PTW TUD Arbeitskre

Darmstadt
Vorstellung des Arbeitskreises Mikro SLM
Michael Kniepkamp
Jakob Fischer
Forschung für Fortschritt in der Produktion:
Willkommen am PTW
Bienvenido
Welcome
Namaste
Bienvenue
Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele | Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | 241022MK1 | 1
TU Darmstadt und das PTW:
Ein Motor für Innovationen
26.000
Studierende
3.500
Studierende
1300
Hörern pro Jahr
303
Professorinnen
und Professoren
27
Fachgebiete
12
Lehrveranstaltungen
700
Mitarbeiterinnen
und Mitarbeiter
87
Mitarbeiterinnen
und Mitarbeiter
70
Promotionen im
Jahr 2013
50
Laufende
Forschungs- und
Industrieprojekte
13
Fachbereiche
5
Studienbereiche
110
Studiengänge
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Dafür steht das PTW
Forschung
Wir streben nach ausgezeichneter
und anwendungsnaher Forschung
auf unseren Schwerpunkten
Lehre
Wir vermitteln praxisorientierte
und aktuelle Lehrinhalte durch
innovative Ausbildungskonzepte
Mitarbeiter
Wir qualifizieren und fördern
die Fach- und Führungskräfte
der Produktion von morgen
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Das PTW fokussiert auf anwendungsnahe Forschung
Mitarbeiter „festangestellte“
Lehre
Anzahl nach Tätigkeit
Administrativer Bereich
Lehrbeauftragte
19
12
4
Wissenschaftliche
Mitarbeiter
Werkstatt und technischer
Bereich
52
+ x Teilzeit-Mitarbeiter
Mitteleinnahmen
• 9 Vorlesungen mit ca. 1300
Hörern pro Jahr
• 3 Tutorien im Bereich
- CAD/CAM
- Werkzeugmaschinen und
Automatisierung
- CiP
• Über 120 Master- und
Bachelorarbeiten pro Jahr
Aufteilung in Prozent
Industrielle Verbundprojekte
1
13
Auftragsforschung Industrie
36
30
Grundlagenforschung
Landesmittel
20
• ca. 5,5 Mio. € eingeworbene
Drittmittel für Forschungsprojekte pro Jahr
• ca. 2/3 unserer Projekte sind
mit direkter Industriebeteiligung
Spenden
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PTW Forschungsgruppen
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Das Versuchsfeld des PTW
Maschinenpark
7
9
3
1
6
3
1
3-Achs HSC-Versuchsstände
3-Achs Bearbeitungszentren
5-Achs Bearbeitungszentrum
5-Achs Mikro-BAZ (Kern)
Drehmaschinen
Roboter mit Frässpindel
DLMS-Anlage (EOSINT270)
Messgeräte
Versuchsstände
• Versuchsstände für
Motorspindeln
• Versuchsstand für lineare
Messsysteme
• Schleuderprüfstand für
Fliehkraftuntersuchungen
• Wuchtmaschine
• Kraftmessplattformen
•
•
•
•
•
CMM (Leitz PMM 864, Quindos7)
3D-Oberflächenscanner (GFM)
Messmikroskope (Alicona, Hitec)
Perthometer (Mahr)
Form- und Lagemessgeräte
(Mahr)
• REM Phenom ProX
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Schwerpunkt Additive Fertigung
Unsere Kompetenzen
 Realisierung funktionsintegrierter Strukturen
 Qualifizierung neuer Werkstoffe
 Mikro Selective Laser Melting
Unser Angebot an die Industrie
 Unterstützung bei der Prozessanwendung und -auslegung
 Beratung zur prozessgerechten Bauteilgestaltung
 Steigerung der Prozesssicherheit, Produktivität und Qualität
 Erarbeitung von Lösungen für die Prototypen- und
Serienfertigung
 Etablierung hybrider Fertigungsprozesse
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Ausstattung für Additive Fertigung am PTW
Selektives Laserschmelzen (SLM)
Mikro Laserschmelzen (µSLM)
EOSINT M270
EOSINT µ60
•
•
•
•
•
200 W Laser,
100 bis 500 µm Fokusdurchmesser
20 bis 40 µm Schichtdicke
Material: 1.4542, TiAl6V4, 1.2709
Bauraum: 250 x 250 x 215 mm³
•
•
•
•
•
40 W Laser, CW und gepulst
30 µm Fokusdurchmesser
< 5 µm Schichtdicke
Material: 1.4404
Bauraum: Ø 56 mm x 30 mm
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Mikro SLM: Realisierung von Bauteilen mit hoher
Auflösung
Flexibler Greifer
Greiferkopf
Quelle EOS
Frauenkirche
Verdichter
Leichtbaumutter
Quelle 3D Microprint
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Welche Möglichkeiten bietet der AK Mikro SLM?
Arbeitskreis Mikro SLM
Teilnehmer
µ60 Mikro SLM Anlage
Nutzung der PTW µ60
durch Teilnehmer
Forschungsergebnisse
Prozess Know-How
Umfangreiche Messtechnik
Anlagentechnik
Festlegung der
Forschungsthemen
•
•
•
Teilnehmer
 Kooperative,
vorwettbewerbliche Forschung
zur Beschleunigung des
Innovationsprozesses
 5-10 Unternehmen
 Maschinenstunden zur
Realisierung eigener Projekte
 Laufzeit: 1 Jahr
 Halbjährliche Treffen
Teilnehmer
Aufteilung der Forschungskosten / Kooperationsvertrag
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Rahmenbedingungen Organisation
Rahmenbedingungen
 Gleichberechtigung aller Partner
 Auswahl der Arbeitspakete durch alle Partner
 Absicherung durch Geheimhaltungs- und
Kooperationsvertrag
 Kein Vetorecht über Aufnahme weiterer Teilnehmer bei
Neugründung
 Bei der Fortsetzung des Arbeitskreises haben AltMitglieder Vetorecht bei der Aufnahme neuer
Teilnehmer
Kosten: siehe folgende Folien
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Rahmenbedingungen Projektfinanzierung
Aufwand am PTW:
 Gesamtkapazität: 10 MM
 Projektlaufzeit 1 Jahre
Kosten für die Teilnehmer:




Festpreis von ca. 10000€ pro Teilnehmer
Kosten unabhängig von der Teilnehmerzahl
Zusätzlich anfallende Kosten werden vom PTW abgedeckt
Mindestens 5 Teilnehmer werden benötigt um den Arbeitskreis zu starten
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Roadmap zur Etablierung des Arbeitskreises „Mikro SLM“ am
PTW
Inbetriebnahme MLSAnlage
Projektstart AK
Jan. 2015
Vorversuche
Ausarbeitung
eines
Kooperations- und
Geheimhaltungsv
ertrages
Workshop
Zu-/Absage der
Teilnehmer
Auswertung der
Interessenlage
Versendung des
Projektplanes an
potenzielle
Teilnehmer
Ableiten von
möglichen AP`s
Auswertung und
erstellen eines
Projektplanes
Diskussion der
AP‘s mit
potentiellen
Teilnehmern
Ziel des Arbeitskreises:
Etablierung des neuen Verfahrens bei den Teilnehmern des Arbeitskreises
zur Fertigung ihrer Produkte
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Arbeitsinhalte: Interessen von potentiellen Anwendern
Eine Umfrage unter potentiellen Anwendern der Technologie hat ergeben, dass die
Oberflächenqualität, die mechanischen Eigenschaften und die Abbildegenauigkeit
für diese zunächst am wichtigsten sind. Diese Arbeitspakte wurden nun für das erste
Jahr im Arbeitskreis ausgewählt.
AP3
Optimierung der Oberflächenqualität
AP1
Optimierung der mechanischen Eigenschaften
AP2
Analyse zur Abbildegenauigkeit
AP4
Dünnwandige Strukturen
AP5
Gasdichtigkeit
AP6
Massive Bauteile
Geringes Interesse
Starkes Interesse
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AP 1: Optimierung der Oberflächenqualität
Ziel des Arbeitspaketes im Arbeitskreis:
 Sicherstellung der Übertragbarkeit der Ergebnisse auf
realitätsnahe Geometrien der Teilnehmenden Unternehmen.
 Weitere Optimierung der Oberflächen durch geeignete
Nachbearbeitungsprozesse.
Input AK Teilnehmer
Parameter für einfache
Geometrien
Erstellung realitätsnaher
Testkörper
Fertigung und Analyse
Input AK Teilnehmer
Die Geometriedaten der Teilnehmer
werden vertraulich behandelt. Es
werden lediglich die anonymisierten
Oberflächenkennzahlen allen
Teilnehmern mitgeteilt.
Optimierung
der Parameter
Vorarbeiten:
 Im Rahmen eines anderen Projektes am PTW werden an einfachen
Geometrieelementen Belichtungsstrategien, mit denen dort möglichst
hohe Oberflächengüten erreicht werden können, ermittelt .
Aussage über
erreichbare
Oberflächenqualität
Externe Nachbearbeitung
• Optimierte Oberflächenqualitäten für
realitätsnahe Bauteile
• Empfehlung für
Nachbearbeitungsstrategie von
µSLM-Bauteilen
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AP 2: Optimierung der mechanischen Eigenschaften
Vorarbeiten:
 In bereits durchgeführten Untersuchungen konnte
eine Bauteildichte von mehr als 99% nachgewiesen
werden. Die Übertragbarkeit der Dichte auf die
mechanischen Eigenschaften muss nun
nachgewiesen werden.
Zugfestigkeit bei unterschiedlichen
Dichten
956 MPa
1000
821 MPa
800
Arbeitsinhalte:

Entwicklung einer Methodik zur Prüfung der
Zugfestigkeiten an Mikroproben

Fertigung von Zugproben mit unterschiedlichen
Orientierungen im Bauraum

Verifikation der mechanischen Eigenschaften im
Stress [MPa]
644 MPa
600
501 MPa
400
348 MPa
Porosity / Area energy density
0.99 % / 1.90 J/mm²
1.93 % / 1.46 J/mm²
4.30 % / 1.17 J/mm²
8.43 % / 0.89 J/mm²
13.22 % / 0.73 J/mm²
17.35 % / 0.57 J/mm²
207 MPa
200
0
0
5
10
15
20
25
Strain [%]
30
35
40
Mikro Zugstab
Zugversuch

Vergleich mit konventionell hergestellten Zugproben
12 mm
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AP 3: Analyse zur Abbildegenauigkeit
Vorarbeiten:
 Strahlkompensation anhand der gemessenen
Schmelzspurbreite ausgewählt.
Arbeitsinhalte:
Beispiele für Prüfquerschnitte
Festlegen von Prüfbauteilen
Vergleich von CAD- und
Realdaten:
Fertigung
Analyse
Ableitung von
Korrekturfaktoren
•
•
•
•
Durchmesser
Wandstärke
Kantenlänge
Bauteilhöhe
• Angepasster Parametersatz
• Aussage über Abbildegenauigkeit
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Möglicher Zeitplan für das erste Arbeitskreisjahr
Arbeitskreis µSLM
1
2
3
4
5
2015
6
7
8
9
10
11
12
Arbeitspakete
1
Optimierung der Oberflächenqualität
1.1
Definition der Testkörper
1.2
Fertigung und Analyse der Testkörper
1.3
Externe Nachbearbeitung
1.4
Auswertungung und Dokumentation der Ergebnisse
2
Optimierung der mechanischen Eigenschaften
2.1
Entwickeln einer Methodik zur Prüfung der Zugfestigkeiten an Mikroproben
2.2
Fertigung und Nachbearbeitung der Zugproben
2.3
Fertigung der konventionellen Zugproben
2.4
Ermittlung der mechanischen Eigenschaften im Zugversuch
2.5
Auswertung und Dokumentation der Ergebnisse
3
Analyse zur Abbildegenauigkeit
3.1
Festlegen von Prüfbauteilen
3.2
Fertigung und Analyse der Prüfbauteile
3.3
Fertigung und Analyse der korrigierten Prüfbauteile
3.4
Auswertung und Dokumentation der Ergebnisse
Kick-Off Sitzung
1. Sitzung
2. Sitzung
Der Zeitplan und die genauen Arbeitsinhalte der Pakete sind noch
nicht final und können noch angepasst werden. Das weitere
Vorgehen wird in den jeweiligen Sitzungen abgestimmt.
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Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit!
Bei Fragen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.
Michael Kniepkamp, M.Sc.
Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen
Technische Universität Darmstadt
Otto-Berndt-Str. 2
(vormalige Straßenbezeichnung: Petersenstr. 30)
64287 Darmstadt
Tel.:
Fax:
e-mail:
Internet:
+49 61 51 | 16 76883
+49 61 51 | 16 33 56
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