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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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30.06.2016
Univ.-Prof. Dr. Rudolf Pichler, Institut für Fertigungstechnik
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AGENDA
Additive Fertigung und SLM
Produktgestaltungspotenziale durch SLM
Topologieoptimierungszyklen für SLM
Bionik als Lehrmeister für SLM-Produkte
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
Das Verfahren des Selektiven Laserschmelzens
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Selektives Laserschmelzen
Quelle: www.mosttech.at
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
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
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
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
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
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
Gekühlte Werkzeuge erhöhen die Produktivität
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Bsp. Spritzgießwerkzeuge mit
konturnahen Kühlkanälen
Kühlungsoptimierung
Strömungstechnisch günstige
Kanalführung
Erhöhung der Kühlleistung
Erhöhung der Produktivität
Gekühlte Werkzeuge erhöhen die Produktivität
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Kühlungsoptimierung
Konventionell gefertigt Additiv gefertigt
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
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
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
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
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