Herstellen von Prototypen, Einzelteilen und Nullserien höchst anspruchsvoller Bauteile mittels additiver Fertigungsverfahren (3D Drucken)

Additive Manufacturing:

Die Technologie umfasst alle schichtweise aufbauenden Verfahren zur Herstellung von komplexen Bauteilen. Mit diesen Technologien ist man in Bezug auf geometrische Freiheiten nahezu uneingeschränkt. Bei FOTEC verfügt man über "Metal Additive Manufacturing", sowie farbigen 3D Gipsdruck. Dieser wird vor allem für Präsentationszwecke verwendet, um zum Beispiel Farbinformationen von FEM-Simulationen darstellen zu können.

Metal Additive Manufacturing, auch bekannt unter Additive Layer Manufacturing, Laser Sintern, Direct Metal Laser Sintering, Laser Beam Melting, Selective Laser Melting oder Lasercusing, hat seine Wurzeln im Bereich Rapid Prototyping, da kein Werkzeugeinsatz für die Bauteilherstellung notwendig ist. Die mechanisch-technologischen Eigenschaften wurden in den letzten Jahren auf ein derart hohes Niveau gebracht, sodass diese Technologie mittlerweile für höchstbeanspruchte Bauteile, zum Teil auch für die Serienfertigung, eingesetzt wird. Ganz allgemein kann gesagt werden, dass die mechanischen Eigenschaften jener, konventionell hergestellter Halbzeuge der gleichen Legierung, entsprechen.

Um die Möglichkeiten dieser Technologie voll auszuschöpfen, wird bei FOTEC vor dem Bauprozess eine sorgfältig durchgeführte Bauteiloptimierung mittels CAD-Design und FEM Analyse durchgeführt. Genau diese Kompetenzen bietet FOTEC an, womit eine sorgfältige Bauteiloptimierung für Metal Additive Manufacturing inklusive der Herstellung aus einer Hand verfügbar ist.

Typische Anwendungen dieser Fertigungsmethode liegen im Bereich Leichtbau und Werkzeugbau (Tooling), zu welchen nachfolgend Case Studies angeführt sind.

 

Leichtbau:

Ein aktuelles Beispiel aus dem Bereich Automotive stellt die Massenreduktion eines Bremssattels dar. Das Projekt wurde in Kooperation mit dem Racing Team der TU Wien durchgeführt. Das optimierte Bauteil wurde auf der EOS M280 Anlage aus der Titanlegierung Ti-6Al-4V hergestellt, das ursprüngliche Design wurde aus einer Aluminiumlegierung gefertigt. Die Masseneinsparung betrug mehr als 43 %.

 

 

 

Für einen Verbrennungsmotor eines Leichtflugzeuges wurde in Kooperation mit der Firma Ernst Kurri sowie Austro Engine ein Treibstoffsammler im Hinblick auf dessen Masse optimiert. Dabei wurde das ursprüngliche Design, eine Schweißbaugruppe aus Chrom-Nickel Stahl vorerst nur durch konstante Wandstärken weiterentwickelt. Anschließend erfolgte die weitere Verbesserung des Produkts durch Verrundung der Kanäle, um scharfe Übergänge bei den Anschlüssen zu vermeiden. Somit wurden sowohl die Strömungseigenschaften verbessert als auch Spannungsspitzen minimiert. Das Bauteil wurde aus der Titanlegierung Ti-6Al-4V gefertigt, die Massenreduktion betrug mehr als 77 %.

Werkzeugbau / Tooling:

Under Construction ...

 

Fähigkeiten
CAD-Design, FEM-Analyse sowie Metal Additive Manufacturing aus einer Hand
Identifikation von Bauteilen für Metal Additive Manufacturing
Optimieren des Bauteil-Designs für Additive Manufacturing (Erhöhung der Bauteil-Performance, Komponentenintegration, Massenreduktion, etc.)
Herstellen von (bunten) Prototypen und Anschauungsmustern (Rapid Prototyping) mittels 3D-Gipsdruck
Herstellen von voll belastbaren Bauteilen aus Titan (Ti6Al4V), Hastelloy X und Werkzeugstahl (1.2709) mittels Metal Additive Manufacturing
Entwickeln von Prozessen für neue Materialien für Metal Additive Manufacturing
Entwickeln von Qualitätssicherungssystemen für Metal Additive Manufacturing
 
Ressourcen

Anlage für Metal Additive Manufacturing:
EOSINT M 280; 200 W Faserlaser; Bauraum: 250×250×325 mm³; Schichtdicke: 20–40 µm (materialabhängig); kleinste Wandstärke: 0,3–0,4 mm (materialabhängig); gebaute Bauteile besitzen physikalische & mechanische Eigenschaften des Grundwerkstoffes; Schutzgas: Argon, Stickstoff

3D-Gipsdrucker:
Zcorp Z510; Material: infiltrierter Gips; bunt; Bauraum: 356×254×203 mm³; Auflösung: 600×450 dpi; Schichtdicke: 0,09-0,2 mm; kleinste Wandstärke: ca. 1 mm

Mikrostereolithographie:
Material: Photopolymer; Beamer: variabel, akt. 1280×1024 Pixel; max. Baugröße: variabel, akt. 36×27×40 mm³; Pixelbreite: akt. 28 µm; Schichtdicke: 10-50 µm

Sintern/Wärmebehandlung an Luft:
Linn High Therm VMK 1800; Nutzvolumen: 4,8 l; max. Temperatur: 1.800°C
Sintern/Wärmebehandlung mit variablen Sinteratmosphären:
Rohrsinterofen Gero HTRH 70-600/16; Nutzvolumen: 6 l; max. Temperatur: 1.600°C; Atmosphären: Vakuum, Argon, Stickstoff, Sauerstoff
Trennen:
Bomar Workline 410.280 G Bandsäge; Schnittbereich: max. 410×280 mm²

Oberflächenbehandlung:
2 IEPCO Strahlkabinen Peenmatic Micro 750S mit spitzem bzw. rundem Korn; eine Mikrostrahleinheit Micropeen 250

CAx-Software SolidWorks und Spritzgusssimulationssoftware SIGMA

Bauteilcharakterisierung:
2D- & 3D-Oberflächenanalyse:
FRT MicroProf CHR 150 N; Messbereich: 100×100 mm²; Probenhöhe: max. 50 mm, Höhenmessbereich: max. 300 µm; vertikale Auflösung: 10 nm; laterale Auflösung: 1-2 µm
Mikroskopische Analyse:
Zeiss Axiotech 100HD & Leica MZ 95
Koordinatenvermessung:
Werth Videocheck IP 250; Messbereich: 250×125×200 mm³; Sensorik: optisch, taktil, Fasertaster
Dichtebestimmung:
Sartorius Genius ME235P Dichtemesseinrichtung (archimedisch) & Quantachrome Ultrapycnometer 1000
3D-Scanner:
Breuckmann optoTOP OT43 Streifenprojektion; Kameraauflösung: 1300×1024 Pixel; Messfelder: 28×20×20 mm³, 160×125×100 mm³, 360×270×220 mm³
Materialcharakterisierung:
Pulvergrößenverteilung:
Retsch HORIBA LA-950 V2; Laser-Streulichtanalyse gemäß Mie-Theorie nach ISO 13320; Messbereich: 10 nm - 3 mm; Nassdispergierung
Zugprüfung:
MFL Systeme MHE; Zugkraft: max. 40 kN
Rasterelektronenmikroskop:
Hitachi TM-100052E-0101, Auflösung: 30:1 bis 10.000:1

Metall-Lasersintern:

EOSINT M 280

EOS

  • Material: reine Metall-Legierungen
  • Physikalische und mechanische Eigenschaften des Grundwerkstoffes
  • Bauraum: 250×250×325 mm³
  • Min. Wanddicke: 0,3-0,4 mm
  • Isotrope Festigkeitskennwerte
  • Verwendung: generative Fertigung von komplexen Metallteilen, –werkzeugen und –prototypen

 

Baujob

Pulver 1 Pulver 2 Pulver 3
Bauteilbeispiele:
Pullrodbracket 1
Farbiger 3D-Gipsdruck:

Zcorp Z510

Gipsdrucker

  • Material: mit Epoxidharz infiltrierter Gips
  • Bauraum: 356×254×203 mm³
  • Min. Wanddicke: ca. 1 mm
  • Verwendung: farbige Prototypen
Bauteilbeispiele:
Gipsdruck 1
Gipsdruck 2
Gipsdruck 3
Gipsdruck 4
Gipsdruck 5
Gipsdruck 6
Gipsdruck 7