3d-druck im kommen - Laser

Laser-Community | Das Laser Magazin von Trumpf
Topologieoptimierte Konstruktion eines Skateboard-Trägers, generativ gefertigt in Aluminium mittels Laserstrahlschmelzen. © Quelle | Fraunhofer IWU,
Design | Christoph Rafoth
3D-DRUCK IM KOMMEN
Dr. Bernhard Müller und Prof. Reimund Neugebauer über die nahe Zukunft
generativer Verfahren.
06-11-2013
Mehr zum Thema
DIE AUTOREN
Das weltweite Marktvolumen von Maschinen, Produkten und Dienstleistungen
generativer Fertigung beträgt aktuell 1,3 Milliarden Euro bei einer jährlichen
Wachstumsrate von 26,4 Prozent. Konservative Schätzungen rechnen mit einem
Marktvolumen von 2,8 Milliarden Euro in 2015 und 5 Milliarden Euro in 2019.
Basierend auf der aktuellen Marktdurchdringung von nur ein bis acht Prozent lässt
sich ein Gesamtmarktpotential von bis zu 130 Milliarden Euro ableiten.
Wie schnell und in welchem Umfang dieses Marktpotential gehoben werden kann,
hängt zum einen wesentlich davon ab, wie schnell die notwendigen
Weiterentwicklungsschritte hin zu einer deutlichen Kostensenkung und
Verbesserung der Reproduzierbarkeit vonstattengehen. Zum anderen muss bei den
Entwicklern und Konstrukteuren in der Industrie mehr Kenntnis und fundiertes
Wissen über generative Fertigungsverfahren Einzug halten, um ihre Vorteile
wirksam in den Produktentwicklungsprozess einfließen lassen zu können – hier
sind die Hochschulen ebenso gefordert wie die Unternehmen!
Dr. Bernhard Müller, Leitung des
Forschungs- und Geschäftsfeldes
„Generative Fertigungsverfahren“
am Fraunhofer IWU
BEDINGUNGEN FÜR KOMMERZIELLEN DURCHBRUCH
Artikel online:
http://www.laser-community.com/de/reimund-neugebauer-bernhard-mueller-zukunft-generative-fertigung-3d-druck-laser/
Seite 1 / 4
Laser-Community | Das Laser Magazin von Trumpf
Für den kommerziellen Durchbruch der generativen Fertigungsverfahren zur
Herstellung von Serienprodukten und –werkzeugen ist weitere angewandte
Forschung und Entwicklung erforderlich, um die Verfahren robuster,
reproduzierbarer und kostengünstiger zu gestalten. Dabei sieht sich die
Fraunhofer-Gesellschaft in der Pflicht, eine Schlüsselposition einzunehmen.
So sind in der Fraunhofer-Allianz Generative Fertigung deutschlandweit elf
Institute (IFAM, IFF, IKTS, ILT, IPA, IPK, IPT, IWM, IWU, IZM, UMSICHT)
integriert, wodurch die gesamte Prozesskette der generativen Fertigung in allen
Facetten abgebildet wird – in Entwicklung, Anwendung und Umsetzung.
Bei ihren gemeinsamen Messeauftritten zum Beispiel zur EuroMold und
Rapid.Tech wirft die Allianz Generative Fertigung unter dem Motto „Generate the
Future“ einen Blick in die Zukunft der generativen Fertigung – sei es in eine
Autowerkstatt im Jahr 2025 oder in die Produktion von morgen.
Prof. Reimund Neugebauer,
Fraunhofer-Präsident
FRAUNHOFER UND 3DVERFAHREN
Die Fraunhofer-Allianz
Generative Fertigung integriert
deutschlandweit elf Institute und
ERFOLGREICHE ANWENDUNGEN BEREITS HEUTE
bildet damit die gesamte
Prozesskette der generativen
Fertigung ab. Dies umfasst die
Entwicklung, Anwendung und
Umsetzung generativer
Fertigungsverfahren und Prozesse.
■
http://www.generativ.fraunhofer.
de/
■
Präsentation der Arbeit der
Allianz
Aufbau einer Turbinenschaufel mit
dem LMD-Verfahren
Bild 1: Topologieoptimierte Konstruktion
eines Skateboard-Trägers, generativ gefertigt
in Aluminium mittels Laserstrahlschmelzen
VERWANDTE ARTIKEL
Dabei dürfen wir nicht vergessen, dass es bereits seit einigen Jahren erste
generativ gefertigte Serienprodukte gibt. Beispiele sind patientenindividuell
gefertigte In-Ohr-Hörgerätgehäuse, unsichtbare kieferorthopädische
Kunststoffschienen oder Luftführungssysteme in Flugzeugen von Boeing,
hergestellt mittels Lasersintern aus Polyamid. Neben diesen Kunststoffprodukten
gibt es auch bereits generative Serienfertigung metallischer Produkte, zum
Beispiel Zahnersatzteile wie Kronen und Käppchen oder spezielle
Hüftpfannenimplantate.
Außerdem wird beispielsweise die Kraftstoffeinspritzdüse für das neue LEAPTriebwerk von GE Aviation künftig generativ als integrales Komplexteil gefertigt –
anstelle einer zwanzigteiligen Baugruppe mit 19 Lötoperationen, 25 Prozent
leichter und fünfmal langlebiger.
Mission: Aufbau Selective Laser
Melting und Laser Metal
Deposition sind die beiden
laserbasierten generativen
Fertigungsverfahren. Hier lesen
Während es schwierig ist, die nächste großangelegte Serienanwendung mittels
generativer Fertigungsverfahren vorherzusagen, lassen sich dennoch ihre
Artikel online:
http://www.laser-community.com/de/reimund-neugebauer-bernhard-mueller-zukunft-generative-fertigung-3d-druck-laser/
Sie, wo beide Methoden stehen.
Mehr…
Seite 2 / 4
Laser-Community | Das Laser Magazin von Trumpf
allgemeinen Attribute benennen:
■
■
■
■
■
vorerst noch relativ niedrige Produktionsstückzahlen (bis zu Stückzahl eins)
komplexe Form und geometrische Elemente zur Integration mehrerer Einzelteile
in ein Komplexteil
Integration zusätzlicher Funktionen und Mehrwerte
Bauteilgewichtsreduzierung durch Topologieoptimierung, bionisches Design oder
Integration belastungsoptimierter Regelgitterstrukturen (siehe Bild 1)
Verzicht auf Werkzeuge und Formen, Fügeoperationen und Lagerhaltung
AUSSICHTSREICHE ANWENDUNG IM WERKZEUGBAU
Heilung in 3-D Ob irgendwann 3-
Zwei besonders aussichtsreiche Anwendungsgebiete stellen die Endo-und
Exoprothetik (Implantat- und Prothesenfertigung) und der Werkzeug- und
Formenbau dar. Der hochinteressante Wachstumsmarkt der Fertigung
individualisierter, patientenangepasster Endo- und Exoprothesen wird derzeit noch
weitgehend von den gesundheitspolitischen Rahmenbedingungen ausgebremst
(Stichwort Fallpauschalen der Krankenkassen). Im Werkzeug- und Formenbau hat
sich die Erkenntnis noch nicht in ausreichendem Maße durchgesetzt, dass sich
Mehrkosten eines generativen Werkzeugs oft sehr bald mehrfach amortisieren.
stehen, ist offen. Sicher ist aber,
D-Drucker in jedem Hobbykeller
dass generative Verfahren
beginnen, Gesundheit und Leben
zu retten. Mehr…
Bild 2: Werkzeugeinsatz für die Blechwarmumformung mit
konturnaher, generativ gefertigter Kühlung (links: CAD,
rechts: Realwerkzeug)
Das geschieht durch Kosten- und Ressourceneinsparungen und gesteigerte
Bauteilqualität. Im Rahmen der Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“
konnten Fraunhofer-Forscher gemeinsam mit Industriepartnern diese Vorteile
bereits nachweisen. Durch generativ gefertigte, serientaugliche Werkzeugeinsätze
mit konturnahen, geometrisch komplexen Kühlkanälen (siehe Bild 2) können in der
Blechwarmumformung über 20 Prozent Zykluszeit und 715 MWh Energie pro Jahr
eingespart werden! Im Kunststoffspritzguss, im Leichtmetalldruckguss und im
Schmieden ermöglichen laserstrahlgeschmolzene Werkzeug- und Formeinsätze
ähnliche Verbesserungen und Einsparungen.
QUALITÄT NACHWEISBAR MACHEN
Um auch die hohen Anforderungen vor allem der Luftfahrt- und Automobilindustrie
an die systematische Qualitätsüberwachung für generativ gefertigte Bauteile zu
erfüllen, müssen Qualitätsmanagementsysteme Einzug in die generative Fertigung
halten. Prüfprozeduren – vergleichbar zu den heute im Gießereiwesen
Artikel online:
http://www.laser-community.com/de/reimund-neugebauer-bernhard-mueller-zukunft-generative-fertigung-3d-druck-laser/
Seite 3 / 4
Laser-Community | Das Laser Magazin von Trumpf
angewandten – müssen dann die zuverlässige Qualitätsgerechtheit der generativ
gefertigten Bauteile sicherstellen. Neben der Qualitätsprüfung stellt die EchtzeitProzessüberwachung des Fertigungsprozesses einen wichtigen Baustein für das
Qualitätsmanagement dar. So können der Fertigungsprozess vollständig
dokumentiert, Unregelmäßigkeiten erkannt und als längerfristiges Ziel unmittelbar
regelnd in den Prozess eingegriffen werden.
Die Senkung der Kosten generativer Fertigungsverfahren hängt vor allem für die
laserbasierten Verfahren hauptsächlich von der Steigerung der Produktivität des
generativen Fertigungsprozesses ab. So wird aktuell beim
Laserstrahlschmelzverfahren die weitere Laserleistungssteigerung von derzeit 100
bis maximal 400 Watt (bei heute kommerziell verfügbaren Anlagen) auf 1 oder gar
2 Kilowatt erforscht. Erste Anlagen mit 1 Kilowatt Laserleistung – entwickelt mit
Fraunhofer-Beteiligung (ILT) – konnten bereits vorgestellt werden und werden
derzeit bei Beta-Testern installiert.
ANWENDUNG BEI KONZERNEN UND SPEZIALISTEN
Anwender sind heute hauptsächlich die großen Erstausrüster (OEM) der
Automobilindustrie, der Konsumgüter- und Elektronikindustrie sowie die Flugzeugund Triebwerkshersteller. Praktisch alle großen Konzerne betreiben bereits eigene
generative Fertigungsanlagen und wenden die Verfahren dabei für Konzeptstudien,
Prototypen und Vorserienteile, aber auch für erste Serienteile im Interieur- und
Luftführungsbereich an. Im Medizinbereich setzen hauptsächlich
Implantathersteller und Dentallabors generative Herstellungstechnologien ein.
Kleine Spezialisten, die heute schon mit generativer Fertigungstechnik arbeiten,
sind zum Beispiel Motorsportunternehmen (für Prototypen und Serienteile),
Werkzeugbau-, Kunststofftechnik- und Gießereiunternehmen (für Werkzeug- und
Formeinsätze oder Gießereimodelle) sowie Maschinenbauunternehmen. Die
Nachfrage der OEMs nach generativ gefertigten Bauteilen führt außerdem zu einer
wachsenden Zahl an spezialisierten Zulieferern und Rapid-Prototypin-Dienstleistern.
In bestimmten Nischenbereichen beginnt sich die direkte generative Fertigung von
Serienbauteilen und Endprodukten, das sogenannte Rapid Manufacturing oder
Direct Digital Manufacturing, zu etablieren. Serientypische Bauteileigenschaften,
steigende Produktivität und Prozesssicherheit und Reproduzierbarkeit unterstützen
diesen Trend, der dem Megatrend der individualisierten Fertigung folgt.
Generative Fertigungsverfahren erlauben heute und in Zukunft auf einzigartige
Weise die Umsetzung dieses Megatrends in die fertigungstechnische Realität.
Artikel online:
http://www.laser-community.com/de/reimund-neugebauer-bernhard-mueller-zukunft-generative-fertigung-3d-druck-laser/
Seite 4 / 4