Digitalisierung im Lebenszyklus der Additiven Fertigung · CA | Folie 7 Additive World Platform...
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CA | Folie 1 20. September 2018 | Fachbereich 16 | Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion | Prof. Dr.-Ing. R. Anderl | C. Auth Digitalisierung im Lebenszyklus der Additiven Fertigung Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion (DiK) Prof. Dr.-Ing. Reiner Anderl Cordula Auth, M.Sc. [email protected] www.dik.tu-darmstadt.de
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CA | Folie 120. September 2018 | Fachbereich 16 | Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion | Prof. Dr.-Ing. R. Anderl | C. Auth
Digitalisierung im Lebenszyklus der
Additiven Fertigung
Fachgebiet Datenverarbeitung
in der Konstruktion (DiK)
Prof. Dr.-Ing. Reiner Anderl
Cordula Auth, M.Sc.
www.dik.tu-darmstadt.de
CA | Folie 2
Zielsetzung
20. September 2018 | Fachbereich 16 | Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion | Prof. Dr.-Ing. R. Anderl | C. Auth
Digitalisierung des
Lebenszyklus der Additiven
Fertigung anhand eines
Demonstratorbeispiels
1. Anwendungsfelder, Potentiale und Herausforderungen
2. Prozesskette und Lebenszyklus
3. Chancen durch Digitalisierung
4. Vorstellung des Demonstrators
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Additive Fertigung – Prinzip und Anwendung
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Bauprinzip
CAD-Modell
Bauprozess
Slice-Prozess
Quelle: VDI 3404
Nach-
bearbeitung
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Leichtbau
Potentiale und Herausforderungen
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Potentiale
Herausforderungen
Bionische
Strukturen
Funktions-
integration
Komplexe
Geometrie
Bedarfs-
gesteuerte
Produktion
Flexible
Produktions
-standorte
Individualisierung
Hoher
Energie-
bedarf
Unklare
Umweltein-
wirkungenOberflächen-
qualitätBauteil-
festigkeiten
Prozess-
genauigkeiten
Additiv
gerechtes
Design
Additive Fertigung
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Prozesskette der Additiven Fertigung
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► Entfernung von Pulver und
Stützstrukturen
► Nachbearbeitung
Post-Prozess
► Maschinen-
vorbereitung
► Transformation
der Daten
► Orientierung und
Positionierung
► Erzeugung von
Stützstrukturen
► Slicing
Pre-Prozess
► Schichtweiser Aufbau
► Entpacken und Entnahme
In-Prozess
Quelle: DiK
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Prozesskette und Lebenszyklus
20. September 2018 | Fachbereich 16 | Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion | Prof. Dr.-Ing. R. Anderl | C. Auth
Produkt-
vertrieb4
Produkt-
nutzung5
Recycling
6.2
Produkt-
lebensende6
Material-
gewinnung1
Material-
produktion2
Produkt-
entwicklung3
Entfernung von
Pulver und
Stützstrukturen
Nachbearbeitung
Post-
Prozess
3.4.2
Maschinen-
vorbereitung
Transformation der
Daten
Orientierung und
Positionierung
Erzeugung von
Stützstrukturen
Slicing
Pre-
Prozess
3.3.1
Schichtweiser
Aufbau
Entpacken und
Entnahme
In-
Prozess
3.4.1
Konstruktion
3.2Arbeits-
vorbereitung
3.3
Herstellung
3.4Produkt-
planung
3.1
Entsorgung
6.1
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Additive World Platform unterstützt den gesamten Druckprozess von
Pre- bis Post-Prozess
Nutzung der Potentiale der Digitalisierung zur
Prozess- und Qualitätsverbesserung
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Aktuelle Ansätze zur Prozess- und Qualitätsverbesserung in der Additiven Fertigung (Meldungen 2017 / 2018):
Post-ProzessPre-Prozess In-Prozess
https://additiveindustries.com/
Software Amphyon für
simulationsgestützte AF https://www.eos.info/
Monitoring Systeme
für In-Prozesshttps://slm-solutions.de/
QM Meltpool 3D zur
Prozessüberwachunghttps://www.concept-laser.de/home.html
Es fehlt ein Ansatz zur ganzheitlichen Optimierung über den gesamten Lebenszyklus der Additiven Fertigung.
Die Fortschritte der Digitalisierung ermöglichen Monitoring und eine prozessumfassende Datenanalyse, die
Ansätze der Industrie beziehen sich aber nur auf die Prozesskette, meist den Pre- und In-Prozess.
Digitalisierung des Lebenszyklus der Additiven
Fertigung anhand eines Demonstratorbeispiels
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Demonstrator: Lebenszyklus des Fused
Deposition Modeling
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Demonstrator: Lebenszyklus des Fused
Deposition Modeling – Aktueller Stand
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Produkt-
vertrieb4
Produkt-
nutzung5
Recycling
6.2
Produkt-
lebensende6
Material-
gewinnung1
Material-
produktion2
Produkt-
entwicklung3
Konstruktion
3.2Arbeits-
vorbereitung
3.3
Herstellung
3.4Produkt-
planung
3.1
Entsorgung
6.1
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Demonstrator: Lebenszyklus des Fused
Deposition Modeling – Aktueller Stand
20. September 2018 | Fachbereich 16 | Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion | Prof. Dr.-Ing. R. Anderl | C. Auth
Vorgehen und Arbeitspakete:
►Definition des Lebenszyklus
► Identifikation notwendiger Daten
► Integration von Sensoren zur Datenerfassung
►Entwicklung eines Kommunikationskonzeptes
►Ausarbeitung des Konzeptes zur Analyse,
Auswertung und Speicherung
► Implementierung im Demonstrator
Ziel:
Entwicklung eines Konzeptes zur
lebenszyklusumfassenden Datenerfassung,
-analyse, -auswertung und -speicherung
Bisheriger Stand:
►Definition des Lebenszyklus für das
FDM und Darstellung der Phasen im
Demonstrator
► Integration von Sensoren im Extruder
und Drucker
►Einführung von Speedikon C und
Implementierung der Kommunikation
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Demonstrator: Lebenszyklus des Fused
Deposition Modeling – Implementierte Sensoren
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Materialproduktion
Erfassung von:
• Durchmesser des Filaments
• Temperatur während Herstellung
• Hergestellte Länge
• Füllstand Granulat
• Durchhängung
Herstellung
Erfassung von:
• Düsentemperatur
• Temperatur Bauplattform
• Vibrationen während Bauprozess
• Einzug Filament
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Demonstrator: Lebenszyklus des Fused
Deposition Modeling – Kommunikation
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MQTT Broker
Server
MQTT Clients
Zur Kommunikation wird das
Protokoll MQTT verwendet.
Sensoren
Microcontroller
mit Wifi
Funktionalität
MQTT MQTT
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Prozessmonitoring und Langzeitdatenspeicherung mit Speedikon C
Demonstrator: Lebenszyklus des Fused
Deposition Modeling – Kommunikation
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Zusammenfassung und Ausblick
20. September 2018 | Fachbereich 16 | Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion | Prof. Dr.-Ing. R. Anderl | C. Auth
Vorgehen und Arbeitspakete:
►Definition des Lebenszyklus
► Identifikation notwendiger Daten
► Integration von Sensoren zur Datenerfassung
►Entwicklung eines Kommunikationskonzeptes
►Ausarbeitung des Konzeptes zur Analyse,
Auswertung und Speicherung
► Implementierung im Demonstrator
Ziel:
Entwicklung eines Konzeptes zur
lebenszyklusumfassenden Datenerfassung,
-analyse, -auswertung und -speicherung
Nächste Schritte:
► Implementierung weiterer Sensorik
►Weiterentwicklung des
Gesamtkonzeptes und Validierung
► Integration der fehlenden Phasen
►Weiterentwicklung der Darstellung
und Verwertung der Daten
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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Bild: TU Darmstadt / kh-architekten
