ADDITIVE FERTIGUNG, Carolin Hörrmann

Konturnahe Temperierung im Werkzeugbau

TRUMPF ist…

… Technologieführer

Werkzeugmaschinen Lasertechnik

… nah am Kunden

71 Tochtergesellschaften

in über 40 Ländern

… Innovationsgarant

TC 3000 R

Schalt-schrank

Bend-master

TC L 3050

TCL 6050

Qualifier

TruMatic 6000 fiber

TruConnect

TruStore1030/ 3030

TruTops Boost

Axoom

TruLaser 7040 UF

TruBend Cell

Tru Punch 5000

TruLaser Cell 7000

TRB V-Serie

TC 3000 L

TruLaser 3030

TruLaser Tube 7000

TruLaser 5030 fiber

TruPrint1000

TCL 2510TLC Cut 5

TruBend 7000

TruMatic 7000

Bright Line fiber

TruLaser 2030

TLC 1005TCL 3030

UKP Laser

TruLaser 5040 fiber

TruBend 8000

TruLaser 5030

TC L 3040

TubematicTC 600LTLC 5005Turbo Laser

TruTops Fab

TruMatic 3000 fiber

Tru Punch 3000

TSC 1

TLC 6005TC 5000R

TC 2000RTC 200RTC 500RTruma-bend

V-Serie

TruLaser 1030

TC 1000 R

1. Job Shop China

Job Shop Indo-

nesienTG Korea

TG Singapur

Ausbau USA

TG Russland

Pro-duktionChina

VSZ Italien

TG NL

Pro-duktionTaiwan

Joint Venture China

VSZ CZ

Med. Prod. China

Pro-duktion

CZ

TG Deut-schland

TG Indien

Rep Office

Vietnam

2. Job Shop China

Pro-duktionJapan

Pro-duktionMexiko

Pro-duktionPolen

Pro-duktionFKL GB

Pro-duktion

Singapur

Pro-duktion

Japan neu

Erwerb Codatto

Erwerb JFY

Erwerb IMM

TG Ungarn

Be-teiligung

Sisma

TG Türkei

ASEAN Initiative

TH Thailand

Erwerb EHT

Gruppen-arbeit

19951990 2000 2005 2010 2015

Talent-programm

Führungs-strukturen

Bündnis für Arbeit

bei TE

Standard Hierachie-ebenen

3. Bündnis für Arbeit

Familien-tage

FK-Trainings

Arbeits-zeit-

regelung

Ziel-vereinbar

ungsTOP

Bündnis für Arbeit bei TWN

Bündnis für Arbeit

2016

Karriere-bausteine

ERAInt.

Personal-austausch

Bündnis für Arbeit

MITMA

Qualifi-zierung

FK-Be-urteilung

Bro-schüren-konzept

2. Bündnis für Arbeit

KVPGesund-

heits-politik

MA-Portal

Potenzial-analyse

Quali in Kurzarbeit

MINT Programm

MA-Be-fragungen

Zentral-bereiche

Potenzial-tests

Experten-ebenen

Global Service Center

Integr. HR System

Kunden-orien-

tierung

Modular-isierung

FEM

NPILiefer-anten-mgmt.

Global Service

Büro

SYNCHRO

Virtual Reality

VR

Syn-chrone

Pro-duktion

SAP R/3Integrierte Produkt-

entw.

PO Reorga-nisation

SNYCHRO

plusOEForsaT

Entwick-lungs PM

SYNCHRO

SpezisFMEA3D-CADPEs

Multi-projekt-mgmt.

Plattform-ent-

wicklungScrum

Produkt-akte

KISStandard Projekt-mgmt.

Sales Ex-cellence

TPMQualitäts-standards

Kata

Pur-chasing

Ex-cellence

B & IT Alligned

LT 50:50TruNameSYNCHRO

4

Kenn-zahlen

Messe-konzept

TruServices

smarTTechno-

logie-teams

QFDTRIZ Easy WMAgile Ent-wicklung

Produkt-mgmt.

InfoTecCRMLogistic

Ex-cellence

Global ProcessHarmon.

Nutzenori-entiertesPricing

BaureiheProdukt-pflege-teams

Inno-vations-mgmt.

xPertIndustrial

En-gineering

Liefer-anten-portal

R10WS-

Verant-wortliche

Standort Entw-

konzepte

Menschen

Methoden

Produkte

Märkte

1990 1995 2000 2005 2010 2015

… ein unabhängiges Familienunternehmen

seit 1923

13.500

€ 3.6 Mrd.

11%

Die wichtigsten Metall 3D-Druck Verfahren bei TRUMPF unter einem Dach

TRUMPF-Industrial Additive Technologies

Produktives Verfahren für Reparatur,

Beschichtung und Aufbau von Werkstücken

Präzises Verfahren für die generative

Fertigung komplexer Bauteile im Pulverbett

Laser Metal Fusion (LMF)Laser Metal Deposition (LMD)

Allgemeine Vorteile

LMF | Konturnahe Temperierung

AM-gerechtes Design:

Reduktion von 5 konventionell gefertigten

Einzelteilen auf 1 Bauteil

Möglichkeit konturnaher, komplexer Temperierkanäle

Vorher: 1 zentrale Temperierung mittels Spiralkern

Nachher: 3 konturparallele Temperierkanäle

Anwendungsmöglichkeiten

Werkzeug- und Formenbau

Bauteil-Daten

Material: Tool Steel 1.2709

Anzahl an Schichten: 1.730 à 60 µm

Bauzeit:: ~ 35h

Vorteile

Zu temperierende Oberfläche optimal erreichbar

Effiziente Temperierung

Geringere Betriebskosten

Wegfall von Dichtstellen

Geringere Druckverluste

Längere Standzeiten der Werkzeuge/Formen

Quelle: Laupp GmbH

Vergleich konventionelle / konturnahe Temperierung

LMF | Anwendungsbeispiel: Angussverteiler

Quelle: Laupp GmbH

CAD-Modell der

Kühlgeometrie

Konventionelle Temperierung Additive konturnahe Temperierung

Distanz Temperierkanal / Werkzeugwand:

Mindestens 15 mm (stark variierend)

Distanz Temperierkanal / Werkzeugwand:

Konstant 3 mm / konturparallel

CAD-Modell der

Kühlgeometrie

Vergleich konventionelle / konturnahe Temperierung bzgl. Effizienz

LMF | Anwendungsbeispiel: Angussverteiler

Quelle: Laupp GmbH

Konventionelle Temperierung Additive konturnahe Temperierung

Tmax≈ 38°C Tmax≈80°C

nach 5 s

Tmax≈90°C = TWasserTmax≈70°C < TWasser

nach 60 s

Oberflächentemperatur

nach 5 s nach 60 s

Oberflächentemperatur

Träge Reaktion der Werkzeugwand

Unnötig viel zu temperierende Masse

Nahezu verzögerungsfreie Reaktion

der Werkzeugwand

Hohe Effizienz / homogene Temperatur

Vergleich konventionelle / konturnahe Temperierung bzgl. Zykluszeit

LMF | Anwendungsbeispiel: Angussverteiler

Quelle: Laupp GmbH

Konventionelle Temperierung Additive konturnahe Temperierung

Angußtablette nach 8s partiell noch teigig,

Werkzeug kann nicht geöffnet werden

Angußtablette nach 5s entformbar

Deutliche Zykluszeitreduzierung

t = 8s

Randschicht

noch teigig

Zyklus wird unnötig verlängert

t = 5s

Randschicht

Vollständig erstarrt

Angußtablette Angußtablette

Thermisches Verhalten im Gießzyklus

LMF | Anwendungsbeispiel: Angussverteiler

Qualitative

Änderung

Konturnahe Kühlung

Einschaltdauer 4s / 40%

Kühlen des Werkzeugs ab t=5 s mit

Minimalmengensprühverfahren

0 2 4 6 8 10 t in s

1

0.5

0

Minimaler Restanteil

flüssiger Schmelze

KühlmitteldurchflussAnteil flüssiger Schmelze

Thermische Energie im Verteiler

0 2 4 6 8 10 t in s

1

0.5

0

Konventionelle Kühlung

Einschaltdauer 10s / 100%

Kühlen des Werkzeugs ab t=5 s mit

maximaler Wassermenge

Werkzeug öffnet

Sprühvorgang beginnt

Ziel: Thermische Isolation / Reduzierung partiellen Wärmeeintrags

LMF | Anwendungsbeispiel: Vorkammerbuchse

Thermische Isolierung der Heißkanaldüse

von der Kavität

Kühlung aller konturgebenden Dome

(Wandstärke 4 mm)

Ziel: Vermeiden partieller Überhitzung im Kopfbereich

LMF | Anwendungsbeispiel: Schieberkopf

Optimale Temperierung des Kopfbereichs /

kein Wärmestau mehr

Reduzierung des Druckvolumens durch

Kombination mit konventionellem Grundkörper

Quelle: Schimko Formenbau GmbH

Material, Wärmebehandlung, Finish und Beschichtung

LMF | Randbedingungen

Finish

• Abdrahten / Absägen von der

Substratplatte

• Fräsen, Drehen, Schleifen,…

• Senk- und Drahterodieren

Beschichtung / Politur

Prozeßtemperatur beachten

• Alle gängigen Beschichtungen

• Plasmanitrieren

• Caveo-Beschichtung

Hochglanzpolituren

Verfügbare Werkzeugstähle

• 1.2709 (Maraging Steel)

Wärmebehandlung

• Anwendungsspezifisch

• Druckguß: typ. 44-46 HRC

• Spritzguß: typ. 52-54 HRC

• 1.2343 Ab Q1 / 2020

Peripherie, Betrieb und Wartung

LMF | Randbedingungen

Betrieb

• Auf permanenten Durchfluß achten

• Werkzeuge niemals nass einlagern

• Wasserqualität regelmäßig

kontrollieren

Wartung

• Durchflußkontrolle

• Ggf. reinigen

( z. Bsp. mit Citronensäure)

Temperiergeräte

• Medien: typ. Wasser oder Öl

• Selten: Gas- oder Kältemittel

Wasserqualität

• Feinfilter für Kühlkanäle < Ø 2mm

• Entmineralisiertes Wasser, sofern

Verdampfen auftreten könnten

• Separate Kühlkreise für die

konturnahe Temperierung

Quelle: GWK

ADDITIVE FERTIGUNG, Carolin Hörrmann