Forum Werkzeug-, Formen- und Vorrichtungsbau

DIENSTAG, 5. JUNI 2018

Ort: CongressCenter, EG, Raum Carl Zeiss links

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08:30 - 09:30
Check-In
09:30 - 09:35
Begrüßung Carl-Zeiss Saal
09:35 - 10:30

Additive Fertigungsverfahren (AM), zum Zweck des Prototypings imVersuchsfahrzeugbau und die Fahrzeugentwicklung, sind seit mittlerweile knapp 30 Jahren im Einsatz und für diesen Nutzen etabliert. Die BMW Group gilt nicht nur als "early adopter" in diesem Feld, da die Technologien frühzeitig zielgerichtet eingesetzt wurden, sondern auch als etablierter Partner, wenn es darum geht neue Potentialfelder für neueste AM Technologien oder Werkstoffe zu identifizieren.
Sowohl auf Seiten der kunststoffbasierten, als auch auf Seiten der metallbasierten AM Verfahren wurde in den letzten Jahren intensiv mit einer strategischen Roadmap an der Serienbefähigung als logische Weiterführung zum Prototyping gearbeitet. Das verfolgte Ziel war es dabei nicht „Showcases“ zu generieren, sondern stets die gezielte Nutzung der verfahrensspezifischen Vorteile – Werkzeugsubstitution bei Kleinserien, Personalisierung, sowie belastungs- und verfahrensgerechte Bauteilauslegung für die Serie.
Anhand einiger Pilotprojekte wurde bereits in der Vergangenheit erfolgreich gezeigt, wo die AM-Verfahren für Kundenbauteile zum Einsatz kommen können. Mittlerweile ist die Additive Fertigung eine wichtige Säule der Digitalisierungsstrategie im Produktionsnetzwerk der BMW Group, um auch zukünftig nachhaltig und effizient produzieren zu können. Durch die Zusammenarbeit mit neuen Start-Ups und innovativen Partnern im AM Umfeld steigen die Qualität, Wirtschaftlichkeit und somit auch die Einsatzgebiete, weshalb es für die BMW Group essentiell ist weiterhin Vorreiter auf dem Gebiet der Additiven Fertigung zu bleiben.
In dem Vortrag wird gezeigt, wie der Serieneinsatz von AM-Technologien stufenweise vorangetrieben und umgesetzt wurde. Dabei wird neben der technischen und wirtschaftlichen Ebene auch auf strategisch zielführende Investitionen und Partnerschaften eingegangen, sowie gezeigt wie entsprechende Abnehmerprojekte mit der Fokussierung auf Bauteile in Endkundenqualität entwickelt und abgesichert wurden.

Keynote 1
Dr. Dominik Rietzel | BMW Group

Herr Dr.-Ing. Dominik Rietzel studierte an der TU München Chemieingenieurwesen mit der Vertiefungsrichtung Werkstoffe und deren mechanische Eigenschaften. Seine Diplomarbeit befasste sich mit der Qualifizierung von Kunststoffen für medizinische Anwendungen und wurde mit dem DIN Preis für Standardisierung ausgezeichnet. Die Dissertation mit dem Titel "Werkstoffverhalten und Prozessanalyse beim Laser-Sintern von Thermoplasten" fertigte er in der Zeit von 2007 bis 2011 am Lehrstuhl für Kunststofftechnik (LKT) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg an. Die erlangten Erkenntnisse können besonders zur Qualifizierung und Verbesserung der Verarbeitbarkeit neuer Thermoplaste genutzt werden, da sie einen Einblick in die fundamentalen Zusammenhänge des Schmelz- und Kristallisationsvorgangs bei pulverbettbasierten Verfahren geben. Herr Rietzel gehörte diversen Normungsgremien an und konnte als stellvertretender Leiter der VDI Fachausschusses "Additive Manufacturing - Kunststoffe" dazu beitragen die erste Richtlinie zur Güteüberwachung von Laser-Sinterbauteilen (VDI 3405 Blatt 1) zu realisieren.
Nach seiner Promotion sammelte er erste industrielle Erfahrungen in der Automobilbranche bei der MAN Truck & Bus GmbH, wo er zuletzt die "Qualitätssicherung, Korrosionsschutzlinie und Lackdisposition" in der Fahrerhauslackiererei verantwortet hat. Auch in dieser Zeit befasste er sich weiter mit der Additiven Fertigung und war unter anderem als Berater für Anlagenhersteller in AM Bereich tätig.
Mit seinem Wechsel zur BMW Group legte er seinen Schwerpunkt wieder auf AM Technologien und deren Anwendungen im automobilen Umfeld. Dabei war er unter anderem für die Integration neuer Technologien in die Fertigung (z.B. MJF oder CLIP) verantwortlich. In dieser Vorentwicklungstätigkeit konnten die ersten Ansätze geschaffen werden für die Personalisierung von Produkten, wie beispielsweise dem Side Scuttle oder der Dekorblende von MINI, welche in 2018 mit „MINI Yours Customised“ in Serie gegangen sind. Seit 2016 leitet Herr Rietzel im Additive Manufacturing Center der BMW Group die Fachabteilung Nichtmetalle und ist dort für die F&E Aktivitäten, den Prototypenbau sowie die Serienproduktion verantwortlich.

10:30 - 11:00
Pause
Session 1
Moderation: Dietmar Frank, EOS GmbH
11:00 - 11:30

Die lichtbogenbasierte additive Fertigung ermöglicht eine bisher nicht mögliche effiziente und kostengünstige Fertigung von Kleinserien beginnend ab Losgröße 1. Als erstes additives Verfahren überhaupt lassen sich mit dem 3DMP®-Prozess auch einfache Bauteile wirtschaftlich herstellen – auch im direkten Vergleich mit konventionellen zerspanenden Bearbeitungsmethoden. Durch die 5-Achs Bearbeitung ergeben sich vielfältige geometrische Freiheiten bei gleichzeitigem Verzicht auf bisher notwendige Stützstrukturen, so dass eine optimale Werkstoffausnutzung gewährleistet ist.
Diese vielfältigen Möglichkeiten können ab sofort durch integrierte subtraktive Bearbeitungseinheiten noch erheblich erweitert werden, da es nun – in Verbindung mit der speziell dafür angepassten CAM-Software - ermöglicht wird, subtraktive Bearbeitungsschritte im Wechsel mit der additiven Bearbeitung durchzuführen. So können gezielt Bereiche bearbeitet werden, die im späteren Fertigungsverlauf nicht oder nur sehr aufwändig bearbeitet werden können. Hierzu zählen zum Beispiel Kühlkanäle und andere Hohlstrukturen.
Die subtraktive Bearbeitung kann dabei individuell in den additiven Fertigungsprozess integriert werden, so dass eine höhere Bauteilqualität bei gleichzeitig optimaler Wirtschaftlichkeit erreicht werden kann.
Im Rahmen der hier gezeigten Vorstellung sollen die technologischen Möglichkeiten der kombinierten additiven und subtraktiven Bearbeitung in einem hybriden Prozess sowie CAM-softwaretechnischen Lösungen tiefergehend erläutert werden.

Vortrag 1/1
Georg Fischer | GEFERTEC GmbH

Werdegang:
Jul. 2001 Abitur am Elisabeth-Gymnasium Eisenach
Okt. 2001 - Sep. 2002 Studium Chemie an der Georg-August-Universität Göttingen
Okt. 2002 - Dez. 2006 Studium Maschinenbau an der Technischen Universität Ilmenau, Vertiefungsrichtung Produktionstechnik und Logistik
Dez. 2006 Diplomarbeit: „Lasersynthese nanostrukturierter Keramiken aus flüssigen Precursoren“
Jan. 2007 DGQ-Zertifikat: „Quality Systems Manager Junior“
Mrz. 2007 Förderpreis Maschinenbau 1. Klasse für die Diplomarbeit „Lasersynthese nanostrukturierter Keramiken aus flüssigen Precursoren“
Jan. 2007 - Dez. 2007 Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachgebiet Fertigungstechnik der Technischen Universität Ilmenau - Schwerpunkt Nanotechnologie
Jan. 2008 - Aug. 2008 Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachgebiet Füge- und Beschichtungstechnik der Technischen Universität Berlin - Schwerpunkt Nanotechnologie
Sep. 2008 - Jun. 2011 Entwicklungsingenieur bei der pro-beam technologies GmbH, Halle (Saale), ab Jan. 2011 pro-beam technologies GmbH, Burg - Schwerpunkt Prozessentwicklung
Sep. 2009 - Nov. 2009 Zusatzausbildung „International Welding Engineer (IWE)“ an der Schweißtechnischen Lehr- und Versuchsanstalt Halle (Saale)
Jul. 2011 - Mai 2015 Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachgebiet Füge- und Beschichtungstechnik der Technischen Universität Berlin - Schwerpunkt Elektronenstrahlmaterial-bearbeitung
Jun. 2013-Dez. 2014 Entwicklungsingenieur evobeam GmbH, Nieder-Olm - Schwerpunkt Prozessentwicklung
Seit Okt. 2011 Freiberuflicher Ingenieur - Schwerpunkt Beratung und Schulung Elektronenstrahlanwendungen
Seit Jan. 2015 Geschäftsführender Gesellschafter GEFERTEC GmbH

11:30 - 12:00

Neben der Produktion von Einzelteilen und Kleinserien findet die additive Fertigung von Werkzeugen und Vorrichtungen immer größere Verbreitung. Besonders im Bereich der Kleinserienfertigung in der Größenordnung von 50.000 Teilen eignen sich additiv gefertigte Kunststoffvorrichtungen besonders aufgrund der geringen Kosten und der kurzen Herstellungszeiten. Selbst kleinere Serien sind durch die additive Fertigung rentabel.
Wegen der geringen Infrastruktur der FDM Technologie können Vorrichtungen auch auf engstem Raum in unmittelbarer Nähe zum späteren Einsatzbereich wie der Montagelinie gefertigt werden.
Auch erlaubt die direkte Verwendung digitaler Werkstückdaten und Spannzeugbibliotheken die Integration in die digitale Fertigung.

Vortrag 1/2
Frank Schäflein | Stratasys GmbH
12:00 - 12:30

Im Fall von Werkzeugen und Formen sind Temperierungen aus unterschiedlichsten Gründen notwendig bzw. steigern die Prozesseffizienz und Bauteilqualität. Angefangen vom ungeregelten Kühlen und Erwärmen bzw. deren Kombination kann auch das Einstellen einer konstanten und homogenen Temperatur über die Bauteilquerschnitte und -fläche eine Anforderung darstellen. Additive Fertigungsverfahren ermöglichen die Realisierung konturangepasster Temperierkanäle für die Werkzeugtemperierung. Der Ansatz beruht darauf, Verfahren der additiven Fertigung, im speziellen das formgebende Lichtbogenschweißen und Diffusionsschweißen, so zu entwickeln, dass Formwerkzeuge mit integrierten Temperierkanalstrukturen größerer Abmessungen erzeugt werden können. Dabei werden die Potentiale der beiden Schweißverfahren für die Herstellung geometrisch großer Formwerkzeuge mit komplexen Kanalstrukturen untersucht. Im Vorhaben werden die Werkstoffe 1.2083 und 1.2343 bzw. die entsprechenden Zusatzwerkstoffe experimentell untersucht. Es werden Ergebnisse zur Vorgehensweise und Herstellung eines Funktionsmusters (100 mm x 100 mm x 25 mm) mit Temperierstrukturen vorgestellt. Es werden Temperierstrukturen mit runden und quadratischen Querschnitten bei gerader bzw. mäanderförmiger Kanalführung betrachtet. Die Strategien zur Herstellung der Temperierstrukturen in Abhängigkeit des additiven Fertigungsverfahrens werden vorgestellt. Dabei werden auf die Besonderheiten der Werkstoffe und Eigenschaften des Funktionsmusters, z. B. Homogenität des Härteverlaufes, nach der additiven Herstellung eingegangen. Die Funktionsmuster werden in einer variothermen Ventilstation mit Temperaturänderungen beaufschlagt und mittels Thermografie bezüglich Temperaturhomogenität und Temperaturänderungsgeschwindigkeit untersucht.

Vortrag 1/3
Jörg Hildebrand | Forschergruppe "TemGro" (2016 FGR 0035) HS Schmalkalden, ifw Jena, TU Ilmenau

Berufstätigkeit
seit 01/2016 Akademischer Rat, Fachgebiet Fertigungstechnik, Fakultät Maschi-nenbau, Technische Universität Ilmenau
10/2010 – 12/2015 Juniorprofessor (W1) „Simulation und Experiment“, Fakultät Bauin-genieurwesen, Bauhaus-Universität Weimar
10/2010 – 12/2015 wissenschaftlicher Leiter der Versuchstechnischen Einrichtung (VTE), Bauhaus-Universität Weimar
10/2001 – 09/2010 Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Professur Stahlbau, Bauhaus-Universität Weimar – Prof. Dr.-Ing. habil. Frank Werner
05/2000 – 08/2000 Studentische Hilfskraft im Teilprojekt A4 „Parameteridentifikation auf der Basis von FE-Modellen“ des Sonderforschungsbereiches 524 „Werkstoffe und Konstruktion für die Revitalisierung von Bauwer-ken“, Bauhaus-Universität Weimar

Hochschulausbildung
12/2008 Promotion an der Bauhaus-Universität Weimar Fakultät Bauingenieurwesen: „Numerische Schweißsimulation – Bestimmung von Temperatur, Gefüge und Eigenspannung an Schweißverbindungen aus Stahl- und Glaswerkstoffen“, Ab-schluss: Dr.-Ing., Prädikat „summa cum laude“
10/1996 – 09/2001 Studium an der Bauhaus-Universität Weimar
Studiengang Bauingenieurwesen, Vertiefung: Konstruktiver Ingeni-eurbau, Abschluss: Dipl.-Ing., Prädikat „sehr gut“, Note: 1,4

Zivildienst
07/1995 – 09/1996 Ableistung des Zivildienstes

Schulausbildung
09/1991 – 08/1995 Neideck-Gymnasium, Arnstadt
Abschluss: Hochschulreife, Note 1,5
09/1983 – 08/1991 Polytechnische Oberschule „Louis Fürnberg“ Gräfenroda

12:30 - 14:30
Mittagspause und Besuch der Fachmesse
Session 2
Moderation: Holger Löffler, Vorwerk Elektrowerke GmbH & Co. KG
14:30 - 15:00

Tire mold designs have to consider a balance between tire performance, tire appearance and mold maintenance. While 3D printing of tire molds offers benefits in flexibility and differentiation of tread design, mold venting and process time required for 3D mold printing are severe obstacles in establishing 3D printing as a viable maufacturing technology. Using innovative laser technology for the generation of functional micro slots and its Ventless Twin Shell mold design, Avonisys provides important prerequisites to make mass volume 3D printing of molds economically feasible.

Vortrag 2/1
Stephan Mohren | Avonisys AG
15:00 - 15:30

Rapid Tooling ist ein in der Literatur nicht eindeutig definierter Begriff der ganz allgemein die schnelle Werkzeugherstellung unter Verwendung verschiedener Fertigungsverfahren beschreibt. Die Gliederung der Fertigungsverfahren für die Werkzeugherstellung in konventionelle und additive Verfahren stellt einen möglichen Ansatz dar. Entlang der Prozesskette zur Werkzeugherstellung können weiterhin direkte und indirekte Verfahren unterschieden werden. Direct Polymer Additive Tooling umschließt hierbei die direkte additive Fertigung von Formwerkzeugen und –einsätzen aus Polymermaterialien für verschiedene Endbauteilherstellungsprozesse.
Die hier vorgestellte vergleichende Studie zeigt das wirtschaftliche Potenzial additiv hergestellter Kunststoff-Spritzgussformen unter Berücksichtigung der mechanischen und thermischen Eigenschaften der Werkzeuge und der daraus resultierenden Bauteilqualität.
Die PolyJet-Technologie wird genutzt um zwei Polymer-Spritzgussformen in "Digital ABS" und "Rigur" zu drucken; ein konventionell gefrästes Werkzeug aus Aluminium dient als Referenz. Um Formstabilität, Oberflächenrauhigkeit, Werkzeugstandzeit und Wirtschaftlichkeit zu ermitteln, werden Formgebungsversuche mit ABS-Teilmaterial durchgeführt.
Ähnliches Verhalten und Teilequalität wurden bei beiden PolyJet-Werkstoffen beobachtet. Das Werkzeug aus "Rigur“ hielt 166 Zyklen, "Digital ABS“ mehr als 250 Zyklen stand. Formteile aus beiden Werkzeugen erreichten über alle produzierten Teile hinweg eine Maßhaltigkeit, die mit den Referenzbauteilen vergleichbar ist. Vergleichbare Oberflächenrauhigkeiten konnten nicht erzielt werden. Insgesamt erreicht "Digital ABS“ eine Gesamtkostenersparnis von 10 %, "Rigur“ von 15 % für die betrachtete Anwendung.
Unterschiede in den Formteileigenschaften und geometrischen Grenzen wurden nicht untersucht. Weitere Versuchsreihen werden die resultierenden Formteileigenschaften untersuchen und die geometrischen Grenzen gedruckter Polymerwerkzeuge berücksichtigen.
Diese Studie liefert einen direkten technologischen und wirtschaftlichen Vergleich zwischen konventionell gefrästen Aluminiumwerkzeugen und additiv hergestellten Polymer-Formeinsätzen. Die erzielten Ergebnisse zeigen das Potenzial von additiv hergestellten Polymerwerkzeugen für Spritzgussanwendungen.

Vortrag 2/2
Peter Ayvaz | PEM der RWTH Aachen University

Studium:
2009-2015: Maschinenbau Studium an der RWTH Aachen und der Tsinghua University in Peking
Schwerpunkt: Fertigungstechnik
2015-2016: Unternehmensberater bei Boston Consulting Group
Diverse Projekte in den Industrien Mobility, Logistik und Pharma
Seit Okt. 2016: Wissenschaftlicher Mitarbeiter am PEM der RWTH Aachen, Gruppe Kunststoffkomponenten
Forschungsschwerpunkt: Additive Fertigung im Bereich des Werkzeugbaus

15:30 - 16:00

Die Erzielung einer bestimmten optischen Qualität oder einer ausreichenden Abformung der Oberfläche erfordert eine erhöhte Oberflächentemperatur beim Einspritzen. Um diese Ziele zu erreichen, können Spritzgusswerkzeuge dynamisch temperiert werden, der Einspritzprozess, die Füllung des Werkzeugs wird durch diskretes Aufheizen und der Abkühlprozess wird durch eine Kühlung der Werkzeughälften begleitet. Das Aufheizen und Kühlen der Werkzeughälften sind umso effizienter je näher Kühlung und Heizung an der Werkzeugoberfläche wirkt. Durch die schichtweise additive Fertigung der Werkzeuge lassen sich Kanäle, die kalte oder heisse Flüssigkeiten führen, konturnah direkt unter der Werkzeugoberfläche fertigen. Das selektive Laserschmelzen als additives Fertigungsverfahren hat hierbei besondere Vorteile, insbesondere können auch sogenannte Hybridwerkzeuge gefertigt werden, d.h. auf einfachen Werkzeuggrundplatten oder –einsätzen lassen sich die komplexen Strukturen mit konturnaher Temperierung additiv aufbauen. In diesem Beitrag werden thermische Simulationen bezüglich der Optimierung des Spritzgussprozesses durch den Einsatz einer Variotemperierung gezeigt. Im Weiteren wurde ein Variotherm-Werkzeug in Werkzeugstahl mit konturnaher Temperierung entwickelt und additiv mittels selektiven Laserschmelzens hergestellt und im Einsatz erprobt. Anhand von weiteren Beispielen werden erfolgreiche Umsetzungen dieser Technologie aber auch die Herausforderungen insbesondere bei der additiven Herstellung von Hybridwerkzeugen dargestellt.

Vortrag 2/3
Dr. Andreas Kirchheim | Zentrum für Produkt- Prozessentwicklung ZPP, Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
16:00 - 16:30

Seit der ersten Patentanmeldung einer additiven Fertigungsanlage, basierend auf dem
Verfahren der Stereolithographie, 1984, gewinnen die generativen Fertigungsverfahren
zunehmend an Bedeutung. Gerade in der Prototypenherstellung im Vorfeld der
Serienproduktion von Spritzgieß-Artikeln wird oftmals auf eine der vielfältigen
Technologien zurückgegriffen.
Allerdings wird in diesen Fällen in der Regel das eigentliche Bauteil als Prototyp direkt
additiv gefertigt. So ergeben sich erhebliche Unterschiede bezüglich optischer und
mechanischer Eigenschaften zwischen den so hergestellten Prototypen und den
gewünschten Serienbauteilen. Um diese Probleme zu umgehen, wird immer wieder ein
Anwendungsgebiet der additiven Fertigungsverfahren genannt, das Rapid Tooling. Hierbei
werden die Vorteile der additiven Fertigung genutzt, um vollständige Formwerkzeuge in
einem einzigen, schnellen und direkten Arbeitsgang herzustellen.
Da viele Unwägbarkeiten mit der Nutzung generativ gefertigter Werkzeugeinsätze aus
Kunststoff einhergehen, hat das Kunststoff-Institut Lüdenscheid innerhalb des
Verbundprojekts „RapidTooling“ den Nutzen und die auftretenden Problemstellungen der
additiven Fertigung im Bereich des Spritzgießens untersucht.
Der Vortrag beleuchtet die gemachten Untersuchungen hinsichtlich der wichtigsten
Fragen zur Herstellung von Spritzgussteilen. Wie viele Bauteile, aus möglicherweise
gefülltem und abrasivem Material, können in Abhängigkeit eines bestimmten
Druckmaterials in einem gedruckten Werkzeugeinsatz hergestellt werden? Und ist es
möglich, die gedruckten Werkzeugeinsätze mit konventionellen Kühltechniken zu
temperieren, um die Werkstückeigenschaften wie bei spritzgegossenen Bauteilen zu
erhalten? Als letzter Aspekt erfolgt die Betrachtung der Oberfläche der spritzgegossenen
Prototypen.

Vortrag 2/4
Stefan Hins | Kunststoff-Institut Lüdenscheid GmbH

Dipl.-Ing. Stefan Hins, Jahrgang 1978, absolvierte eine Lehre als Werkzeugmechaniker
(Kunststofftechnik) bei der Firma Erwes-Reifenberg GmbH & Co. KG in Finnentrop.
Von 2001 bis 2005 studierte er an der FH Südwestfalen in Iserlohn Maschinenbau
Fachrichtung Kunststofftechnik.
Nach seinem Studium arbeitete Herr Hins im Projektmanagement der Fa. Erwes-Reifenberg
GmbH bis zu seiner Anstellung 2008 am Kunststoffinstitut – Lüdenscheid. Anfänglich im
Bereich der Verfahrensentwicklung tätig, übernahm er 2011 die Leitung des Bereiches
Werkzeug- und Beschichtungstechnik und ist dort in Funktion als Bereichsleiter für diesen
Bereich verantwortlich.
Fachlich beschäftigt er sich in dieser Zeit schwerpunktmäßig mit der Temperierung von
Spritzgießwerkzeugen und Entwicklung von neuen Technologien für die
Werkzeugtemperierung (z.B. Systeme wie BFMOLD™ und das Z-System) und weiteren
Themengebieten im Bereich der Optimierung von Spritzgießwerkzeugen. Darüber hinaus
erstreckt sich das Aufgabengebiet über die Simulation und Optimierung von
Spritzgießbauteilen, Korrosionsthematiken an Werkzeugen sowie werkzeugtechnische
Unterstützungen weltweit.
Seit 2010 beschäftigt sich Herr Hins mit Fragestellungen rund um das Thema 3D-Druck von
Werkzeugeinsätzen.

16:30
Ende
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