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LASERADDITIVE FERTIGUNG ALS EIN BEISPIEL FÜR DIE VERÄNDERUNGEN DER QUALIFIKATIONSANFORDERUNGEN AN FACHARBEITER IN DER INDUSTRIE
Dr.-Ing. Maren Petersen / Dr. Monika Hackel
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GLIEDERUNG!
1. Einleitung!2. Laseradditive Fertigung (LAM)!3. Facharbeit im Bereich LAM!4. Zusammenfassung und Ausblick!
Bildquelle:: ChocCreator
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„3D-DRUCKEN“ IST HEUTE IN ALLER MUNDE…!
Quellen: Reuters, Choc Creater, RepRap, ...
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„Wir planen zunächst die Bestellung von mindestens 100 Geräten“, sagte Greg Morris, Leiter der GE-Sparte Additive Technologies, der WirtschaftsWoche. …!!
von Rüdiger Kiani-Kreß!www.wirtschaftswoche.de!
…UND WIRD INDUSTRIELL ANGEWANDT!
Weil die Teile widerstandsfähiger und leichter sind, sorgt die additive Fertigung für niedrigere Betriebskosten bei den Fluglinien. Mit Hilfe der neuen EOS-Maschinen will GE bis zum Ende des Jahrzehnts zunächst mehr als 10 000 Teile pro Jahr herstellen. Doch das ist erst der Anfang.
Für EOS bedeutet dies den Durchbruch in der Luftfahrtbranche... Als erster Hersteller wird der US-Konzern in großem Stil Triebwerksteile nicht nur gießen oder fräsen, sondern serienmäßig, im Rahmen eines 3-D-Druck genannten Verfahrens, mit Hilfe eines Lasers aus Metallpulver schichtweise aufbauen. !
29.06.2014!
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GLIEDERUNG!
1. Einleitung!2. Laseradditive Fertigung (LAM)!3. Facharbeit im Bereich LAM!4. Zusammenfassung und Ausblick!
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FUNKTIONSPRINZIP!
Laseraddi9ve Fer9gung: ∎ Herstellung eines Festkörpers durch
lokale Verfes9gung eines formlosen Materials, z.B. Pulver
∎ AuGau erfolgt schichtweise
Anwendungen: Funk9onsbauteile aus ∎ LuJ-‐ und Raumfahrt ∎ Medizintechnik ∎ Werkzeugbau ∎ Maschinenbau
Quellen: iLAS/LZN
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VOR- UND NACHTEILE DER LASERADDITIVEN FERTIGUNG (LASERSTRAHLSCHMELZEN)!Vorteile:!
– höchste Designfreiheit, Entfall von Fertigungsrestriktionen!
– direkte Herstellung aus CAD-Daten!– Herstellkosten vom Volumen und nicht von der
Komplexität abhängig!– automatisierter Prozess!– keine Werkzeuge notwendig!– Bauteildichte 100% !– gute mechanische Eigenschaften!
Nachteile:!– Oberflächengüte häufig nicht ausreichend!– Verfahrenstoleranzen relativ grob!– Stufeneffekt in z-Richtung!– langsame Produktion!– Supportstrukturen notwendig!
www.emeraldinsight.com!
www.designvsart.com!
Bildquellen: iLAS/LZN
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QUALITÄTSKRITISCHE BAUTEILEIGENSCHAFTEN!
hergestellt für:
hergestellt für:
Eigenspannungen
Oberflächengüte Dichte
Maßhal9gkeit
Fes9gkeit
nach: Rehme, Munsch, Seyda
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QUALITÄT DURCH PROZESSGESTALTUNG: ALTERNATIVE BELICHTUNGSSTRATEGIEN (TI-6AL-4V)!
∎ industrielle Referenzparameter = 100%!∎ hohes Potential zur Spannungsminimierung durch
Beeinflussung der zeitlichen und örtlichen Belichtungsabfolge!
0%
50%
100%
150%
x y 1
1,5 3
gedreht
stocha
stisch
lang
kurz
in-‐aus-‐in
Hilbert
auße
n
inne
n
mehrfach
Standard-‐belichtung
Streifenbreite Schachbrett3mm
adapt.Pilger-‐schritt
flächenfüllendeKurven
symmetrischeBelichtung
Verzug normiert auf R
eferenz
hs
8
5 1
6 ...
Quadrate, stochastisch
762
398
51
104
mehrfache Startpunkte
hs
Hilbertkurve
hs
innen-‐außen-‐innen
hs
hs hshs
Pilgerschritt kurz
12 4 3 567
Quelle: Munsch!
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GLIEDERUNG!
1. Einleitung!2. Laseradditive Fertigung (LAM)!3. Facharbeit im Bereich LAM!4. Zusammenfassung und Ausblick!
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PROZESSKETTE LASERADDITIVE FERTIGUNG!
LAM-Prozess! Endbearbeitung!Daten- und Prozess- vorbereitung!
Integration in industrielle Fertigung!
n CAD Design!n Konstruktionsanpassung!n Datenoptimierung!n virtuelle Positionierung der
Bauteile auf der Plattform!
n Reinigung!n Entfernen von Supports!n (Kugel-)Strahlen!n …!
Quelle: iLAS/LZN
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BEISPIELHAFT: ARBEITSPROZESS DER DATENVORBEREITUNG!
x!y!
z!
Design der Supports!(falls notwendig)! Slicing !Bauteil-
orientierung!Platzierung aufder Bauplattform!
Quelle: iLAS/LZN
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QUALIFIKATIONSANFORDERUNGEN AN DEN FACHARBEITER!n Maschinenbediener vs. Facharbeiter!
n Zusammenhangswissen erforderlich !
n Erfahrungswissen vorherrschend!
n Arbeitsprozess komplex und erfordert Kreativität!
n Abgrenzung zu Ingenieurtätigkeiten zum Teil schwierig, abhängig von der Arbeitsorganisation ! Bildquellen: iLAS/LZN
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EMPIRISCHE UNTERSUCHUNG DER QUALIFIKATIONSANFORDERUNGEN IM BEREICH DER LASERMATERIALBEARBEITUNG!
! Firmen grundsätzlich gesprächsbereit! Gespräche!
Lasermaterialbearbeitung! ca. 30! 19!
Gespräche mit Bildungseinrichtungen, Verbänden etc.!
ca. 25! 8!
Ergebnisse Gespräche LAM:!!n Hauptaufgabe: Maschinen-Vor- und Nachbereitung !n Prozess und Steuerung automatisiert!n Maschinenbedienung auch durch Ingenieure !n Herstellerschulungen schaffen Grundlage für die Bedienkompetenz !n Wissenstransfer geschieht häufig über Anwendertreffen der Hersteller!n Integration in die Erstausbildung eher negativ gesehen !n Erstausbildung als „solide Metallgrundausbildung“ !Quelle: BIBB-Forschungsprojekt BIBB - LZN!
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ERHEBUNG MITTELS FRAGEBOGEN HIER: GESAMTBEREICH LASERMATERIALBEARBEITUNG!
0
5
10
15
20
25
Anzahl
Facharbeiter / Techniker / Meister / Quereinsteiger!Ingenieure (akad. Ausbildung)!
Einsatzgebiete / Aufgaben
keine klare Trennung der Zuständigkeiten
Eigeneinschätzung: Bedarf an Prozesswissen
Prozesswissen ist aktuell als Erfahrungswissen vorhanden
Quelle: BIBB-Forschungsprojekt BIBB - LZN!
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ERGEBNISSE DER UNTERSUCHUNGEN!
n neue Technologien erfordern nicht zwangsläufig höhere Qualifika9onen n Tendenz zur Automa9sierung und „3-‐Knopf-‐Bedienung“
n Qualifika9onsanforderungen durch Lasereinsatz in der Fer9gung sind eher vom Aufgabengebiet abhängig
n Grundlagenwissen wird bei Schulungsmaßnahmen der Hersteller erworben und Erfahrungswissen im Arbeitsprozess aufgebaut
n Bedürfnis nach mehr Prozessverständnis ist deutlich geäußert worden
n Bedarf an formalisierten Weiterbildungsmaßnamen ist aktuell gering, da Erfahrungswissen anerkannt wird
n ABER: BereitschaJ der Betriebe zur Beteiligung an dieser Erhebung war sehr gering
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GLIEDERUNG!
1. Einleitung!2. Laseradditive Fertigung (LAM)!3. Facharbeit im Bereich LAM!4. Zusammenfassung und Ausblick!
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ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK!
n additive Fertigungsverfahren ermöglichen nahezu unbegrenzte Gestaltungsmöglichkeiten!
n Besonderheit: Material und Geometrie werden zugleich erzeugt!
n Anwendung heute: kleine Serien, individualisierte Teile!n Bauteilqualität ist von der Prozessführung und der
Beherrschung der gesamten Prozesskette abhängig!n Veränderung der Produktion und damit auch der
Aufgaben der Mitarbeiter in der Produktion zu beobachten, aber nicht einheitlich!
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Fragen oder Anmerkungen?