alphacam GmbH
Erlenwiesen 16
D-73614 Schorndorf
Tel. +49 (0)7181-9222-0
www.alphacam.de
alphacam austria GmbH
Handelskai 92
Gate 1 / 2. OG / Top A
A-1200 Wien
Tel. +43 (0) 1 3619 600-0
www.alphacam.at
alphacam swiss GmbH
Bahnhofstr. 5
CH-9443 Widnau
Tel. +41 (0) 71 775 82 40
www.alphacam.ch
alphacam
1992 gegründet
J.R. Galli
Michael Junghanß
Agenda
alphacam
Leichtbau Potenzial bei der additiven Fertigung mit FDM
Prototyping – Vorrichtungen – Endprodukte
Weltweite Bauteil Wiederholgenauigkeit
Q & A
Michael Junghanß
Geschäftsführender Gesellschafter
alphacam
80 Angestellte
3D Drucker Vertrieb
TEILEFABRIK
CAD/CAM
Siemens PLM Partner
alphacam & Stratasys
1993 Start der
Zusammenarbeit
über 2000 verkaufte professionelle 3D
Drucker
These
“Wir produzieren Kunststoffteile!”
Additive Manufacturing mit FDM ist der dritte Weg zur
Herstellung von Kunststoffteilen
Die Grenze ist nur die Vorstellungskraft und das persönliche
Konstruktionsvermögen
Kunststoff Werkstoffpyramide
Styrole
ABS, ASA
Polycarbonat
PC
Polyamide
PA 12
Polyphenylensulfon
PPSU
Polyacetale
POM
Polyacetale
PEEK
Silikon
Si
Phenol
PF
Epoxyde
EP
Polyetherimid
PEI (Ultem)
Funktionsprinzip FDM
Thermoplaste
Support
Modellmaterial
1Kanister
Düsen
Material-
draht
Antriebsrollen
Heizelemente
Supportmaterial
1Kanister
Material-
draht
Bauplattform
Prototyping
Instrumententafel
Leichtbau mit FDM in 3
Stufen
Voreingestellt auf Knopfdruck im 3D Druckertreiber
Individuell angepasst im 3D Druckertreiber
Konstruktiv im CAD im Wissen um die technologischen
Möglichkeiten von FDM
4 Dinge
sind wichtig zu wissen über FDM von
Stratasys
45°
bis zu 10mm Spaltüberbrückung
“hands free” auswaschbare Stützen
Einlegeteile
Leichtbau Potenzial
Würfel 75mm Kantenlänge
Baustiel Materialvolumen Bauzeit
•Solid 100% 100%
•Sparse DD 48% 47%
•Hexgonal 31% 74%
•Sparse 30% 31%
•Customs 26% 29%
vorher
Modellschriftzug
Varianten aus FDM
AM bei BMW
im Vorrichtungs-Bau
AM bei BMW
das Resultat > 60% leichter
Topologie Optimierung
Software: Inspire/SolidThinking, Rhinoceros T-Splines-Plug in
Produktion: alphacam mit FDM
Gewicht: 12 kg, davon 4 kg 3D-Druckteil
Achsenabstand: 1150 mm Spurbreite: 800 mm Räder: 20 Zoll
Geschwindigkeit: 30 km/h
Studierendenteam: Marcus Hackner,
Marius Rosenthal, Andrej Jefimov,
Thyll Niebergall, Tobial Brambor,
Lena Poiolek
Foto HAWK, Mark Giesler und Kevin Momoh
Die wahre Geschichte
von visatec
Wenn AM im Engineering gelebt wird
Wenn AM einfacher ist als aus dem Katalog zu bestellen
Wenn AM-gerecht konstruiert wird
Unterwasser-“Staubsauger”
ABS ersetzt Edelstahl-Konstruktion
FDM Teil wird zum Verbrauchsartikel – “Staubsaugerbeutel”
Strahlungsresistenz von ABS ist ähnlich wie Edelstahl
Deutlich schnellere Eigenproduktion nach Bedarf
Einfacher unter Wasser zu shreddern und zu pressen
90% Kostenreduzierung in der Fertigung und bei der
Entsorgung von radioaktivem Abfall
Unverlierbare Baugruppen
Vorschrift in der Atom-Industrie, bei
Aerospace und ???
bisher: Sicherung der Sicherung durch
sichern
Mit AM: clever konstruiert und als bewegliche
Baugruppe in FDM gebaut
Über 2/3 Zeitersparnis in Fertigung und
Montage
Endprodukte
Schutzkappe mit metrischen Gewinde 32 x 1
Zahnriemenrad für die Kamera Verstellung
Additive Manufacturing
die Reihefolge macht’s
additiv Denken
additiv Konstruieren
additiv Fertigen
Additive Manufacturing
Geschäftsmodelle
klassisch die “Teilefabrik” – der Dienstleister
Web basierend “fabberhouse” – der Kunde ist beteiligt
= Industrie 4.0??
Advanced Digital Manufacturing Center – weltweiter
Fertigungsverbund
TEILEFABRIK
Additive Herstellung von Bauteilen in den unterschiedlichsten
thermoplastischen Materialien als Dienstleistung
Ausstattung:
- Europas modernster FDM-Maschinenpark
- 50 FDM-Maschinen, darunter 11 FORTUS 900mc
- große Bauteile (Bauraum 914 x 610 x 914 mm)
- 5 Polyjet Anlagen
- Oberflächenveredelung
Einsatzgebiete:
Anschauungsmuster, Funktionsprototypen,
Vorrichtungen, Endprodukte auch in größeren Stückzahlen,
Test der FDM-Technologie, Kapazitätserweiterung
www.Teilefabrik.de www.fabberhouse.de
3D-Printinting for everybody
Lösung für jeden, der 3D-Daten in eigener Regie in Kunststoffteile verwandeln möchte
Charakteristik
- 3D-Printdaten mit Druckertreiber einfach selbst erstellen
- 3D-Printdaten an fabberhouse hochladen und sofort Angebot erhalten
- Online bezahlen – Produktion startet zu einem garantierten Zeitpunkt
- Prozessschritte im WEB verfolgbar
- Nutzung unabhängig von Ort und Zeit
- pro cm³ verbautem Material nur € 0,49 inkl. MwSt.
- kein Mindestumsatz
- neun Baufarben nach Farbkalender
- langlebiger Thermoplast ABS
- professionelle FDM 3D Drucker
Beispiel
Bestellung 30 Satz am Freitag 14.08.
23 Satz versendet am 18.08.
7 Satz versendet am 19.08.
Bestellung 10 weitere Sätze am 28.08.
versendet am 02.09.
Preis pro Satz € 52,77
Advanced Digital
Manufacturing Centers
Weltweiter Fertigungsverbund mit Produktionsstätten in
USA 6x
Canada
Europa 4x
China 2x
Japan
Australien
Alle Maschinen sind vernetzt und die Kapazitäten sind
sichtbar
Display einer Fortus FDM Anlage
• Die Anlage kennt sich
• Der Printdatensatz steuert den
Prozess
• Proprietäres Material, rückverfolgbar
bis zum Granulat
• 1 Person für 20 Anlagen
Wo findet die Wertschöpfung statt?
Blick in die TEILEFABRIK
Blick in die Zukunft?
Industrielle additive Fertigung
mit dem freeformer
Herbert Kraibühler
Zahlen, Daten, Fakten
• Mitarbeiter:
~ 2.500 weltweit
~ 2.050 Deutschland
• Konsolidierter
Umsatz 2014:
548 Mio. Euro
• Exportanteil:
~ 60 Prozent
• Eigenfertigungsanteil:
> 60 Prozent
Das Familienunternehmen
2 © Copyright by ARBURG 2015-10 / Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress
Zentrale Produktion in
Loßburg / Schwarzwald
mit rund 146.000 m²
Leistungsspektrum
• Hightech-
Spritzgießtechnik
- 125 bis 5.000 kN
Schließkraft
- 0,001 bis 2.583 g PS
Schussgewicht
• Robot-Systeme und
Turnkey-Projekte
• Anwendungs-
technische Beratung
Das Familienunternehmen
3 © Copyright by ARBURG 2015-10 / Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress
Das Familienunternehmen
ARBURG ist in additive Fertigung eingestiegen
• Neues Verfahren:
ARBURG Kunststoff-
Freiformen (AKF)
• Funktionsteile ohne
Werkzeug herstellen
• Kleinserien und
Einzelteile effizient
produzieren
• Neues Produkt:
freeformer
4 © Copyright by ARBURG 2015-10 / Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress
Intention
Marktanforderungen verändern sich
5 © Copyright by ARBURG 2015-10 / Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress
Kurze
Produktlebens-
zyklen
Rasante
technische
Entwicklung
Wunsch nach
individuellen
Produkten
Zunehmende
Varianten-
vielfalt
Lösung: Industrielle additive Fertigung
Ohne Werkzeug, direkt aus 3D-CAD-Daten produzieren
Intention
6 © Copyright by ARBURG 2015-10 / Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress
„Software“:
Schichtweise
Geometrie-
zerlegung
„Hardware“:
Schichtweise
Geometrie-
erzeugung
Fertiges
Bauteil
Ausgangsbasis:
3D-CAD-Daten
(STL-Files)
Verfahrensprinzip AKF
Technik: freeformer und
Kunststoff-Freiformen
7 © Copyright by ARBURG 2015-10 / Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress
Aktor taktet
Düsenverschluss
Materialaufbereitung
mit Schnecke wie beim
Spritzgießen Düsenverschluss
Ausgangsbasis:
Qualifiziertes
Standardgranulat
Austrag einzelner
Tropfen an der
Düsenspitze
Materialreservoir
zwischen Schnecke
und Düsenspitze steht
unter Druck
x
y
Bauteilträger
bewegt Teil z
Technik: freeformer und
Kunststoff-Freiformen
Emissions-/ rückstandsfreie Materialverarbeitung
• Zwei Materialien oder
Farben kombiniert
verarbeiten
• Wasserlösliche
Stützstruktur aus
besonderem Material*
• Hart-Weich-Verbund
8 © Copyright by ARBURG 2015-10 / Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress
* BASF Material auf Basis von Polyvinylpyrolidon
Materialaufbereitung wie bei Spritzgießmaschine
• Verwendung von
qualifizierten
Originalwerkstoffen
• Trocknung je nach
Material erforderlich
• Ergebnis: Hohe
Materialverfügbarkeit
und kostengünstiger
Materialeinsatz
Technik: freeformer und
Kunststoff-Freiformen
9 © Copyright by ARBURG 2015-10 / Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress
Materialien und Eigenschaften
Status der momentan qualifizierten Materialtypen
• ABS, PC, PA12 (amorph), TPE
• PA6 und PP in Entwicklung
• Offenes System
- Prozess individuell optimierbar
- Materialien selbständig qualifizierbar
• Grenzen
- Verarbeitungstemperatur
aktuell max. 300 °C
- Temperaturbeständigkeit
des Materials
10 © Copyright by ARBURG 2015-10 / Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress
Bild: Bauteil für Materialqualifizierung
Materialien und Eigenschaften
Homogener, dichter Schichtaufbau
• Tropfen-/Düsengröße
bestimmt Struktur
der Oberfläche
• Material und Füll-
strategie bestimmen
Dichte des Teils
• Parameter wie
Bauraumtemperatur
beeinflussen
mechanische
Eigenschaften
11 © Copyright by ARBURG 2015-10 / Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress
Materialien und Eigenschaften
Zugfestigkeit im Vergleich zu Spritzteilen: ~ 80 %*
12 © Copyright by ARBURG 2015-10 / Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress
1 mm
additiv gefertigt
gespritzt
* Wert abhängig von Material und Orientierung
Vom Einzelteil bis zur Kleinserie
Anwendungen in der Praxis
13 © Copyright by ARBURG 2015-10 / Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress
60 Stk. Halter für LED Lampen
Material: ABS
Schichthöhe: 0,21 mm
Bauzeit: ca. 14 h
Schlüsselanhänger mit Gelenk
Material: ABS
Schichthöhe: 0,27 mm
Bauzeit: ca. 1 h
Integrierte Funktionen – Designfreiheit
Anwendungen in der Praxis
14 © Copyright by ARBURG 2015-10 / Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress
Schlauchschelle mit
Gelenk und Schnappnase
Material: PA oder PC
Schichthöhe: 0,27 mm, Bauzeit : ca. 4,5 h
Kette mit beweglichen Gliedern
Material: ABS
Schichthöhe: 0,21 mm
Bauzeit: ca. 8 h
Anwendungen in der Praxis
Mehrkomponententechnik
Würfel mit Scharnieren
Material: ABS + TPE (80 Shore)
Schichthöhe: 0,21 mm
Bauzeit: ca. 1 h
Greifer mit Dichtlippe
Material: ABS + TPE (80 Shore)
Schichthöhe: 0,21 mm
Bauzeit: ca. 9,5 h
Integrierter
Medienkanal
15 © Copyright by ARBURG 2015-10 / Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress
Komplexe Geometrien mit Stützstrukturen
Anwendungen in der Praxis
16 © Copyright by ARBURG 2015-10 / Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress
Faltenbalg
Material: TPU (80 Shore)
Schichthöhe: 0,27 mm
Bauzeit: ca. 2,5 Stunden
Gehäuse
Material: ABS
Schichthöhe: 0,26 mm
Bauzeit: ca. 5 Stunden
Wasserlösliche
Stützstruktur aus
besonderem Material*
* BASF Material auf Basis von Polyvinylpyrolidon
Anwendungen in der Praxis
Großserienartikel durch Details individualisieren
17 © Copyright by ARBURG 2015-10 / Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress
Büroschere
Material: PP
Schichthöhe: 0,21 mm
Bauzeit: 1 Minute für Individualisierung
Lichtschalter-Wippe
Material: ABS + TPU
Schichthöhe: 0,21 mm
Bauzeit: 5 Minuten für Individualisierung
Fazit und Ausblick
AKF ist spannendes Zukunftsthema
• AKF gefertigte Teile haben gute
mechanische Eigenschaften
• Im Vergleich zum Spritzgießen
- Verzug und Spannungen gering
- Extreme Wandstärken-
Dicken-Verhältnisse möglich
- Funktionsteile einfach herstellbar
• Voraussetzung: Beschäftigung
mit Technologie
• Offenes System – individuelle
Einstellung und Qualifizierung
18 © Copyright by ARBURG 2015-10 / Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress
Industrielle additive Fertigung
mit dem freeformer
Herbert Kraibühler