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THINK BIG & ADDITIVE WAS TUN, WENN DAS PULVERBETT ZU KLEIN WIRD?
Michael Kitzmantel, Lilla Vály, David Grech, Erich Neubauer addmanu.at 1. ERFA Runde 16. Oktober 2015, Leoben
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Inhaltsüberblick
Einleitung Motivation, Pulverbett vs. Freiform-Auftragsverfahren Additive Fertigung – Technologien für große Bauteile Beispiele konventionelle Fertigung vs. Additive Fertigung 4M – Pulversprüh-Auftragsverfahren Crazy projects
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ABOUT RHP
RHP-Technology is located @ CAMPUS Seibersdorf
RHP-Technology
activities started in 1996 RHP-Technology founded 2010 privately owned 18 employees (8 scientists) annual turnover 2 mio.€
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POWDER TECHNOLOGY IN SEIBERSDORF
1994 2010 2013
New Materials by Powder Technology Sputtering Targets Advanced Heatsinks High Stiffness Materials ……
Processdevelopment Powder injection moulding Rapid Hot Pressing Additive Manufacturing ……
TODAY:
think-‐addi)ve.com Blown powder, wire feed & STL
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Short Introduction to RHP
Advanced Materials für funktionelle Anwendungen
Sputtering Targets nach kundenspezifischen Anforderungen
Research Solutions durch Sintern, Heißpressen, Additive Verfahren, Pulverspritzguss
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GENERATIVE FERTIGUNG
Am häufigsten verwendete Energie/Wärmequellen: Laser Elektronenstrahl
Anwendungsmethoden: Pulverbett Draht / Pulversprüh-Auftragsverfahren
Laser und Elektronenstrahl sind hochpreisig in der Anschaffung und Erhaltung. -> preislich deutlich darunter liegen (Auftrags-) Schweißtechnologien.
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MOTIVATION
Quelle: renishaw
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PULVERBETT
Bottlenecks der Pulverbettprozesse Heute bis 0,5 - 0,7 Meter rechteckige Baufläche Hauptsächlich Verwendung eines Materials je Schicht/Bauvorgang
Quelle: GE energy/EOS
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MOTIVATION – LÖSUNG PULVERBETT
Quelle: renishaw
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VERGLEICH TYPISCHER PARAMETERSETS
Blown Powder SLM (powder bed)
Spot size 1-‐15mm 100-‐150µm
Processing parameters 2-‐17kW, Pd=104-‐105W/cm2 100W-‐1kW, Pd=106-‐107W/cm2
MoVon style Working table, 5 Axis System, Vm=30mm/s
Scanning System, 1½ D Vm=7m/s
IrradiaVng Time 10-‐2 – 10-‐1 s 10-‐3 s
Cooling rates 102 – 104 °C/s 105 – 106 °C/s
Min. Line Width 0.6mm 0.1mm
Efficiency 1 – 7 kg/h 0,05 – 0.3k g/h
Materials MulV-‐Materials, Gradients, almost all Metals, Composites
almost all Metals, (Ceramics)
Size accuracy ±1.5 – ±0.6 mm ±0.05 mm
Shapes Large Components, simple shapes, post macining is needed
Medium and small components with complex shapes, lible or no machining
Quelle: SPIE. 2015
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LMD (blown powder) vs. SLM (powder bed)
Components with lower precision by • blown powder process • Large scale (several meters) • MulV-‐Materials possible
Higher precision by SLM • powder bed process • Small/Medium scale (several CM) • Single material • high purity Quelle: SPIE. 2015
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SCHWEISSFACKEL
Die Temperaturen im Lichtbogen können in Abhängigkeit von Strom und verwendetem Gas bis 25.000 K erreichen.
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Schutzgasschweißen / Plasma (non) Transfer Arc
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USES OF AM TECHNOLOGY
Tanning
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CHALLENGES IN AEROSPACE MANUFACTURING
FerVgung großer Komponenten aus Ti-‐Legierungen und Hochleistungs-‐Stählen in China
Quelle: Beijang University
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WIE WEIT KANN GENERATIVE FERTIGUNG GEHEN?
Von „substituieren“ zu „übertreffen“ Freiformprozess Signifikante Kosteneinsparung Reduktion der Fertigungszeit Gewichtsreduktion der Komponenten
80.000 Tonnen Presse, China 2012
Quelle: Beijang University
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Strukturbauteile hergestellt über Schmieden (ca. 1.500 kg aus Ti6Al4V)
Schmiedepresse mit 50.000 Tonnen Presskran, USA
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In 2013, NPU manufactured a 5 meter long central wing spar with Laser AddiVve Manufacturing technology for Comac C919 passenger-‐plane which is expected to be finished in 2016 and to enter commercial
Aircran fuselage bulkhead – Ti alloy, Beihang University
Quelle: SPIE. 2015
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BEISPIEL CHINA: AIRLINER C919
Herstellung: LMD Zeit: 55 Tage (incl. Wärmebehandlung,
Bearbeitung und Versand) Kosten: deutlich reduziert
Herstellung: trad. Schmieden Zeit: ca. 2 Jahre Kosten: Gesenk allein: 2 Mio. USD
LMD geferVgt Wärmebeh. Endbearbeitet
Quelle: WNLO
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3m langes Bauteil für Airliner C919
Quelle: SPIE. 2015
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KOSTEN/EFFIZIENZ BETRACHTUNG
Figure 5: Fast and Green Manufacturing by using 4M System (Source: NASA, adapted RHP)
Starting Material: 100 % -‐ Scrap: 90% = Final Part: 10%
Starting Material: 15 % -‐ Scrap: 5% = Final Part: 10%
4M System
4M POWDER
4M
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PARAMETER VERFAHRENSVERGLEICH
Abbildung 1: Adaptiert von Cranfield Universität; Verfahren mit hoher Auftragsrate und guter Möglichkeit zur Realisierung von komplexen Bauteilen ist rechts oben zu finden
Abbildung 1: Adaptiert von Cranfield Universität; Verfahren mit hoher Auftragsrate und guter Möglichkeit zur Realisierung von komplexen Bauteilen ist rechts oben zu finden
Quelle: Cranfield Univ.
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4M SYSTEM
Plasma Transfer Arc (PTA) Verfahren 2 Pulverförderer & Drahtzufuhr Steuerbare Förderrate 5-Achsen System Bauplattform 150 x 180 cm (erweiterbar) Schutzgasspülung
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PARAMETERSTUDIEN TITAN
Quelle: norsk Vtanium
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BEISPIELE TITAN & STAHL
Quelle: norsk Vtanium
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VISION??
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3D print project AMSTERDAM -‐ hbps://youtu.be/pZNTzkAR1Ho Quelle: mx3d
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DANKE FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT
WILLKOMMEN bei 4M & think-additive.com
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UNSER TEAM
2015
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Quellennachweise
[1] Renishaw – bicycle project [2] GE-energy.com [3] NASA gov [4] ThyssenKrupp online Oktober 2015 [5] http://www.france-metallurgie.com/index.php/2014/10/12/mesta-the-alcoa-50000-ton-closed-die-forging-press-for-aerospace-parts-us/#sthash.tlGaUicO.dpbs online Oktober 2015 [6] http://www.pccforgedproducts.com online Oktober 2015 [7] Warwick University [8] Cranfield University [9] Huaming Wang – Beihang University [10] Wuhan National Laboratory for Optoelectronic (WNLO) [11] Norsk Titanium (norsktitanium.no) [12] http://mx3d.com/projects/bridge/ Online Oktober 2015 [13] www.think-additive.com
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KOORDINATEN
RHP-‐Technology GmbH MATERIAL ENGINEERING BY POWDER TECHNOLOGY
Forschungs-‐ u. Technologiezentrum Gebäude CA 2444 Seibersdorf, AUSTRIA
DI Michael Kitzmantel T: +43 (0)2255 -‐ 20600 E: info@rhp-‐technology.com W: www.rhp-‐technology.com
MATERIALS.
PERFECTLY.
TUNED.