Forum AM Science - Teil 1

MITTWOCH, 6. 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

Die Leistungsdichte in der Formel 1 ist sehr hoch. Über Sieg oder Niederlage entscheiden nur Bruchteile einer Sekunde.

Während 7 Tagen werden rund um die Uhr mit modernsten Materialien geforscht und Prozesse entwickelt. Nur so können wir mit dem notwendigen Pensum mit der Technikentwicklung mitgehen und sogar eigene Trends setzen.

Das Sauber F1 Team setzt daher in der aerodynamischen Entwicklung sowie auf der Rennstrecke auf die additive Fertigung.

Auf diesem Weg werden so täglich bis zu 300 Teile für den Einsatz im Windkanal und am F1-Fahrzeug sowie für Drittkunden gefertigt. Hierbei handelt es sich nicht nur Prototypenteile sondern auch um Vorrichtungen, Lehren oder sonstige Werkzeuge und industrielle Kleinserienteile.

Zum Einsatz kommen hier grossvolumige SLA und SLS Maschinen mit eigens für unsere Anwendungsbedürfnisse entwickelten Hochleistungsmaterialien.

Um den maximalen Output und minimale Lieferzeiten gewährleisten zu können, wird der gesamte additive Fertigungsbereich inklusive Vor - und Nachbereitung im 24/7 Modus betrieben.

Unserer eigner Anspruch an Qualität ist vor allem durch reproduzierbare Ergebnisse im Windkanal angetrieben. Durch die Optimierung jeglicher Prozesse und Begleitprozesse wird nicht nur eine gleichbleibend hohe Qualität gewährleistet sondern auch eine sehr hohe Flexibilität geboten. Hiervon profitieren das interne und externe Geschäft gleichermassen.

Keynote 2
Scott Crump | Stratasys

Scott Crump is the Chief Innovation Officer of Stratasys, focused on leading and managing Innovation by originating and encouraging new ideas, which result in new solutions and products to market.

Mr. Crump is the inventor of Fused Deposition Technology (FDM) and a co-founder of Stratasys in his home garage along with his wife Lisa Crump. They shipped one system in the first commercial year and now Stratasys has over 200,000 3D Printers at customer sites.

In addition to creating the first 3D printer using FDM, which is 90% of the 3D printers used globally today, his focus is easy to use Additive Manufacturing products, not labor intense products; Including AM automation from front end quote engines, order taking, and slicing, queuing and automatic support removal. Also, including offering all the production grade thermal plastics and many of the thermal set plastics.

Mr. Crump served as the CEO, Chairman, and Treasurer of Stratasys from the 1988 start up through 2012.

He is on the Board of Directors and is currently serving as Chairman of the Executive Committee since February 2015.  Prior to that, he served as the Chairman of the Board since inception in 1988.

From 1982 to 1988, Mr. Crump was co-founder and Vice President of Sales of IDEA, Inc., a premier brand manufacturer of load and pressure transducers. Mr. Crump continued as a director and shareholder until its sale to Vishay Technologies, Inc. (NYSE: VSH) in April 2005.

Mr. Crump holds a B.S. in Mechanical Engineering from Washington State University and attended UCLA’s Business Management Development for Entrepreneurs.                 

10:30 - 11:00
Pause
Session 1
Moderation: Stefan Kleszczynski, Universität Duisburg-Essen
11:00 - 11:30

Studies within the quality assurance of conventionally produced components have shown that monitoring systems based on active thermography result in more stable and detailed information about defect zones compared to passive thermography. Passive thermography was found to be a feasible approach for detecting flaws in components manufactured by laser beam melting (LBM). Based on these findings, the suitability of active thermography as a monitoring principle for LBM was investigated in a preliminary ex-situ study and a subsequent in-situ-arrangement. In the in-situ study, the manufacturing of layers is followed by an excitation with the process laser as an input signal. The response signal, consisting of temperature field data of the test specimen surface over time, was detected by a micro-bolometer camera. This data were evaluated by means of a Fast Fourier Transformation. The analysis of the phase progression was found to represent a suitable approach for the differentiation between defect and sound areas. Combined examinations of the phase for various evaluation frequencies have the potential to specify potential flaws. These insights can serve as a starting point for an in-process, layer by layer monitoring tool, contributing to a more sophisticated total quality management of additively manufactured parts.

Vortrag 1/1
Cara Kolb | iwb, Technische Universität München (TUM)

Ausbildung

Ab 10/2015
Masterstudium an der Technischen Universität München

Studiengang: Maschinenbau und Management (Fakultät Maschinenwesen)
Thema der Masterarbeit: Concept & Validation of additively manufactured electrodes for lithiumion
batteries (in Bearbeitung)
Thema der Semesterarbeit: Active Thermography as a Quality Assurance for Laser Beam Melting (LBM)

10/2011 – 04/2015
Bachelorstudium an der Technischen Universität München

Studiengang: Energie- und Prozesstechnik (Fakultät Maschinenwesen)
Thema der Bachelorarbeit: Weiterentwicklung von Ansätzen zur Verbesserung der Offshore-Tauglichkeit eines neuartigen Hebesystems für Windkraftanlagen

09/2003 – 06/2011
Feodor-Lynen-Gymnasium, Planegg

Schulabschluss: Allgemeine Hochschulreife

Aktivitäten in der Forschung

Seit 03/2016
Trainee am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der Technischen Universität München
Fachbereich: Additive Fertigung
Aufgabenbereich: Mitwirken an Antragstätigkeiten und Industrieprojekten, Unterstützung von Lehretätigkeiten, Projektmanagement, Öffentlichkeitsarbeit

Praktische Erfahrung
04/2016 – 09/2016
Auslandspraktikum bei BMW SA (Pty.) Ltd., Pretoria
Fachbereich: Absicherung Elektrik/Elektronik, Fahrwerk & Antrieb (Total Quality Management)

10/2015 – 02/2016
Tutorin am Lehrstuhl für Thermodynamik der Technischen Universität München

03/2015 – 09/2015
Ingenieurpraktikum bei der BMW Group, München
Fachbereich: Kundenorientiertes Testing für die BMW 7er-Serie

10/2014 – 02/2015
Tutorin am Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Werkstoffmechanik der Technischen Universität München

10/2014 – 02/2015
Tutorin am Lehrstuhl für Thermodynamik der Technischen Universität München

10/2012 – 10/2014
Werkstudententätigkeit bei der Alphaform AG, Feldkirchen

09/2012 – 10/2012
Ingenieurpraktikum bei der Alphaform AG, Feldkirchen

07/2011 – 08/2011
Fertigungspraktikum bei der Fa. Dietl Feinmechanik GmbH, Gauting

11:30 - 12:00

Die Qualität (ausgedrückt durch die Dichte, Oberflächenrauheit, usw.) von mittels L-PBF gefertigten Bauteilen ist unter anderem abhängig von ihrer Position innerhalb des Bauraums. Ein möglicher Grund hierfür ist der Einfallswinkel der Laserstrahlung relativ zum Pulverbett. Die Experimente werden mit Blick auf eine mögliche Interaktion der Laserstrahlung mit Prozessnebenprodukten (Spritzer, Metalldampf), den durch Auslenkung elliptischen Strahldurchmesser sowie dem Einfallswinkel relativ zu Schmelze durchgeführt. Zur Darstellung der Prozessnebenprodukte wird eine Highspeed Kamera inkl. externer Beleuchtung eingesetzt. Zur Untersuchung wird die Sensitivität unterschiedlicher Prozessparameter auf den Einfallswinkel am Beispiel von Ti6Al4V analysiert. 

Vortrag 1/2
Maximilian Schniedenharn | Fraunhofer ILT

Maximilian Schniedenharn arbeitet seit Abschluss seines Maschinenbaustudiums an der RWTH Aachen Ende 2012 als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer ILT in der Arbeitsgruppe Laser Powderbed Fusion. Hier beschäftigt er sich mit dem Einfluss der Maschine auf die Robustheit des Prozesses. Sein derzeitiger Forschungsschwerpunkt ist die Untersuchung der Auswirkung von thermooptischen Effekten sowie der Schutzgasströmung auf die Bauteilqualität.

12:00 - 12:30

Die meisten additiven Fertigungstechnologien besitzen die Gemeinsamkeit, dass Bauteile Schicht für Schicht hergestellt werden, basierend auf physikalischen Modellen, die mittels dreidimensionalen CAD-Modellen (Computer Aided Design) generiert wurden. Im Gegensatz zu den meisten anderen auf dem Markt verfügbaren additiven Herstellungsverfahren im Polymerbereich, basiert das Prinzip des ARBURG-Kunststoff-Freiform Verfahrens auf dem Aufschmelzen von herkömmlichen thermoplastischen Polymergranulaten in einer Plastifiziereinheit. Eine spezielle Austragseinheit, bestehend aus einem Düse-Nadel-System, erzeugt durch hochfrequente Piezotechnik kleine Kunststofftropfen, die auf einen Bauteilträger abgelegt werden. In dieser Arbeit werden die strukturellen Eigenschaften mit den mechanischen Eigenschaften von additiv gefertigten Prüfkörpern aus thermoplastischen Polymeren korreliert. Fokus der Untersuchungen liegt auf der Analyse der Grenzflächenstruktur in den Schichtübergängen und der Untersuchung der mechanischen sowie bruchmechanischen Eigenschaften von Probekörpern, additiv gefertigt mit der ARBURG-Kunststoff-Freiform-Technologie. Der Einfluss, einer Variation der Porosität der Prüfkörper, auf das Bruchverhalten von Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und Polypropylen (PP) wurde mittels instrumentiertem Kerbschlagbiegeversuch untersucht. Dieses Verfahren liefert zusätzlich zur Ermittlung der Kerbschlagzähigkeit, eine Charakterisierung des Kraft-Durchbiegungs-Verhaltens. Des Weiteren erfolgt eine strukturelle Analyse der Grenzflächen der ausgetragenen Polymertropfen im Prüfkörperverbund in einer lichtmikroskopischen Untersuchung.

Vortrag 1/3
Franziska Kaut | Procter&Gamble
12:30 - 14:30
Mittagspause und Besuch der Fachmesse
Session 2
Moderation: Prof. Dr. Gerd Witt, Universität Duisburg-Essen
14:30 - 15:00

Durch technologische Fortschritte entwickelt sich das Laser-Sintern in den letzten Jahren zunehmend zu einem Serienfertigungsverfahren. Ein großes Hindernis für den Einsatz des Verfahrens ist die kleine verfügbare Material-auswahl. Polyamid 11 und insbesondere Polyamid 12 stellen immer noch die Standardwerkstoffe dar. Alternative Materialien werden aufgrund unzu-reichender Materialeigenschaften, schwierigem Verarbeitungsverhalten oder hohen Materialkosten nur selten eingesetzt. Neue Materialien sind jedoch hinsichtlich der Verfahrensetablierung von entscheidender Bedeutung, da die Standardmaterialien nicht alle geforderten Eigenschaftsprofile wie z. B. Wärmeformbeständigkeit oder mechanische Belastbarkeit abdecken können.
Ein grundlegendes Verständnis über die Zusammenhänge von Material, Prozess sowie Bauteileigenschaften ist erforderlich, um erfolgreich neue Materialien für den Laser-Sinter-Prozess zu qualifizieren. In diesem Bereich wird neues Wissen über eine bislang wenig betrachtete Materialklasse erarbeitet. Im Rahmen des Vortrages werden unterschiedliche Entwicklungen zu alternativen Polyamid-Werkstoffen wie Polyamid 6 und Polyamid 1010 präsentiert. Hierbei wird auf die wesentlichen Verarbeitungseigenschaften der neuen Materialien eingegangen und verfügbaren kommerziellen Materialien gegenüber gestellt. Gleichzeitig werden in Abhängigkeit der Prozessparameter die erzielbaren Bauteileigenschaften hinsichtlich Zugei-genschaften untersucht. Auf Basis der Messergebnisse werden Korrelatio-nen zwischen dem Energieeintrag und den Bauteileigenschaften abgeleitet. Somit wird ein erweitertes Wissen über die Entwicklung neuer Materialien für das Laser-Sintern geschaffen.

Vortrag 2/1
Andreas Wegner | AM Polymer Research UG
15:00 - 15:30

Die Materialauswahl für den Lasersinter Prozess (SLS) ist immer noch gering und somit auch das Potential, neue Anwendungen für das Additive Fertigungsverfahren zu finden. Insbesondere Industriefelder wie Elektronik, Luftfahrt und Automobil fordern Hochleistungskunststoffe mit hohen Festigkeiten und Temperaturbeständigkeiten. In dieser Arbeit wurde ein neues SLS Material, das von Evonik entwickelte PA613, untersucht. Dieses kann möglicherweise zur Anwendung kommen, wo PA6 aus konventionellen Fertigungsverfahren eingesetzt wird. Aufgrund einer höheren Schmelztemperatur im Vergleich zum Standard Lasersinter Material PA12 kann PA613 in Hochtemperaturanwendungen zum Einsatz kommen. Trotz der höheren Schmelztemperatur ist das Material mit einer leicht angepassten EOS P396 Anlage verarbeitbar, wenngleich dazu einige Prozessparameter modifiziert werden müssen. Neben der Bestimmung einiger prozessrelevanter Materialeigenschaften wurden erste mechanische Eigenschaften bestimmt. Verschiedene Prozessparameter bei der Verarbeitung von PA613 wurden variiert und robuste Parameter gefunden. Dabei wurden erste mechanische Eigenschaften ermittelt und mit den Parametervariationen korreliert.

Vortrag 2/2
Christina Kummert | Universität Paderborn, DMRC
15:30 - 16:00

Das selektive Lasersintern von Kunststoffen findet zunehmend Einsatz für die Herstellung von individualisierten und geometrisch komplexen Bauteilen in der Prototypen- und Kleinserienfertigung. Dabei hängen die resultierenden Bauteileigenschaften neben den verwendeten Prozessparametern vor allem von der Bauteilorientierung und somit vom schichtweisen Aufbau ab. So zei-gen viele Untersuchungen, dass durch die verwendeten Prozessparameter wie Vorheiz- und Bauraumtemperatur, Energiedichte und Abkühlbedingungen die Bauteileigenschaften wesentlich beeinflusst werden. Durch die Vielzahl der Einflussmöglichkeiten ist eine Trennung der Effekte oft schwierig. Grund-legend bleibt jedoch der schichtweise Aufbau der Bauteile konstant und die damit einhergehende Anisotropie der Bauteileigenschaften. Ziel dieser Unter-suchungen ist es daher einen Zusammenhang zwischen dem Schichtaufbau und damit verbunden Entwicklung der mechanischen und inneren Bauteilei-genschaften zu ermitteln. Hierzu wurde das Verhalten von in xy-orientierten Einzelschichten sowie sukzessive gesteigerter Schichtanzahl im quasi-stati-schen Zugversuch mechanisch charakterisiert. Dabei zeigt sich mit zuneh-mender Schichtanzahl ein duktileres Bruchverhalten, dass in einer gesteiger-ten Bruchdehnung mündet. Daneben nehmen die Oberflächenrauheit ab und die Bauteildichte zu, was in einem gesteigerten E-Modul sowie Zugfestigkeit resultiert. Dieses Verhalten wurde zusätzlich durch die Ermittlung des Span-nungszustands der Proben mittels eines Videoextensometers mit der Quer-kontraktion sowie der Spannungsverteilung korreliert und zeigt die starke Ab-hängigkeit sowohl der Bauteileigenschaften als auch des mechanischen Ver-haltens vom verwendeten Schichtaufbau.

Vortrag 2/3
Andreas Wörz | Universität Erlangen, Lehrstuhl für Kunststofftechnik
16:00 - 16:30

Aufgrund der hohen Bedeutung des Einsatzes von Polyamid 12 bei dem Laser-Sintern, wächst auch der Bedarf an qualitativ hochwertigen Oberflächen. Basierend auf verschiedenen Einstellungen, bei dem Glasperlenstrahlen von den vorliegenden laser-gesinterten Proben, weisen diese charakteristische mittlere Rautiefen Rz von ca. 76 µm in Aufbaurichtung auf. Um die Oberfläche von laser-gesinterten Bauteilen weiter zu glätten, bietet sich zusätzlich das chemische Nachbehandeln an. Bei den in diesem Zusammenhang durchgeführten Versuchen werden die Proben in verschiedene Säure-Tauchbäder mit variierender Wechselwirkungszeit gehalten. Die verwendeten Säuren für diese Versuchsreihen sind aus den Gruppen der starken organischen Säuren, oxidierenden Säuren und den starken Mineralsäuren und wurden anhand einer Vorauswahl zur chemischen Beständigkeit des Polyamids 12 ermittelt. Durch das Eintauchen von Proben in eine Säure aus der Gruppe der starken organischen Säuren, Wechselwirkungszeiten von 10 s, 30 s, 60 s, 90 s und 120 s, lässt sich die für das Laser-Sintern charakteristische Rauheit reproduzierbar auf bis zu 10 µm reduzieren. Ergänzend zu der Rauheit als Indikator für die erfolgreiche Nachbehandlung, werden die Maße der Proben vor und nach der Behandlung ermittelt. Die resultierenden Maß- und Formänderungen werden ebenfalls bewertet und dienen als weiterer Indikator für eine erfolgreiche Nachbehandlung.

Vortrag 2/4
Livia C. Wiedau | Universität Duisburg- Essen, Lehrstuhl Fertigungstechnik
16:30
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