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Selective Laser Melting -Additivtechnologie für neue Wege der Produktgestaltung

30.06.2016

Univ.-Prof. Dr. Rudolf Pichler

Institut für Fertigungstechnik

Technische Universität Graz

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AGENDA

Additive Fertigung und SLM

Produktgestaltungspotenziale durch SLM

Topologieoptimierungszyklen für SLM

Bionik als Lehrmeister für SLM-Produkte

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Erläuterung Additive Fertigung

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Definiertes „Wegnehmen“ Definiertes „Hinzufügen“

Subtraktive Fertigung

Konventionelle Fertigung

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Additive Fertigung

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Additive Fertigung setzt auf definierte Bausteine

200.000 x kleinere Bausteine +

Bausteine aus Metall +

Schichtweises Verschmelzen =

Selektive Laser Melting (SLM)

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Quelle: www.additive-fertigung.at

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Das Verfahren des Selektiven Laserschmelzens

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Selektives Laserschmelzen

Quelle: www.mosttech.at

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Technische Daten zur Leistungsfähigkeit

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Was kann das Selektive Laserschmelzen?

Schichtstärken: 0,025 - 0.070 mm

Wandstärke min: 0,040 - 0,200 mm

Aufbauleistung: 5 -120 cm3/h

Genauigkeit: 0,02-0,05 mm / 25 mm

Rautiefe: Ra 4-10 µm

Baugröße max: 800 x 400 x 500 mm3

Materialien: Al, Fe, Mg, Ti, Cu, Au, ….

Materialdichten: bis zu 99,7 % ggü. Guss

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Der Konstrukteur bekommt ein neues Instrumentarium

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SLM

bietet

revolutionär neue

Möglichkeiten

der Produktgestaltung

Designfreiheit

Gewichtsersparnis

Komponentenreduzierung

Funktionssteigerung

Kühlungsoptimierung

Topologie Optimierung

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Die Kunst ist höchste Nutzerin der neuen Möglichkeiten

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Designfreiheit

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Im Maschinenbau muss das neue Denken erst gelernt werden

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• Höchste Individualität

• Niedrigste Werkzeugkosten

• Geringe Änderungskosten

• Losgrößenunabhängige Stückkosten

Designfreiheit

Quelle: www.vdi.de

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Enorme Potenziale im Leichtbau

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Hohlräume, Hinterformungen und

Gitterstrukturen machen es möglich !

Gewichtsreduktion

5,1 kg

Bildquelle: am.vdma.org1,9 kg

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Die Luftfahrtindustrie ist Treiber der SLM Technologie

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Bsp. Airbus A380 – Optimierung der Gurtenschnalle

Einsparung von 3,3 Mio. Liter Treibstoff auf den

gesamten Lebenszyklus des Flugzeugs

72,5 kg Gewichtsreduktion

Gewichtsreduktion

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SLM-Produkte werden in einem Zug aufgebaut

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Komponentenreduzierung

Mehrteilige Konstruktionen können durch Additive Verfahren

einteilig hergestellt werden.

Bildquelle: www.esa.int

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Leistungssteigerung statt Gewichtsreduzierung

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Ziel: Erhöhung der Verwindungssteifigkeit eines Radträgers

Ergebnis: Erhöhung der Steifigkeit um den Faktor 3-5 (gleiches Gewicht)

Bildquellen: Altair, Click2Cast, Voxeljet

Funktionssteigerung

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Konturnahe Kühlung erhöht die Kühlleistung

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Kühlungsoptimierung

Additiv gefertigte Kühlmittelführung

Im Werkzeugaufbau mitproduziert

Kühlwirkung nur an der Schneide Kühlwirkung an Schneide

und an der Spannut

Konventionelle Kühlmittelführung

mit zahlreichen Tieflochbohrungen

Quelle: Mapal

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Gekühlte Werkzeuge erhöhen die Produktivität

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Bsp. Spritzgießwerkzeuge mit

konturnahen Kühlkanälen

Kühlungsoptimierung

Strömungstechnisch günstige

Kanalführung

Erhöhung der Kühlleistung

Erhöhung der Produktivität

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Gekühlte Werkzeuge erhöhen die Produktivität

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Kühlungsoptimierung

Konventionell gefertigt Additiv gefertigt

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Die erzielten Verbesserungen betreffen oft mehrere Merkmale

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• Gewichtsreduktion von 80%

• Reduktion der Druckverluste um 50%

• Funktionserweiterung: Sensoren, Kühlrippen

Bsp. Hydraulikblock

Topologieoptimierung

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Mehrfache Durchläufe führen zum optimalen Ergebnis

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918 g 326 g

Ursprüngliche

Konstruktion

FEM und Topologie-

optimierung

Optimiertes

CAD-Modell

ÜberprüfungMehrfacher

Durchlauf

Optimierungsschleife

Bildquelle: www.altair.de

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Die Optimierung berücksichtigt mehr als nur 1 Merkmal

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Altair Engineering, EADS: Topology Optimization of an Additive Layer

Manufactured (ALM) Aerospace Part

Ergebnisse der Optimierung

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Die Ergebnisse der Optimierungen sind vielfach bionisch

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Topologische Ergebnisse

Bildquelle: Altair, EOS, Ruag Space

Die Optimierungen mittels FEM,

Spezial-SW für die Topologie-

optimierung und der Aufbereitungs-SW

für den SLM- Baujob ergeben wieder-

kehrend bionische Strukturen.

Quelle: ESA/Airbus D&S

Der Konstrukteur

kommt in der

Anwendung Additiver

Fertigungsverfahren

zwangsläufig zurück

zu den Bauplänen

der Natur

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Die Natur hat es längst vorgemacht

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Selective Laser Melting beschert uns

gänzlich neue Erscheinungsbilder von Produkten !

www.engineeringspot.de www.fabbaloo.comwww.edag.de