Wichtige Informationen zum Thema 3D Drucken

3D Druck Profi-Wissen erstellt von Johannes Lutz

Quellen| Text: © Johannes Lutz | Bilder: © 3D Systems Inc. 05.04.2015

Johannes Lutz Industrievertretungen Telefon: 09081 28 44 2 E-Mail: j.lutz@johannes-lutz.de Breitengwand 32 Mobil: 0172 63 45 422 Web: www.johannes-lutz.de 86720 Nördlingen Fax: 09081 25 75 77

Inhaltsverzeichnis

Thema: Seite

Wichtige Fragen und Antworten 2-3

Einsatzbeispiele und Anwendungen 4

Überblick über 7 Drucktechnologien 5

Checkliste für den richtigen 3D Drucker 6-7

Tipps für die additive Fertigung 8-9

3D Druck im Produktionsentstehungsprozess 10

Johannes Lutz Industrievertretungen Telefon: 09081 28 44 2 E-Mail: j.lutz@johannes-lutz.de Breitengwand 32 Mobil: 0172 63 45 422 Web: www.johannes-lutz.de 86720 Nördlingen Fax: 09081 25 75 77

Wichtige Fragen und Antworten Was kostet’s, was bringt’s? Lassen Sie sich wie viele Unternehmen durch den hohen Anfangsinvestment eines 3D Druckers nicht blenden. Ein 3D Drucker sollte Ihnen kein Geld kosten. Wenn Sie sich jetzt fragen wie das gehen soll, denken Sie daran wie zeitaufwendig Sie heute Ihre Prototypen, Funktionsmuster und Designmodelle herstellen und welches Einsparpotential in Kosten, Zeit und Personal für Sie möglich ist, wenn Sie auf diese neue Technologie zurückgreifen. Welchen Nutzen haben Sie wirklich?

Schnellere Markteinführung der Produkte (Time to market)

Schnelle Konstruktions- und Funktionsüberprüfung

Effizientere, flexiblere und schnellere Entwicklung der Produkte

Wettbewerbsvorteile in der Entwicklung

Konzept- und Funktionsmodelle haben Sie nach wenigen Stunden in der Hand

Kein langes Warten auf Ihre Prototypen - Over-Night-Printing

Kein Weggeben von Know-how an externe Dienstleister

Entlastung Ihrer konventionellen Fertigung von der Prototypenproduktion

Keinen personalgebundenen Prozess beim Einsatz eines 3D Druckers

Einsparung von Kosten und Gewinnen von Zeit in der Entwicklung

Kosteneinsparung durch Entfall von Werkzeugen für den Herstellungsprozess Welche Leistungsmerkmale bieten die 3D Drucker heute bereits?

Hohe Druckauflösungen von 16µm

Unterschiedlichste Materialeigenschaften (ABS, PA, Metall, Gummi, etc)

Unterschiedlichste Festigkeiten und Temperatureigenschaften

Vollfarbe in hoher Pixelzahl

Schnelle Druckgeschwindigkeiten

Einfache Nachbearbeitung (Beschichten, Lackieren, Bohren, Gewindeschneiden)

Glatte Oberflächen

Geringe Materialkosten

Digitale Fertigung

Sicherer Umgang und bürotauglich

Geringe Betriebs- und Wartungskosten

Nachbearbeitung wie Lackieren, Beschichten etc.

Welcher ist der beste 3D Drucker für Ihr Unternehmen und Ihre Anwendung? Den "Besten 3D Drucker" gibt es leider noch nicht, genauso wie es das "Beste Auto" oder das "Beste Flugzeug" nicht gibt. Jedes 3D-Druckverfahren hat seine Vorteile und ist für bestimmte Anwendungen und Gebiete geeignet. Sie müssen sich klar werden, für welche Anwendungen Sie einen 3D-Drucker einsetzen und nutzen möchten. Sie müssen sich also Fragen: Was wollen Sie mit einem 3D Drucker erreichen? Hilfestellung bietet Ihnen dort unsere Checkliste auf Seite 6

Johannes Lutz Industrievertretungen Telefon: 09081 28 44 2 E-Mail: j.lutz@johannes-lutz.de Breitengwand 32 Mobil: 0172 63 45 422 Web: www.johannes-lutz.de 86720 Nördlingen Fax: 09081 25 75 77

Welche ist die beste Drucktechnologie? Die beste Drucktechnologie ist schwierig zu definieren. Für jeden Anwendungsfall wird eine andere Drucktechnologie bevorzugt. Eine grundlegende Einteilung ist: Funktionsmodelle: MultiJet Printing, Micor-SLA, PlasticJet Printing Design in Vollfarbe: Colour Jet Printing Test- und Konzeptmodelle: Selektives Lasersintern, Stereolithografie Digitale Fertigung: Selektives Lasersintern, Stereolithografie, 3D Metalldruck Ist 3D Druck ein Business oder nur Spielzeug? Es ist beides! Sowohl in der Industrie als auch im Privatleben als Hobby, lassen sich 3D Drucker einsetzen. Doch es gibt klare Unterschiede. Business: Wenn Sie sich die Anzahl an professionellen 3D Druckern und Drucktechnologien ansehen, kann dies kein Hype und kein Hobby mehr sein. Schon seit mehr als 20 Jahren werden 3D Drucker in der Industrie zum Prototypenbau für Erstmuster oder für Designmodelle eingesetzt. Durch die Weiterentwicklung der Drucktechnologien, können jetzt viel mehr Zielgruppen in der Industrie angesprochen werden. Dabei haben sich 7 Drucktechnologien durchgesetzt, die optimal auf verschiedene Einsatzmöglichkeiten abgestimmt wurden. Spielzeug: Durch die Medien bekommen wir vermittelt, dass kein Tag vergeht, ohne die Gründung eines neuen Startup-Unternehmens das eine tolle Idee aus dem 3D Drucker zaubert oder wie uns ein 3D Drucker Zuhause im Wohnzimmer das Leben auf Knopfdruck vereinfacht. Im Internet sehen wir Schuhe, Kleider, Uhren, Waffen, Töpfe, etc. aus dem 3D Drucker und das von Hobbyhandwerkern. Bitte beachten Sie jedoch, genau dies ist Spielerei. Denn mit einem kleinen 3D Drucker für unter 800,-€ können Sie nicht wirtschaftlich und zielführend arbeiten. Ist jetzt der richtige Zeitpunkt, um in einen 3D Drucker zu investieren und welche Chancen bietet dies Ihnen? Ja absolut, da Sie...

schneller Ihr Produkt in den Markt zum Kunden bekommen (Time to market).

sich Wettbewerbsvorteile gegenüber Konkurrenten sichern.

Prototypen bereits nach wenigen Stunden in der Hand halten können.

immense Kosten für konventionell hergestellte Prototypen einsparen.

Ihre Fertigung nicht mehr für die Produktion von Musterteilen beanspruchen.

Konzept- und Funktionsmodelle realen Tests unterziehen können.

keinen personalgebundenen Prozess in der Prototypen Herstellung haben

Wie steigen Sie mit Ihrem Unternehmen am Besten in die neue Technologie ein? Durch ein telefonisches Erstgespräch, können wir Ihnen schnell den richtigen 3D Drucker für Ihr Vorhaben empfehlen. Wir stehen für alle Fragen zum Thema 3D Druck zur Verfügung. Kontaktieren Sie uns!

Johannes Lutz Industrievertretungen Telefon: 09081 28 44 2 E-Mail: j.lutz@johannes-lutz.de Breitengwand 32 Mobil: 0172 63 45 422 Web: www.johannes-lutz.de 86720 Nördlingen Fax: 09081 25 75 77

Einsatzbeispiele und Anwendungen

Designmodelle:

Buntes Kettenhemd Designmodelle Figuren Vollfarbe und hohe Pixelzahl Vollfarbe und hohe Pixelzahl Vollfarbe und hohe Pixelzahl Langlebigkeit durch Kunststoffpulver Schnelle Druckgeschwindigkeit Langlebigkeit durch Kunststoffpulver Detailwiedergabe von 0,1 mm Kostengünstige Designmodelle Detailwiedergabe von 0,1 mm ColourJet Printing (Kunststoff) ColourJet Printing (Gips) ColourJet Printing (Kunststoff)

Test- und Funktionsmodelle:

Akkuschrauber Halbschalen Gummifaltenbalg Montagevorrichtung Passgenaues Testmodell Kunststoff mit Gummieigenschaft Montagefähiges Funktionsmuster Detailauflösung 16 µm Detailauflösung 16µm Detailauflösung 32µm Teilekosten ca. 30 € Teilekosten ca. 25 € Teilekosten ca. 40€ MultiJet Printing MultiJet Printing (Mulit Material) MultiJet Printing

Elektronischer Stecker Bauteilhalbschale Wachs Urmodelle Funktionsfähiger Stecker Hohe Detailtreue Urmodelle für Feinguss Detailauflösung 56 µm Detailauflösung 16µm Detailauflösung 16µm Teilekosten ca. 1,05 € Teilekosten ca. 18 € Teilekosten ca. 40 € Micro-Stereolithografie MultiJet Printing MultiJet Printing

Fertigung von Teilen:

Uhrengehäuse Teilehalbschalen Motorluftansaugleitungen Titanlegierung Kleinserienproduktion Kleinserienproduktion Detailauflösung 20 µm Detailauflösung 250 µm Schichtstärke von 80 µm 3D Metalldruck Stereolithografie Selektives Lasersintern

Bilder: © 3D Systems Inc.

Johannes Lutz Industrievertretungen Telefon: 09081 28 44 2 E-Mail: j.lutz@johannes-lutz.de Breitengwand 32 Mobil: 0172 63 45 422 Web: www.johannes-lutz.de 86720 Nördlingen Fax: 09081 25 75 77

7 Drucktechnologien MultiJet Printing (MJP) Dünne Schichten eines UV-härtenden flüssigen Kunststoffs werden auf die Bauplattform aufgetragen. Stützen aus einem Wachsmaterial halten das Bauteil während des Bauvorgangs. Eine UV-Lampe härtet jede Schicht aus. Die Bauplattform wird jeweils um eine Schicht abgesenkt. ...weiterlesen

Plastic Jet Printing (PJP) Schmelzfähiger Kunststoff wird schichtweise aufgebaut, indem drahtförmiger Kunststoff durch Erwärmung verflüssigt wird. Beim anschließenden Abkühlen erstarrt das Material. ColourJet Printing (CJP) Zwei Hauptkomponenten, ein Pulvermaterial und ein Bindemittel werden eingesetzt. Das Pulvermaterial wird mit einer Walze in dünnen Schichten auf der Bauplattform aufgebracht. Nach jeder Schicht des Pulvermaterials wird das Farb- und Bindemittel selektiv mit Hilfe eines Tintenstrahldruckkopfs aufgebracht. ...weiterlesen Selektives Lasersintern (SLS) Feine Pulverpartikel eines Kunststoffmaterials werden zu einem dreidimensionalen Modell durch einen Hochleistungslaser verschmolzen. ...weiterlesen

Selektives Lasersintern METALL (Metall-SLS) Feine Pulverpartikel eines Metalls, wie z.B. Stahl, CrCo, Inconel, Al und Ti Legierungen, werden zu einem dreidimensionalen Modell durch einen Hochleistungslaser verschmolzen. ...weiterlesen

Stereolithografie (SLA)

Ein UV-Laserstrahl zeichnet jede Schicht auf einem Bad aus flüssigem Photopolymer-Harz nach, bis das gewünschte Bauteil vollständig aufgebaut ist. Durch die Belichtung mit dem ultravioletten Laser härtet die Fläche auf dem Harz aus und verbindet sich mit der darunterliegenden Schicht. Der flüssige Kunststoff wird dann durch einen Wischer über dem Querschnitt des zu fertigende Objekts gleichmäßig verteilt. ...weiterlesen

Micro-SLA Dünne Schichten eines Harzes werden auf ein Materialtablett aufgetragen. Jede Schicht wird mit eines UV Projektors ausgehärtet.

Johannes Lutz Industrievertretungen Telefon: 09081 28 44 2 E-Mail: j.lutz@johannes-lutz.de Breitengwand 32 Mobil: 0172 63 45 422 Web: www.johannes-lutz.de 86720 Nördlingen Fax: 09081 25 75 77

3D Druck Checkliste: Der richtige 3D Drucker für mein Unternehmen und meine Anwendung. Ihr Einsatzfall, für welche Anwendung möchten Sie den 3D Drucker einsetzen?

_______________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________

Welche Kategorie trifft eher zu?

Designmodelle Test- und Konzeptmodelle Funktionsmodelle Fertigung von Teilen

Wie machen Sie es seither? ________________________________________________________

Konventionelle Herstellung mit ________________________________________________________

Externe Dienstleister ________________________________________________________

Bereits 3D Drucker im Einsatz ________________________________________________________

Wann wollen Sie in die 3D Druck Technologie einsteigen?

Zeitraum: ________________________________________________________

Ihre Ansprüche an einen 3D Drucker bezogen auf Ihre Anwendung:

_______________________________________________________________________________________

Maßhaltigkeit / Detailgenauigkeit: ___________________ mm

Baugröße: (X,Y,Z) ___________________ mm

Farbe / Bauteilerscheinung: Einfarbig Zweifarbig Vollfarbe

Material:

Gips Kunststoff mit ABS Eigenschaften

Technischer Kunststoff ________________________________________________________

Multimaterial (mehrere Materialien in einem Bauvorgang)

Metall Stahl Edelstahl Werkzeugstahl Aluminium

Anderes Material: ________________________________________________________

Johannes Lutz Industrievertretungen Telefon: 09081 28 44 2 E-Mail: j.lutz@johannes-lutz.de Breitengwand 32 Mobil: 0172 63 45 422 Web: www.johannes-lutz.de 86720 Nördlingen Fax: 09081 25 75 77

Materialeigenschaften:

Biegefest Zug- und Druckbelastung Elastisch

Temperaturbeständigkeit: _________________°C

Kleinserien: _________________ St

Oberfläche: _________________ Ra

Handling: Büroumgebung

Material in Berührung mit Medium: _________________ Öl Aggressives Medium

Oberflächenbehandlung: _________________

Sprechen Sie mit uns:

Wünschen Sie ein individuelles Gespräch mit einem Blick auf interessante 3D-gedruckte Musterteile?

Ihr Terminvorschlag: _______________________________________________________ Haben Sie Interesse an Musterteilen, die wir für Sie Drucken können? (Bitte senden Sie uns die Musterteile im STL-Format.)

Haben Sie das nötige Budget für einen 3D Drucker?

Sind Sie offen für Finanzierungmöglichkeiten? Wie können wir Sie noch unterstützen? Sie brauchen Klarheit und Ihnen fehlt der Überblick über die 3D Druck Welt?

Ungeklärte Fragen

Angebot und Preise anfordern

Prospektmaterial anfordern

3D Drucker live erleben Wie können wir Sie kontaktieren? Firma: ________________________________________________________

Adresse: ________________________________________________________

Ansprechpartner: ________________________________________________________

E-Mail: ________________________________________________________

Telefon / Durchwahl: ________________________________________________________

Kontaktieren Sie uns!

Rückfragen?

Tel: 0172 6345422 Formular per Mail / Fax zurück an: Fax: 09081 257577 Mail: j.lutz@johannes-lutz.de

Johannes Lutz Industrievertretungen Telefon: 09081 28 44 2 E-Mail: j.lutz@johannes-lutz.de Breitengwand 32 Mobil: 0172 63 45 422 Web: www.johannes-lutz.de 86720 Nördlingen Fax: 09081 25 75 77

Tipps für die additive Konstruktion und Fertigung Die additive Konstruktion von Bauteilen, folgt wesentlich anderen konstruktiven Regeln als in der konventionellen Fertigung. Die additive Fertigung steht nicht in Konkurrenz mit der konventionellen Fertigung (besonders im 3D Metalldruck). Alles was Sie auf Grund Ihrer Konstruktion noch konventionell fertigen können, ist wesentlich kostengünstiger als eine additive Fertigung. Die additive Fertigung und Konstruktion kommt erst dann ins Spiel, wenn Sie mit der konventionellen Fertigung an Ihre Grenzen stoßen. Klare Grenzen in der konventionellen Fertigung sind z.B.

Zu hohes Bauteilgewicht

Komplexität und hoher Fertigungsaufwand

Keine Designfreiheit

Keine Gestaltungsfreiheit

Zu viele Einzelteile an einem Bauteil

Schlechte Montagemöglichkeit

Geringe Werkstoffausnutzung

Erstellen von Vorrichtungen und Werkzeugen für die Bearbeitung

Fertigung mit additivem Verfahren

Gewichtsersparnis: Hohlräume, Wabenstrukturen, Bionik

Vereinfachung: Machen Sie aus 8 Bauteile nur 1 Bauteil

Verkleinerung: Reduzieren Sie Ihr Bauteil auf die notwendigste Größe

Funktionsintegration: Mehrere Funktionen in einem Bauteil

Designfreiheit: Bionische Strukturen, Strukturen aus der Natur

Bessere Kühleigenschaften: Bessere Platzierung der Kühlkanäle

Topologie Optimierung: Perfektes Auslegen zwischen Kraftaufnahme und Gewicht

Materialien: Stahl, Edelstahl, Titan, Aluminium Legierungen, Werkzeugstahl

100% Werkstoffausnutzung: 80% des Baumaterial können Sie wiederverwenden

Konstruktionstipps Additive Konstruktion:

Konstruktionsfreiheit: Konstruieren Sie ohne über die Fertigung nachzudenken

Topologie Optimierung: Wo wirken Kräfte auf Ihr Bauteil (Finite Elemente Methode)

Zugdreiecke: Verwenden Sie Radien und keine 90° Winkel (Die Natur macht dies auch nicht)

Leichtbau: Wo benötigen Sie auf Grund von Krafteinwirkung mehr Material, wo können Sie Material einsparen

Bionik: Nutzen Sie bionische Strukturen wie Wabenstrukturen oder 3D-Gitter

Vermeiden Sie Überhänge: Überhangswinkel bis ca. 45° sind möglich

Funktionsintegration: Machen Sie aus Baugruppen ein einziges Bauteil (integrieren Sie Kühlkanäle, Schnappverschlüsse etc.)

Materialien: Es gibt bereits eine Auswahl von Materialien (Stahl, CrCo, Inconel, Al und Ti Legierungen)

Johannes Lutz Industrievertretungen Telefon: 09081 28 44 2 E-Mail: j.lutz@johannes-lutz.de Breitengwand 32 Mobil: 0172 63 45 422 Web: www.johannes-lutz.de 86720 Nördlingen Fax: 09081 25 75 77

Additive Fertigung:

Eingeschlossenes Baumaterial: Vermeiden Sie geschlossene Hohlräumen. Das Baumaterial (Pulver) sollte über Löcher oder Kanäle entfernt werden können.

Stützstrukturen sollten an komplexen Stellen des Bauteils vermieden werden. Dies schaffen Sie durch die richtige Position Ihres Bauteils auf der Bauplattform.

Zeiteinsparung: Bauvorgänge in Z-Richtung beanspruchen mehr Zeit als Bauvorgänge in X oder Y Richtung.

Mögliche Nachbearbeitungen: Gewindeschneiden, Reiben von Passungen, Lackieren, Beschichten etc.

Stützstrukturen sind jedoch wichtig für: Fixierung des Bauteils auf die Bauplatte Ableitung der Wärme, die durch den Schmelzprozess entsteht Minderung von Verzug aufgrund der Wärmeentwicklung Abstützen von Überhängen über 45°, da der 3D Drucker nicht in die Luft bauen kann und sonst

das Bauteil zusammenfällt. Achten Sie bereits bei der Konstruktion Ihres Bauteils darauf.

Beispiel: Brenner einer Quarz-Glühlampe

Funktionsintegration - Aus 8 Einzelteilen wurde ein komplette Bauteil

Integrierte Kühlleitung

Verbesserte Leistung und Lebensdauer

Beispiel von 3D Systems

Beispiel: Satelliten Brennkammer

Deutliche Gewichtsreduktion

Komplexes 3D Gitter Klare Vorteile der Additiven Fertigung: Beispiel von 3D Systems / e esa

Direktes Verfahren

Einstufiger Prozess ohne Werkzeuge und Formen

Hohe Gestaltungsfreiheit

Erhöhung der Komplexität unabhängig vom produktionsbezogenen Kosten- und Zeitaufwand

Herstellung von Teilen unter 24 Stunden

Stückzahl-unabhängige Produktion

Individualisierte Produktion Sie benötigen Hilfe bei der Um- oder Neugestaltung Ihrer Bauteile? Unsere Konstrukteure zeigen Ihnen gerne einen Weg, additiv zu konstruieren. Kontaktieren Sie uns! Wir stehen für alle Fragen zum Thema 3D Druck zur Verfügung.

Johannes Lutz Industrievertretungen Telefon: 09081 28 44 2 E-Mail: j.lutz@johannes-lutz.de Breitengwand 32 Mobil: 0172 63 45 422 Web: www.johannes-lutz.de 86720 Nördlingen Fax: 09081 25 75 77

Der 3D Drucker im Produktentstehungsprozess

Wie kann der 3D Drucker den Produktentstehungsprozess positiv beeinflussen? Erklären lässt sich dies anhand der "10er Regel für Fehlerkosten". Aus dem Qualitätsmanagement kann man erfahrungsgemäß sagen, dass die Kosten der Fehlerverhütung bzw. der Fehlerbehebung in jeder Phase von der Planung über Entwicklung, Arbeitsvorbereitung, Fertigung, Endprüfung bis hin zum Kunden, jeweils um den Faktor 10 steigen. Dies bedeutet, umso später Sie einen Fehler entdecken, desto höher sind die Kosten für die Behebung des Fehlers. Stoßen Sie also schon früh in der Planungs- und Entwicklungsphase auf Fehler, lassen sich diese wesentlich schneller, einfacher, mit geringerem Aufwand und kostengünstiger ausgleichen, als wenn Sie den Fehler bei der Endprüfung oder beim Kunden erkennen.

Wie kann Ihnen ein 3D Drucker dabei helfen, Fehler früh genug zu erkennen? Der 3D Drucker hilft Ihnen vorauszudenken, um die Entstehung von Fehlern möglichst früh im Entwicklungsprozess zu erkennen. Da Sie Ihre Konstruktion üblicherweise per CAD am Computer z.B mit Solidworks vornehmen, haben Sie nur ein visuelles Bild vor Augen. Könnten Sie aber das Produkt schon in Händen halten, mit in Entwicklungsbesprechungen und zum Kunden nehmen, würden Sie Konstruktionsfehler wesentlich früher erkennen und die Ursache sofort für weitere Fehler abstellen, anstatt später die Symptome zu bekämpfen. Genauso lassen sich schon früh genug Konzept- und Funktionsmuster ausdrucken. Aufgrund der nahezu ausgereiften 3D Drucktechnologien, können Sie den ausgedruckten Prototypen reale Tests unterziehen. Dabei sind Fehler, Lernchancen die genutzt werden müssen - dies mit einem 3D Drucker zu realisieren macht dadurch noch richtig Spaß. Zusammenfassung: Je früher Sie einen Fehler im Produktentstehungsprozess erkennen, umso günstiger und schneller lässt sich dieser beheben. Die Kosten von der Fehlerverhütung steigen exponentiell um den Faktor 10 von Phase zu Phase. Die Ursachen für Fehler können Sie mit einem 3D Drucker in der Planungs- und Entwicklungsphase, wesentlich durch reale Tests und Funktionsmuster verringern. Ziel aller Produzenten ist es, diese Zeitspanne ohne Einnahmen so kurz wie möglich zu halten und deshalb die Teilprozesse zu optimieren. Generativ gefertigte Bauteile sind aufgrund ihrer Herstellung, ohne zeitraubende und kostenintensive Werkzeuge besonders geeignet, den Prozess der Produktentstehung zu beschleunigen und gleichzeitig zu verbessern.