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