Additive Fertigung
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Additive Fertigung Fertigungstechnologie für Serienprodukte – eine Standortbestimmung Prof. Dr.-Ing. Mirko Meboldt 2 Was ist Additive Fertigung (AM)? Vielzahl von Verfahren, grösste Bedeutung für den Maschinenbau hat Powder bed fusion (SLM/SLS) Powder bed fusion Metall und Kunststoff Materialen sind langzeitstabil Hohe Festigkeiten Isotrope Werkstoffe Directed energy deposition Sheet lamination Binder jetting Material jetting Material extrusion – Vat photopolymerization Prinzip des Pulverbett schmelzverfahrens Scanner system Laser system Powder coater Loose powder Part Build station piston 27.10.2014, 48. ITS Techno-Apéro: Additive Fertigung Build plate 3 Relevanz für die MEM-Industrie Die Hype Frage: Ist die Additive Fertigung eine disruptive Technologie, wird Sie klassische Produktionsverfahren ersetzen? AM ist eine komplementäre Fertigungstechnologie AM ist exzellent in speziellen Anwendungsfällen, nicht für mehr AM ist bewährt, die Leistungsfähigkeit ist nachgewiesen Der Erfolg liegt in der spezifischen Anwendung und Nische – diese vor dem Wettbewerber zu finden ist die grosse Herausforderung. 27.10.2014, 48. ITS Techno-Apéro: Additive Fertigung 4 Ist AM eine disruptive Technologie? In Nischen Die Herausforderung ist es, diese Nischen zu finden: z.B. Zahnimplantate: Produktion von 450 Implantaten über Nacht Pro Maschine 80.000 Implantate pro Jahr Die manuelle Herstellung ist kaum noch konkurrenzfähig Source EOS: http://www.eos.info/press/customer_case_studies/bego 27.10.2014, 48. ITS Techno-Apéro: Additive Fertigung 5 Ist AM tauglich für die Serienproduktion? In spezifischen Fällen! Die Herausforderung besteht darin, AM-Einsatzmöglichkeiten zu finden, wo der Nutzen die höheren Kosten legitimiert. z.B. General Electric „Wir planen zunächst die Bestellung von mindestens 100 Geräten“, sagte Greg Morris, Leiter der GE-Sparte Additive Technologies, der WirtschaftsWoche. http://www.ainonline.com/sites/default/files/uploads/leap-1b-fett-villaroche-june-13-2014.jpg 27.10.2014, 48. ITS Techno-Apéro: Additive Fertigung 6 Der richtige Zeitpunkt für den Einstieg AM-Produktionskosten Schon heute bietet AM mit hohen Kosten wenig Erfahrung wettbewerbsfähige Lösungen Anzahl AM-Patente steigt Möglichkeiten sind bekannt AM-Einsatzmöglichkeiten Fallende Kosten: steigende Anzahl Lieferanten bessere Maschinen und Prozesse auslaufende Patente günstigere/neue Materialen … Konstruktion und Produktion Prozesssicherheit Konstruktionsregeln, Kataloge CAD-Werkzeuge und Simulation AM-Erfahrung nimmt zu ... Heute 27.10.2014, 48. ITS Techno-Apéro: Additive Fertigung Zeit 7 Wertschöpfung durch AM Kostenstruktur der additiven Fertigungsverfahren Realisierung einzigartiger Strukturen und Designs cost per unit Kundennutzen KN Steigerung des KN Mehrwert im Produkt Effizienzsteigerung neue Möglichkeiten … cost per unit Herstellungskosten HK Reduktion der HK Produktion Logistik Änderungskosten … conventional break even additive manufacturing only possible with AM conventional break even additive manufacturing geometric complexity units 27.10.2014, 48. ITS Techno-Apéro: Additive Fertigung 8 Vom Prototyping zur Produktion Prototyping nur für die Entwicklung internen Anforderungen Einzel- und Kleinserie … Produktion Funktionserfüllung für Kunden Lebensdauerauslegung Serienfertigung Hilti GX120 / Insire AG 27.10.2014, 48. ITS Techno-Apéro: Additive Fertigung Quelle: ETH spinoff Alstom Inspection Robotics 9 Die Schlüsselfrage der AM-Technologie Der Mehrwert muss den Preis legitimieren? SLM (Stahl 2-6 CHF/g Bauteil) Hohe Maschinenkosten, langsamer Prozess, Materialen 50-100 mal teurer http://www.inspection-robotics.com Man kann Bauteile nicht kopieren, man muss die Gestalt ausgehend von der Funktion ganzheitlich neu denken! 27.10.2014, 48. ITS Techno-Apéro: Additive Fertigung 10 Kostenvorteile bei kleinen Stückzahlen Kostenstruktur Break-even Stückzahl Geometrische Komplexität Stückkosten Grösse des Teils Spritzguss Break even Integration mehrerer Teile AM Kostenvorteil Kostenvorteil AM Spritzguss Stückzahl Dezentrale Produktion 27.10.2014, 48. ITS Techno-Apéro: Additive Fertigung 11 Konventionelles Design mit AM Quelle: TB Saftey Saf 27.10.2014, 48. ITS Techno-Apéro: Additive Fertigung 12 Konstruktion für Additive Fertigung Stückkosten Additive Manufacturing vs. Abtragende Technologien Abtragende Verfahren Break even Source: ETH/Inspire AG AM Komplexität Kostenvorteil Kostenvorteil abtragende Verfahren AM NUR mittels AM produzierbar 27.10.2014, 48. ITS Techno-Apéro: Additive Fertigung 13 AM-Potenzialcluster Funktionsintegration gration Leichtbau L Sensoren Bauteile Optimale Bauteilform rm … Bionik … Quelle: pdz ETH Quelle: Inspire AG Individualisierung Performancesteigerung Einzelfertigung Anpassungen Strömungsoptimierung … Kühlung … Quelle: Alstom Inspection Robotics 27.10.2014, 48. ITS Techno-Apéro: Additive Fertigung 14 Orthogold 100: AM-Konstruktion Erzeugen von Schockwellen mit Hochspannungg im Wasser, Zuführen von Frischwasser, Abführen von Dämpfen pfen 25 Teile in 1 Bauteil integriert Weniger Dichtungen Kompaktes und leichtes Bauteil http://www.mts-medical.com 27.10.2014, 48. ITS Techno-Apéro: Additive Fertigung Quelle: www.lzn-hamburg.de/ 15 SLM Nutzen muss den Preis legitimieren Tonabnehmer: High-End Hi-Fi ca. 5000 CHF Verkaufspreis Abgestimmtes Resonanzverhalten und Funktionsintegration Resonanzarmut, die mit konventionellen Verfahren nicht möglich ist Quelle: www.ortofon.com 27.10.2014, 48. ITS Techno-Apéro: Additive Fertigung 16 AM Serienproduktion bei GE Düsentriebwerk Treibstoff-Einspritzdüse 19 Stk/Triebwerk Reduktion von 20 auf 1 Teil Gewichtsreduktion um 33% Treibstoffverbrauch reduziert Produktionsplan:: 2014 Serienanlauf 2017 30’000 Einspritzdüse p. a. 2020 100’000 Einspritzdüse p. a. http://www.gereports.com/post/80701924024/fit-to-print 27.10.2014, 48. ITS Techno-Apéro: Additive Fertigung 17 Der Weg zum ersten AM-Serienbauteil: Ziele: Erster Prototyp eines AMBauteils in 6-9 Monaten Erfahrungen sammeln Multiplikatoren schulen Team: • Multidisziplinär • Abteilungsübergreifend • Involvierung des Senior Management Bauteil: • Klein, geringes Volumen • Standard AM-Werkstoffe • Nicht hochbelastet (für den Anfang) • Technisch anspruchsvoll Nutzen: • Quantifizierbarer Nutzen • Ganzheitliche Betrachtung • Nutzen der 2. und 3. Ordnung ausweisen 27.10.2014, 48. ITS Techno-Apéro: Additive Fertigung 18 Die Herausforderung und Forschungsziel Etablierung der AM-Technologie in der Konstruktion für Serienanwendungen Zu welchem Zeitpunkt ist es richtig, AM in Betracht zu ziehen? Wie lassen sich Einsatzmöglichkeiten identifizieren? Wie lässt sich Kosten/Nutzen von AM quantifizieren? Wie kann man die Konstruktion und Auslegung unterstützen? 27.10.2014, 48. ITS Techno-Apéro: Additive Fertigung ? ? ?
