rapidx - FIT

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rapidx - FIT

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www.rapidx-online.de
PRODUKTENTWICKLUNG UND ADDITIVE FERTIGUNG
Rapide Methoden
für Implantate
und Knochenersatz
© 2012 Carl Hanser Verlag, München
Nicht zur Verwendung in Intranet- und Internet-Angeboten sowie elektronischen Verteilern.
D: Euro 14,80
A: Euro 14,80
CH: SFr 26,00
RAPID ENGINEERING
RAPID PRODUCT DEVELOPMENT
RAPID MANUFACTURING
RAPID TECHNOLOGY
Mobiler messen per Scanner
Individuelle Fahrradrahmen
Schöne Leuchten drucken
Turbinen mit mehr Schub
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Selective Laser Melting
Für ihre Ansprüche – in jeder Dimension
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Die Desktop-Maschine
Realizer SLM 100
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EDITORIAL
Fachmesse und
Anwendertagung für
Rapid-Technologie
EINBLICK
Auf der Suche nach den
Produkten von morgen
Als der Gründer, Visionär und CEO des Computerherstellers Apple, Steve Jobs, letztes Jahr Anfang
Oktober verstarb, verließ er diese Welt mit den Worten:
»O wow, o wow, o wow!« Was immer ihn zu diesem
Ausruf des Erstaunens bewegte oder ihm zuletzt noch
erschienen ist – die Pforte zum Fegefeuer/Paradies oder
gar das ›iProduct‹ der Zukunft –, es bleibt sein Geheimnis.
Mehr als megaschade! Er hatte als mönchisch anmutender
Guru und radikale Stil-Ikone von Mac und iPhone den Mut,
anders zu denken (Apple-Slogan: ›Think different‹). Und er
hatte den Willen, dieses Denken in Produkte mit kompromisslos guter Anwendungsfreundlichkeit und Ergonomie,
erotikähnlicher Haptik und zudem ästhetischem Design
8. + 9. Mai 2012
Der jährliche Treffpunkt
für Praktiker, Entwickler
und Visionäre mit:
· Anwendertagung
· Konstrukteurstag
· Fachforum „CAD/CAM und
Rapid Prototyping in der
Zahntechnik“
· Fachforum „Medizintechnik“
· Fachforum „Luftfahrt“
umzusetzen. O wow! Dieser Ausruf entkommt einem nur,
wenn eine Innovation einfach super ist. Nur wenn man so
vorbehaltlos und ohne Umschweife erstaunend ein Produkt
wertschätzen kann, hat es bereits den Konsumenten oder
Investor gewonnen – und kann den Markt aufrollen. Dieser
vorbehaltlose Mut zur Umsetzung von Ideen und das vorurteilsfreie Staunen technischen
Innovationen gegenüber fehlt
oft hierzulande. Diffuse Techno-
www.rapidtech.de
phobien und spröde KostenNutzen-Analysen machen guten
Innovationen oft den Garaus.
Dabei sind per Rapid Product
Development heute Ideen so
einfach realisierbar. O wow!
Richard Fachtan, Chefredakteur
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r a p i d X I N H A LT
Inhalt 02/12
Mobile Messung
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Ein Beratungsunternehmen
setzt einen Allrounder im Messbereich für Tast- und Scanaufgaben ein. Das Gerät inspiziert
generativ gefertigte Bauteile auch
unter schwierigen Bedingungen.
Individualrahmen
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Räder mit additiv
gefertigten Muffen und
Carbonrohrrahmen
lassen sich besser auf die
Arm- und Beinlänge der
Fahrer abstimmen.
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Mehr Schub
Die Additive Fertigung
ermöglicht die Kontrolle
der Stoßwellen an
Überschallturbinenschaufeln. So lassen
sich nun kompaktere
Turbinen mit höherer
Leistung entwickeln
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Zierleuchten
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TITELSTORY 02/12
Implantate und Knochenersatz mit additiven Fertigungstechniken herstellen: Der Advanced Demonstrator for
Additive Manufacturing – kurz ADAM – ist das Projekt eines
Rapid-Prototyping-Dienstleisters. Es zeigt, wie man mit
angewandten additiven Verfahren und den verwendeten
Materialien so ein außergewöhnliches Vorhaben realisiert.
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Lampen in Losgröße eins
schnell und unkompliziert
ausdrucken. Basis dafür
sind die CAD-Daten. Alles
Weitere übernehmen
vollautomatisch die
3D-Drucker.
©Bilder:
2012Hexagon
Carl Hanser
Verlag, München
Metrology, Vorwaertz, Shape and Form/Voxeljet Technology, Boeing, FIT
Stand 2-320:
RAPIDX IMAGE
8 Computer-Couture
Gelasert statt genäht: im Textilbereich steht die nächste
industrielle Revolution an. Individuelle Mode wird nicht
maßgeschneidert, sondern maßgedruckt.
RAPID ENGINEERING
Die besten GießtechnikLösungen für Prototypen
und Kleinserien in Metallfeinguss
10 Mobile Messung
Allrounder im Messbereich für Tast- und Scanaufgaben:
ein robustes Gerät inspiziert generativ gefertigte
Bauteile auch unter schwierigen Bedingungen.
12 Aus dem Rahmen fallen
Fahrradrahmen anders hergestellt: Additiv gefertigte
Muffen verbinden sich mit Carbonrohren zu einem
individuell auf den Kunden abgestimmten Rahmen.
RAPID PROTOTYPING
14 Rapide zu Implantaten & Knochenersatz
Das Projekt ADAM steht für Innovationen in Osteologie
und Orthopädie: Wie Phoenix aus der Asche enstehen
Knochen und Implantate aus Kunststoff-/Titanpulver.
RAPID MANUFACTURING
20 Formvollendete Leuchten
Die digitale Produktion der Zukunft hat begonnen:
Entwürfe von Designerlampen werden digitalisiert und
im Anschluss das fertige Endprodukt in 3D ausgedruckt.
RAPID TECHNOLOGY
22 Mehr Turbinenpower
Überschallturbinen: Die Additive Fertigung ermöglicht
eine Stoßwellenkontrolle an einer Turbinenschaufel.
Dabei wird das Kraft-/Gewichtsverhältnis verbesssert.
.
Die passende Maschine
für jede Aufgabe:
Gießformgrößen von
ø 30 mm x 80 mm H bis
ø 300 mm x 800 mm H
STANDARDS
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Editorial
Branche
Innovationen
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ra p i d X B RA N C H E
EIN GRUND ZUM FEIERN
In der dritten Dimension
Stratasys feiert das zehnjährige Jubiläum der Markteinführung
seines 3D-Druckers ›Dimension‹. Mit dieser Druckerreihe hat
der Hersteller den generellen Einsatz von 3D-Druckern unterstützt. Die positive Entwicklung bestätigt auch der WohlersReport 2011: Die additive Fertigung, früher auf HightechLabore von Fortune-100-Unternehmen beschränkt, wird jetzt
auch in Kleinunternehmen und sogar zunehmend im privaten
Umfeld eingesetzt. Die seit rund 23 Jahren bestehende
Branche weist eine durchschnittliche Wachstumsrate von
26,2 % pro Jahr auf. Als der Dimension-3D-Drucker im Jahr
2002 auf den Markt kam, eröffnete er neue Möglichkeiten für
Designer: Erstmals gab es ein einfach zu bedienendes System,
das nur etwa die Hälfte der damals günstigsten 3D-Druckermodelle kostete. Die Einführung des Dimension ermöglichte
nicht nur das Herstellen von Modellen für die Verifizierung von
Designs. Auch die Funktionalität ließ sich nun testen, da der
3D-Drucker den gleichen haltbaren ABS-Kunststoff wie heutige
Endprodukte verwendet. Dank der kompakten Abmessungen
und der Netzwerkfähigkeit war und ist das System laut
Hersteller ideal für den Einsatz im Büro und hat die Modellerstellung deutlich vereinfacht. Heute machen DimensionDrucker den größten Anteil im Kundenstamm von Stratasys
aus. Gemeinsam mit anderen Stratasys-Marken wie Fortus-3DProduktionssysteme und µPrint-3D-Drucker hält die Firma nach
eigenen Angaben einen weltweiten Marktanteil von 41 %.
Neben additiven Fertigungsmaschinen für die Herstellung von
Prototypen und Kunststoffteilen bietet das Unternehmen
außerdem mit Red Eye On Demand einen Service für Teileprototypen und die Fertigung an. Stratasys fertigt 3D-Drucker
für Hewlett Packard, die unter der Marke Designjet 3D angeboten werden. Im Jahr 2011 hat Stratasys den 3D-Druckerhersteller Solidscape Inc. übernommen. Stratasys hat
außerdem den Rapid-Prototyping-Prozess entwickelt und
patentiert, der als fixierte modellierende Absetzung FDM
(Fused Deposition Modeling) bekannt ist. Das Unternehmen
hält weltweit insgesamt über 285 Patente bzw. Patentanmeldungen für additive Fertigungssysteme.
www.stratasys.com
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Günstiger modellieren:
Der ›Dimension‹ macht
seit zehn Jahren das
3D-Drucken leichter und
erschwinglicher.
Bild: Stratasys
ACCESSOIRES FÜR´S IPHONE
Himmelblau und rosarot
Rund um Kultgegenstände entwickeln sich fast wie von selbst
kongeniale Accessoires. So auch beim ›iPhone‹ von Apple, für
das FKM seit Mitte 2011 per AM pfiffige Schutzhüllen im
Auftrag eines niederländischen Händlers herstellt. Obgleich als
Großserie angelegt, bleibt das Design völlig variabel und lässt
sich individuell auf die Vorlieben der Endkunden oder an wechselnde Modetrends anpassen. Im Mittelpunkt des Fertigungsprozesses steht das
Lasersintern von
pulverförmigem
Polyamid. »Unser
lasergesintertes
›iPhone‹-Cover hat
sich in kürzester
Zeit zu einem
wahren Kultobjekt
entwickelt und
findet immer mehr
Abnehmer«, sagt
Schalen und Ständer für ›iPhone‹ & ›iPad‹:
Jürgen Blöcher, der
Durch die gestalterischen Freiheiten
Firmenchef von
des Lasersinterns und den hohen AutoFKM. Im Jahr 2011
mationsgrad kann FKM Produkte ›on
lieferte das Unterdemand‹ fertigen. Bilder: FKM Sintertechnik
nehmen zirka
60 000 Stück der
Kunststoffschalen an den niederländischen Händler. Von Beginn
an stand dabei nicht nur ein Standarddesign auf dem Programm,
sondern eine Vielzahl wechselnder Farb- und Struktur-Varianten.
Wirtschaftlich wird diese Art der variablen Großserien-Produktion
durch einen automatisierten Fertigungsprozess, den FKM rund
um das Lasersintern angelegt hat. Das Verfahren eignet sich
nicht nur für die kostengünstige Serienproduktion des ›iPhone‹Covers – durch die gestalterischen Freiheiten des Lasersinterns
und den hohen Automationsgrad kann FKM diese Prozesskette
für viele andere, ähnliche Consumer- und B-to-B-Produkte
nutzen. »Jüngst haben wir sogar einige Dutzend personifizierte
Cover in Himmelblau und Rosarot realisiert«, sagt Jürgen Blöcher.
www.fkm-sintertechnik.de
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Edle Oberflächen:
FDM-Teile von
Stükerjürgen
finden sich
beispielsweise
in FlugzeugInnenräumen.
WOHLERS RECHNET MIT WACHSTUM
Bild: Stükerjürgen
AM – quo vadis?
Branchenanalyst Wohlers Associates prognostiziert der
additiven Fertigungsindustrie aufgrund der jüngsten
Entwicklungen für die nächsten Jahre weiterhin ein zweistelliges Wachstum. Im Wohlers-Report 2011 erwartet der
Unternehmensberater, dass im Jahr 2016 sowohl Verkauf
als auch Service von AM-Produkten die 3,1-Mrd.-DollarMarke weltweit erreichen werden (siehe Grafik). Im
Jahr 2020 soll die Industrie die 5,2-Mrd.-Dollar-Marke
knacken. Die künftige Entwicklung mit dem größten
Einfluss ist laut Wohlers schwer bis unmöglich vorherzusehen. Was die additive Fertigung angeht, so könnte
dies ein neues Material, eine Anwendung oder auch
eine spezielle Industriezulassung sein. Auch Ereignisse
außerhalb der Industrie – wie politische, energietechnische oder klimatische Faktoren – könnten die Entwicklung entscheidend beeinflussen. Wohlers Associates
spekuliert außerdem mit der Idee einer möglichen WebSchnittstelle für den direkten Zugriff auf die Produktentwicklung. Mehr als jede andere Einzelentwicklung
habe sich auf die Etablierung des AM über die letzten
Jahre der steigende Verkauf von 3D-Druckern ausgewirkt.
Günstige Geräte wenden sich an professionelle und
private Konsumenten. Die Verfügbarkeit der 3D-Drucker
hat die Technik der additiven Herstellung von Bauteilen
verbreitet und für Studenten, Forscher, Bastler, Erfinder
und Unternehmer gleichermaßen zugänglich gemacht.
Designer und Ingenieure können sich neue Herangehensweisen während der Produktentwicklung überlegen – die
fast völlige Gestaltungsfreiheit beim additiven Fertigen
von Bauteilen macht Produkte möglich, die früher nur
schwer oder auch unmöglich herzustellen waren.
SPEZIELL FÜR DIE LUFTFAHRT
Fliegende Thermoplaste
Die Stükerjürgen Aerospace Composites GmbH (SAC) stellt
Kunststoffteile für Flugzeug-Innenräume, die Baubranche, für
Industrieanwendungen sowie Bauteile für Rohrsanierungen
her. Insbesondere für die Luftfahrt entwickelt und fertigt das
Unternehmen Komponenten und Baugruppen aus Thermoplasten und Silikonen. Hier arbeitet der Hersteller mit einer
Kombination aus Strangpress- und Spritzgießteilen. Stükerjürgen offeriert eine breite Palette an Profilen, die etwa bei
Bombardier, Airbus oder Boeing Anwendung finden. So
stammen zum Beispiel Sitzschienen-Verkleidungen, Griffschalen, Sanitärteile oder Kabelführungen aus der Fabrik
von SAC.
www.sac.stuekerjuergen.de
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Quelle: LAC - Laser Add Center GmbH
BrandNew-Design.de | photo: www.ﬁnamedia.de
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Sechs Jahre Wachstum: Wohlers-Vorhersage für
Verkaufs- und Serviceentwicklung der AM-Industrie.
Quelle: Wohlers Report 2011
Concept Laser GmbH An der Zeil 8 | D 96215 Lichtenfels
T: +49 (0) 95 71. 949 238 | F: +49 (0) 95 71. 949 249 | [email protected]
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R A P I D T E C H N O L O GY
rapidX IMAGE
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COMPUTER-COUTURE
Bilder: EOS GmbH, Continuum Fashion
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Gelasert statt genäht,
gesintert statt gesponnen, gedruckt statt
gewebt – nach dem
Webstuhl und der Webmaschine scheint nun im
Textilbereich eine weitere
industrielle Revolution
anzustehen: individuelle
Mode – nun nicht maßgeschneidert, sondern
maßgedruckt. Diesen
Bikini N12 (ist nicht die
Konfektionsgröße) haben
die beiden Designerinnen
Jenna Fizel und Mary
Huang von Continuum
Fashion entworfen. Alle
Teile des Bikinis, auch
der Verschluss, wurden
gedruckt und verbinden
sich miteinander, ohne
vernäht worden zu sein.
Den Bikini aus stabilem
wie flexiblem Nylon,
Polyamid 12 (daher die
Bezeichnung N12), hat
die EOS-Lasersintermaschine Formiga P 100
mit einer Dicke von nur
7mm gedruckt.
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RAPID ENGINEERING
Hochpräzise Daten:
Digitalisieren eines Dachmodells
für einen Architekten.
Mobile Messung
Ein spanisches Beratungsunternehmen setzt einen Allrounder im
Messbereich für Tast- und Scanaufgaben ein. Das robuste Gerät inspiziert
generativ gefertigte Bauteile auch unter schwierigen Bedingungen.
Den Industriebetrieben in der Provinz Asturien
im Nordwesten Spaniens steht eine öffentliche
Wissensquelle zur Verfügung. Um die Wettbewerbsfähigkeit der Region zu gewährleisten, berät das
Stiftungsunternehmen Prodintec örtliche Unternehmen
in Bezug auf neue Wege in Sachen Design, Management und Fertigung. In einem höchst erfindungsreichen
Umfeld dient der Romer Absolute Arm mit integriertem
Laserscanner als Qualitätsgarant.
Die Mission ist klar umrissen: In welchem
Bereich die Industrie Asturiens ihre Produkte, Fertigungs- und Managementprozesse auch verbessern
will, Prodintec bietet ihr bei allen Vorhaben technische
Unterstützung. Mit dem Ziel, die lokale Industrie voran-
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zubringen, macht sich das Team mit neuen Technologien und Verfahren vertraut und versorgt seine Kunden immer mit aktuellem Wissen und Know-how.
Rapid Manufacturing und Automatisierung sind einige der Arbeitsbereiche von
Prodintec, und professionelle Industrievermessung ist der Schlüssel zu einer
erfolgreichen Beratungstätigkeit auf diesen Gebieten.
»Wir waren – zusätzlich zu unserem stationären KMG – auf der Suche nach
einem mobilen Messgerät«, erinnert sich Jesús Marrón Fernández, der Qualitätsverantwortliche bei Prodintec. »Grundsätzlich haben wir praktisch in jedem
Raum eine andere Anwendung für ein mobiles KMG.« Nach der gründlichen
Prüfung mehrerer Optionen gelangte das Team um Jesús Marrón zu der Einschätzung, dass ein mobiler Messarm die beste Lösung für die zahlreichen
unterschiedlichen Anwendungen sein würde.
Die Wahl fiel schließlich auf einen Romer Absolute Arm mit integriertem
Laserscanner als universelles Messgerät für taktile ebenso wie für berührungslose Messungen. Das Messgerät ist täglich im Einsatz. Die generative Fertigung
Bilder: Hexagon Metrology
10
RAPID ENGINEERING
Im Einsatz: Der
Romer Absolute
Arm wird hier
beim Ausrichten
einer Lasersintermaschine
verwendet.
Erfassen und Prüfen unterschiedlicher Materialien, Teilen und Strukturen: ein Modell digitalisieren und ein Werkstück auf
der Maschine inspizieren. Dabei wird ein Abgleich mit den CAD-Daten vorgenommen.
ist einer der Hightech-Bereiche, in denen das Team von Jesús Marrón tätig ist,
und der Romer Arm hat sich mit taktilem Messverfahren als unverzichtbares
Hilfsmittel zur Ausrichtung einer Lasersintermaschine erwiesen. Eine andere
häufige Anwendung für den Messarm erfordert ein hohes Maß an Robustheit
aufseiten des Messgeräts, denn die Inspektion von Präzisionsteilen auf einer
Mikrofräse per Laserscanner erfolgt unter schwierigen Bedingungen.
geschäfts, bei dem der Messarm zum Einsatz kommt,
aus Scananwendungen. Außerdem sehen wir noch
erhebliches Potenzial in der Mobilität des Arms und
wollen ihn in Zukunft auch direkt bei unseren Kunden
vor Ort einsetzen«, so Jesús Marrón. Andreas Petrosino
Artikel unter RX110489
Allrounder gesucht. Alle mittels Rapid Manufacturing oder konventionell
hergestellten Prototypen werden einer gründlichen Messung unterzogen.
Jesús Marrón und sein Kollege David Cereijo führen einen Abgleich mit den
CAD-Daten durch oder nehmen ein Reverse Engineering der Prototypen vor.
Der Messarm hilft bei der digitalen Analyse von Werkstücken aus
unterschiedlichen Materialien und bei diversen Teilen. Die jederzeitige Umschaltmöglichkeit zwischen Tasten und Scannen und die Anpassungsfähigkeit des
Scanners an praktisch alle Material- und Oberflächentypen erlauben die Arbeit
mit Objekten wie Turbinenschaufeln, Architekturmodellen, Blech- oder Kunststoffteilen, unabhängig davon, ob sie flach, elementreich, gewölbt oder noch
komplexer sind.
»Am Anfang wollten wir das mobile KMG vor allem für Tast- und einige
wenige Scanaufgaben einsetzen. Doch nach einiger Zeit fanden wir heraus,
dass Scannen bessere Daten liefert und unseren Messungen dadurch einen
Mehrwert verleiht. Mittlerweile bestehen bis zu 70 Prozent unseres Tages-
KONTAKTINFO
Anwender:
Prodintec Foundation
Tel. +34 984 390 060
www.prodintec.com
Hersteller:
Hexagon Metrology
Tel. +44 20 7068 6580
www.hexagonmetrology.com
www.romer.com
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Aus dem Rahmen fallen
Fahrradrahmen mal anders hergestellt: Additiv gefertigte Muffen
verbinden sich mit Carbonrohren zu hochwertigen Rahmen, die
individuell auf die Arm- und Beinlänge des Kunden abgestimmt sind.
Bereit zum Finish: So
kommt die Fahrradmuffe
aus der Lasercusingmaschine. Für das
Nachbearbeiten verwendet man spezielle
Feilen, Drehmel und
Polierscheiben. Die
Edelstahlteile werden
je nach Kundenwunsch
verchromt oder vergoldet.
Der Produktdesign-Student Ralf Holleis hat sich
in seiner Diplomarbeit dem Rapid Manufacturing
gewidmet. Dabei hat er das moderne Herstellungsverfahren des Laserstrahlschmelzens mit der althergebrachten Handwerkskunst, dem Rahmenbau, verbunden. Das Designlab der Hochschule Coburg bot
dafür eine Plattform mit den nötigen Vorkenntnissen,
was additive Fertigung im Kontext mit Design betrifft.
Die Abschlussarbeit wurde von Professor Raab begleitet.
Inspiriert durch die gemufften Stahlrahmen alter
Renn- oder Bahnräder, entwickelte Holleis ein Konzept,
das es ermöglicht, in kürzester Zeit dem Kunden einen
qualitativ hochwertigen Rahmen nach Maß liefern zu
können. Das additive Laserschmelzen ermöglicht es
hierbei, komplexe Bauteilgeometrien werkzeuglos
herzustellen. So wird eine optimierte Struktur mit einer
deutlich höheren Stabilität bei weniger Material erreicht.
Lagerschalen für das Steuerrohr und das Gewinde für
die Sattelmuffe werden direkt ausgedruckt, deshalb
erspart die Herstellung weitere Arbeitsschritte.
Ein speziell entwickeltes Programm nimmt die
persönlichen Maße des Kunden wie zum Beispiel
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Beinlänge, die gesamte Körpergröße und Armlänge auf und berechnet eine
optimale Radgeometrie. Anhand dieser errechneten Geometrie werden Rohrlängen ermittelt und Muffen generiert. Alle Muffen sind aus einer Edelstahllegierung CL 20ES (Edelstahl in Pulverform, chemische Zusammensetzung
entsprechend 1.4404, X 2 CrNiMo 17 13 2, 316L) bei einer Bauzeit von circa
15 Stunden auf einer M1 Cusing gefertigt. Im Anschluss müssen diese von der
Bauplatte genommen, die Stützgeometrie entfernt und zuletzt geschliffen
werden. Die additiv produzierten Rahmenmuffen haben eine sehr hohe
Materialdichte, die gegenüber herkömmlichen Gussmuffen eine höhere mechanische Belastbarkeit bietet. Dieses Herstellungsverfahren verspricht weniger
Ausschussteile und eine geringe Nacharbeit, somit wird Geld und Zeit gespart.
Von Carbon-Werken hergestellte Rohre werden zeitgleich auf
die vom Programm errechneten Längen zugeschnitten. Auf einer Rahmenlehre
werden anschließend Rohr und Muffe mit einem Spezialkleber verbunden. Nach
dem Aushärten wird der Rahmen auf Mängel überprüft und kann anschließend
mit den gewünschten Anbaukomponenten versehen werden.
Die Firma Vorwaertz entstand im Dezember 2010 mit dem Zusammenschluss
der zwei fahrradbegeisterten Produktdesigner Ralf Holleis und Peter Koller. Alles
begann in einer kleinen Werkstatt in Coburg. Mit Leidenschaft und Faszination
für das Velo bauten die zwei Tüftler anfangs Fahrräder um. Für diese
modifizierten Fahrräder gab es sehr positive Resonanz aus dem persönlichen
Umfeld, und die Idee entstand, einen eigenen Fahrradrahmen zu entwickeln.
Bild: Vorwaertz
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Bilder: Vorwaertz
Das fertige Bahnrad VRZ 1.1: Die
Geometrie des
Rahmens ist für
den Gebrauch auf
der Rennbahn
ausgelegt. Der
Einsatz wird
auch nur dort
empfohlen – die
›Bahnmaschinen‹
sind weder mit
Bremse noch
mit Schaltung
ausgestattet.
Konstruktionsarbeit: Die generierten Daten werden überprüft
und als STL exportiert. Bei diesem Arbeitsschritt besteht
die Möglichkeit, auf individuelle Kundenwünsche wie zum Beispiel Initialen einzugehen.
Funktion und Design harmonisch vereint: Das
Bild zeigt das horizontale Ausfallende – die
Bauform ist nach vorne offen und erlaubt eine
Spannung der Kette ohne Kettenspanner.
Basierend auf der technischen Begeisterung und einem ausgeprägtem Sinn für
Material und Herstellungsverfahren, entwickelte die junge Firma Vorwaertz im
Jahr 2011 das Bahnrad VRZ 1.1.
Das Fahrrad weckte großes Interesse, denn mehr als 50 000 Leute haben
das dazugehörige Video bereits gesehen, und etliche Blogs aus den verschiedensten Bereichen berichteten darüber. Interessenten aus der ganzen Welt
sendeten Kaufanfragen. Sie wurden allerdings erst mal vertröstet, da noch
einige Belastungstests über einen längeren Zeitraum durchgeführt werden
müssen. Die Firma Pending System GmbH & Co. KG (Cube Bikes) unterstützt
Vorwaertz und macht die notwendigen Tests möglich, sodass der Verkaufsstart
der ersten Bikes für August 2012 geplant ist.
beschäftigt. Die Idee ist, ein Snowboard-System zu
entwickeln, das die Eigenschaften eines FreerideSnowboards sowie die eines Tourenski-Systems miteinander verbindet. Artikel unter RX110561
An einem voll ausgestatteten Rennrad und weiteren Fahrradrahmen-Konzepten arbeitet das Team derzeit. Auch einige Anbauteile wie Sattel
und Vorbau sind in Planung. Da das Velo nicht die einzige Leidenschaft ist, wird
zur Zeit ebenfalls an einem Projekt gearbeitet, das sich mit neuen Lösungsansätzen bezüglich eines ökologischen Tourensystems für Snowboarder
KONTAKTINFO
Vorwaertz
Tel. +49 179 9534320
www.vorwaertz.com
Maschinenhersteller:
Concept Laser (SLM Anlage M1)
Tel. +49 9571 949-0
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RAPID PROTOTYPING
Wie Phönix aus der Asche, hier jedoch als
Schädel aus einem Kunststoffpulver: Am
Anfang war diesmal nicht die Finsternis der
Genesis, sondern die Helligkeit einer Idee.
Sie führte zu einem ungewöhnlichen Projekt
hinsichtlich additiver Verfahren – ADAM als
Schöpfungsakt 2.0 sozusagen.
Projekt für Innovationen in
Osteologie und Orthopädie
Nur einen Monat dauerte es von der ersten Idee bis zur Realisation einer
Figur, die für die neuartigen Möglichkeiten in Konstruktion und Design
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mittels additiver Fertigungstechniken steht. Der Advanced Demonstrator
for Additive Manufacturing – kurz: ADAM. Diese Abkürzung ist zweifach
bezeichnend, denn sie lässt sich als Projekt und als Name entsprechend
dem ersten Menschen der Genesis verstehen. ADAM ist das Projekt
eines Rapid-Prototyping-Dienstleisters. Die daran beteiligten Personen,
angewandten additiven Verfahren und verwendeten Materialien dieses
außergewöhnlichen Vorhabens wollen wier hier vorstellen.
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RAPID PROTOTYPING
Konstruktion: David Schäfer, Design- und
Entwicklungsguru bei FIT Production,
hält per Additive Fertigung komplett neue
Möglichkeiten für realisierbar. Dazu ist
jedoch barrierefreies Denken bei
Konstruktion und Design erforderlich.
Bilder: FIT
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Ursprünglich sollte ADAM eine Konzeptstudie sein, um die Möglichkeiten Additiver Fertigung aufzuzeigen; eine additive Litfaßsäule
sozusagen. Denn in ADAM vereinen sich eine enorme Vielzahl von Schichtbauverfahren, wie selektives Lasersintern (SLS), Fine Layer Technique (FLT),
Fused Deposition Modeling (FDM), Electron Beam Melting (EBM) oder Laser
Melting (LM). Auch Vakuumguss-Techniken verwendete man, um einzelne
ADAM-Komponenten zu fertigen.
Ebenso wurde das von der FIT-Tochter Sintermask entwickelte, selektive
Maskensinterverfahren (SMS) eingesetzt. Denn schließlich war die Idee
hinter ADAM auch, neue Wege zu gehen und zu zeigen, was für neuartige
Möglichkeiten sich in der Additiven Fertigung ergeben. Die eingearbeiteten
Strukturen – elastisch bis starr – sollen dabei auch nur einige von vielen
neuen Anwendungsmöglichkeiten aufzeigen. Entworfen und konstruiert
wurde ADAM übrigens von den Ingenieuren der Abteilung »Additives
Engineering«, allen voran David Schäfer, Design- und Entwicklungsguru bei
FIT Production.
Der Geschäftsführer der FIT-Gruppe, Carl Fruth aus dem bayrischen Lupburg, erklärt zu dem ambitionierten Projekt ADAM: »Standardteile gehören
zu unserem täglichen Brot. Aber unser Unternehmen verfügt durch die langjährige Erfahrung auf dem Gebiet der Schichtbautechnologien nicht nur
über eines der umfassendsten Leistungsportfolios der Branche, sondern geht
auch weit über die Fertigung von Industrieprototypen hinaus. ADAM ist ein
optimales Beispiel hierfür. Wir führen nicht nur 3D-Daten aus, sondern sind
auch in der Lage, selbst innovative und kreative Lösungskonzepte zu entwickeln und umzusetzen. Dies ist einer der Faktoren, der uns von herkömmlichen Dienstleistungsunternehmen unterscheidet.«
Nicht nur gut gesagt, sondern auch gut präsentiert, denn seit seinem
ersten öffentlichen Auftritt auf der
Euromold, der Weltmesse für Werkzeug- und Formenbau, Design und
Produktentwicklung, ist ADAM ein
stetiger Begleiter auf Messen und
Ausstellungen und erfährt immer
wieder interessiertes Feedback.
Seien es nun die jugendlichen
Besucher von Ausbildungsmessen und -veranstaltungen oder die Fachwelt,
die ADAM immer wieder
auf den großen Leitmessen der Branche
bewundern kann.
ADAM schafft es vorzüglich, die additiven
Fertigungsverfahren und die
neuen Möglichkeiten dieser
Konstruktionstechnik anschaulich zu präsentieren.
Kürzlich erhielt FIT sogar eine Einladung zum
Ideenpark 2012 ›Zukunft Technik entdecken‹ von
Thyssen Krupp. Die Veranstaltung hat sich zum Ziel
gesetzt, Impulse zu bündeln und den Dialog zum
Thema Technik quer durch alle gesellschaftlichen
Gruppen und Altersklassen zu fördern. Und vor allem
junge Menschen will man ansprechen – die Vordenker und Ingenieure von morgen.
ADAM soll an den faszinierenden Prozess heranführen, wenn Technik entsteht, und nachhaltige
Anstöße für die eigene Ausbildung und Berufswahl
geben. Und er soll unter Beweis stellen, dass Technik
Spaß machen und neue Denkwelten eröffnen kann.
All das zeigt, wie gut es der FIT gelungen ist, kreative
Ideen rund um die Additive Fertigung im Fokus der
Öffentlichkeit zu positionieren.
Strukturen wie sie die Evolution geschaffen hat: Ein Hauptaugenmerk bei der Entwicklung
und Konstruktion von ADAM lag auch auf dem
Einsatz von Selective Space Structures (3S), einer
Entwicklung der Softwareschmiede Netfabb. Die
Blaupausen für die 3S oder Raumgitterstrukturen
liefert – wie so oft – die Natur, denn auch
sie baut Körper aus Gitterstrukturen
auf. Durch dieses funktionsgetriebene Gestalten jeder einzelnen
Sein und nicht sein: Der
ADAM-Schädel, gebaut auf
einer Kunststoff-Lasersinteranlage EOS P360
(Schichtstärke: 150 μm,
Bauzeit: etwa 11 h,
Bauteilvolumen: 390 cm3),
wird gereinigt.
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RAPID PROTOTYPING
Bionische Strukturen: »In
Zusammenhang mit dem
biokompatiblen Metall Titan
und der Additiven Fertigung
sind definiert offenporige
Zellen herstellbar«, so
erklärt es Alexander Bonke,
Geschäftsführer der Abteilung Medizintechnik bei FIT.
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FIT – Fruth Innovative
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www.pro-fit.de
Form entsteht eine effiziente Energie- und Materialausnutzung. Jede Struktur muss den Anforderungen,
die durch die natürliche Umgebung vorgegeben sind,
gerecht werden.
Die Natur speichert diese Strukturen in einem
Code, in Form der Erbsubstanz DNA (Deoxyribonucleic acid oder Desoxyribonukleinsäure), ab. Die
natürliche Bauteilgeometrie besteht am Ende aus der
Kombination der verschiedenen Funktionen beziehungsweise Strukturen.
Durch die Verwendung additiver Fertigungstechnologien kann der Anwender diese natürliche Bauweise nun effizient für funktionelle Konstruktionen
nutzen. Mit der Additiven Fertigung ist es heute
möglich, sich von der limitierenden Denkweise der
konventionellen Fertigung – körperorientiertes
Design – zu lösen und den Bauteilanforderungen
durch funktionsorientiertes Design gerecht zu
werden.
Die Möglichkeiten von Schichtbauverfahren lassen
sich vollständig nutzen, indem man sich von der
werkzeuggebundenen Fertigung löst und sich rein
der Funktionsgestaltung des Bauteils widmet. David
Schäfer nutzte zur Bearbeitung einer zirka 11 MB
großen Ausgangsdatei nur die Software Netfabb
Professional, die es ihm nicht nur ermöglichte,
automatisiert Strukturen in die einzelnen Knochen
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Statement zum Projekt ADAM: »Wir sind in der
Lage, selbst innovative und kreative Lösungskonzepte zu entwickeln und umzusetzen. Dies ist
einer der Faktoren, die uns von herkömmlichen
Dienstleistungsunternehmen unterscheiden.«
Carl Fruth, Geschäftsführer der FIT-Gruppe.
zu laden, sondern auch das für die Konstruktion relativ unhandliche
STL- Datenformat optimal zu bearbeiten.
Durch die Nutzung von Raumgitterstrukturen (3S) lassen sich Hochleistungsbauteile für technische oder künstlerische Anwendungen aufbauen.
Dabei erfüllen die 3S-Bauteile auch die entscheidenden Voraussetzungen
für echtes und nutzbares Bionic-Design (den technischen Nachbau von
Eigenschaften und Effekten von natürlichen Körpern). Das einzige Limit ist
nur die schöpferische Kompetenz des Konstrukteurs und nicht die Leistungsfähigkeit eines CAD-Systems oder eines Herstellungsverfahrens.
Komplett neue Möglichkeiten sind durch die Additive Fertigung
realisierbar. Allerdings werden diese Möglichkeiten bei Weitem nicht
ausgeschöpft, da das körperorientierte und werkzeuggebundene Fertigungsdenken sich immer noch als Blockade erweist. Leider unterstützen sowohl
die konventionellen CAD-Systeme als auch die herkömmlichen Fertigungsumstände diese Denkweise.
Die Motivation, neue Lösungen mit neuen Fertigungstechnologien zu
schaffen, fängt bereits bei der Gestaltung komplexer Bauteile an. Es sind
oftmals die Dinge, die konventionell nicht realisierbar sind, die diese Technologien vorantreiben. Und genau hier soll ADAM ansetzen: neue, kreative
Impulse zu geben für ein barrierefreies Denken bei Konstruktion und Design.
Bilder: FIT
16
17
Advanced Demonstrator for Additive
Manufacturing – kurz
ADAM: Hier sind
übersichtlich die
diversen Teile des
Skeletts und deren
Merkmale, die additive
Herstellungsmethode
und die verwendeten
Werkstoffe dargestellt.
Durch das Verwenden
additiver Fertigungstechnologien lässt
sich die natürliche
Bauweise von Knochen
auch effizient für
funktionelle Konstruktionen nutzen.
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RAPID PROTOTYPING
Diverse Implantate: Mit
dem biokompatiblen
Metall Titan und der
Additiven Fertigung
lassen sich offenporige
Strukturen anfertigen.
RAUMGITTERSTRUKTUREN
Selective Space Structures (3S) oder Raumgitterstrukturen
weisen enorme Vorteile auf, so: Leichtbau, ideale Kräfteführung je
nach Anwendung, Spannungsreduktion, Kräfteverteilung, Mediendurchlässigkeit (gasförmig bis zähflüssig), Mischen oder Trennen,
Kühlen oder Heizen, Federn oder Dämpfen, auxetische (griechisch
auxetos: dehnbar) Funktionen , Kombinationen von Strukturen in
Strukturen (je nach Eigenschaften), gradierte Strukturen (um
Kräfte systematisch abzufangen).
»Die Anwendungsgebiete von Raumgitterstrukturen liegen schwerpunktmäßig in den Bereichen
Temperierung, Massenreduktion, als räumlich
angeordnete Funktionsflächen für Chemie, Elektrik
oder Mechanik und als räumlich verteilte Speicher
für Gase oder Flüssigkeiten. Aber gerade wenn es
um den Einsatz von Additiver Technik im medizinischen Bereich geht, also dem Herstellen von Individualimplantaten (wie einer Schädelplatte oder einem
künstlichen Kniegelenk), bietet sich ADAM natürlich
als Anschauungsobjekt an. Denn besonders in der
Medizintechnik finden Strukturen an metallischen
Implantaten oder Instrumenten immer mehr Anwendung.
In Zusammenhang mit dem biokompatiblen Metall
Titan und der Additiven Fertigung sind definiert
offenporige Zellen herstellbar. Die Struktur zusammen
mit Titan fördert das Knochenwachstum. Die Schnittstelle Mensch-Implantat wird dadurch verbessert.« So
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Die Natur als Vorbild: Elastische Raumgitterstrukturen sorgen für effiziente Energie- und
Materialausnutzung. Jede Struktur muss den
Anforderungen, die durch die natürliche Umgebung
vorgegeben sind, gerecht werden.
Bilder: FIT
18
RAPID PROTOTYPING
Software:
Netfabb (3D-Druck-Software)
Tel. +49 9492 6016400
www.netfabb.com
Lasersintermaschinen:
Arcam AB (EBM-Anlage)
Tel. +46 31 7103200
www.arcam.com
ADAM nimmt Haltung an: Die
vielen Knochen und Implantate
aus Kunststoff und Titan lassen
sich anatomisch beinahe natürlich
anordnen, wie hier das Skelett
in ziemlich entspannter
Sitzhaltung zeigt.
erklärt es Alexander Bonke, Geschäftsführer der Abteilung Medizintechnik
bei FIT. Die Vorteile der Strukturen in der Medizintechnik sind neben dem
verbesserten Knochenwachstum die bis zu 50 % Gewichtsreduktion und die
verbesserte Kraftaufnahme und -verteilung im Implantat.
Implantate aus Kunsstoff und Metall. Gegen Ende 2011 wurde
Bilder: FIT
EOS GmbH – Electro Optical
Systems (SLS-Maschine P360)
Tel. +49 89 89336-0
www.eos.info
SLM Solutions GmbH
(SLM-Anlage SLM 250 HL)
Tel. +49 451 160820
www.slm-solutions.com
Durch das additiv arbeitende Lasersintern ist es
möglich, passgenaue Implantate herzustellen. Die
Additive Fertigung von medizinischen Implantaten
aus Metall, etwa im Bereich des Schädels oder der
Wirbelsäule, durch Schichtaufbauverfahren wie
DMLS, SLM oder EBM wird ja bereits seit geraumer
Zeit mit Erfolg untersucht.
KONTAKTINFO AUSRÜSTER
bei der FIT-Gruppe ein 30 Monate dauerndes Projekt zur Herstellung von
Individualimplantaten mittels additiver Fertigungsverfahren erfolgreich abgeschlossen. Das Ziel des Projekts war es, neue Werkstoffe und Verfahren zu
erforschen, mit denen sich zukünftig Individualimplantate für den gesichtschirurgischen Bereich entwickeln lassen.
Im gemeinsamen Verbund haben sich der Lehrstuhl für Kunststofftechnik
(LKT) der Universität Erlangen, die Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgische
Klinik (MKG) des Universitätsklinikums Bamberg und die Fruth Innovative
Technologien GmbH dieser Aufgabe gewidmet.
Kunststoff fürs Knochenwachstum. Auch
die Medizintechnik wird inzwischen immer mehr
auf Kunststoff als Ausgangsmaterial für Implantate
aufmerksam. So gibt es mittlerweile Zusammensetzungen, die der menschliche Körper abbaut und
die gleichzeitig das Knochenwachstum anregen.
Allerdings sind diese Kunststoffe mit den existierenden Geräten im additiven Verfahren nicht zufriedenstellend einsetzbar, da sie im Gegensatz zu Metallpulver noch ein deutlich schlechteres Fließverhalten
vorweisen.
Ein wesentlicher Fortschritt diesbezüglich ist die
Entwicklung des Powder Shuttle durch das Team
von Sintermask, einem Tochterunternehmen der
FIT GmbH. Powder Shuttle ist ein neues Beschichtungssystem, das den Auftrag von schlecht rieselfähigem Pulver möglich macht. Dazu wird – anders
als bei den heute geläufigen Verfahren – das Pulver
nicht mit Rollen oder Rakeln aufgetragen. Diese
konventionellen Verfahrensweisen sind meist nur
mit den Pulvern möglich, die die Anlagenhersteller
selbst teuer vertreiben. Bei den schlechteren Fließeigenschaften manch anderer Materialien stoßen die
alten Systeme an ihre Grenzen.
Im Rahmen des Forschungsprojektes konnte man
nunmehr mechanisch belastbare Bauteile aus Kunststoff generieren, sodass damit die technischen
Voraussetzungen für den Einsatz bei individuellen
Implantaten bereitet sind. ADAM wird also in absehbarer Zeit ein paar neue Teile erhalten. Artikel unter RX110572
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R A P I D M A N U FA C T U R I N G
Dieser Donut ist
ein ästhetischer
Leckerbissen: Die
Designstudenten
hatten zur Anregung
beim Entwurf
allerdings keine
Backwaren, sondern
Bilder von Diatomeen
vor Augen. Das sind
mikroskopisch kleine,
einzellige Algen,
deren filigrane und
durchbrochene
Strukturen unter
dem Rasterelektronenmikroskop
sichtbar werden.
Formvollendete Leuchten
So sieht die digitale Produktion der Zukunft aus: Entwürfe von
Designerlampen werden digitalisiert und anschließend in 3D einfach
ausgedruckt – fertig ist das Endprodukt.
»Es ist wirklich erstaunlich, welche Möglichkeiten
das Additive Manufacturing heute bietet. Wir
können unsere Lampen in Losgröße eins im Dienstleistungszentrum von Voxeljet schnell und unkompliziert
ausdrucken lassen. Basis dafür sind die CAD-Daten der
Modelle – alles Weitere übernehmen vollautomatisch
die 3D-Drucker. Damit gelingt der letzte bislang noch
fehlende Schritt in einem digitalen Herstellprozess, der
nicht nur Architekten und Künstlern völlig neue
Freiheiten offeriert«, so Wieland Schmidt.
Wovon heute alle Beteiligten begeistert sind, nahm
seinen Lauf am Lehrstuhl für Emerging Technologies an
der TU München. Dort hat sich Wieland Schmidt als
Dozent in den zurückliegenden Semestern damit
beschäftigt, einen Workflow zur Herstellung komplexer,
von der Natur inspirierter Formen zu entwickeln. Die
Arbeit mit Studenten zeigte schnell: Das Modellieren
freier Formen bereitet Probleme. Es ist alles andere als
einfach, Ideen in eine beschreibbare und sinnvolle Geometrie umzusetzen. Und am Ende stand die Frage: Wie
kommt man zu einem 3D-Modell und letztlich zum
realen Endprodukt?
Viele kreative Arbeiten entstanden aus der
Beschäftigung mit komplexen Geometrien, darunter
herausragende Entwürfe von Lampen, deren Formen
von der Natur inspiriert sind. Konkret dienten Bilder von
Diatomeen – das sind mikroskopisch kleine, einzellige
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Algen – als Anregung für das Design. Die filigran durchbrochenen, transparenten
und komplexen Gehäuse werden unter dem Rasterelektronenmikroskop sichtbar. Die ästhetische Mikroarchitektur besteht aus kunstvollen Leichtbauschalen.
Daraus entstand der überzeugende Entwurf der ersten Lampe, der zu diesem
Zeitpunkt nicht in einem statischen 3D-Modell gebaut, sondern als parametrische
Geometrie definiert wurde. Die Besonderheit dabei erläutert Wieland Schmidt:
»Bei dieser Vorgehensweise legen wir nicht die Form fest, sondern einzelne
Parameter wie Radius, Wandstärke, Öffnungsgrößen oder Verdrehungswinkel.
Ändert man einen Parameter, ändert sich die gesamte Geometrie. Der Vorteil
dabei: Nach einer solchen Änderung muss das 3D-Modell nicht komplett neu
aufgebaut werden.«
Änderungen lassen sich schnell und flexibel vornehmen. Auf
einfache Weise können viele Varianten durchgespielt und der Entwurf optimiert
werden. Letztlich ist es der Designer und nicht der Computer, der die endgültige
Fassung aus einer schier unendlichen Vielzahl auswählt und bestimmt. Ist die
endgültige Form gefunden, koppelt man die Geometrie von dem parametrischen
Modell ab und erstellt ein klassisches 3D-Modell. Zu guter Letzt stehen wichtige
Details auf dem Programm, wie etwa die Öffnung für das Leuchtmittel vorzusehen
und das Polygonnetz zu optimieren, ehe das virtuelle Modell fertig für den
3D-Druck ist.
Über die Möglichkeiten der 3D-Drucktechnologie informierten sich die
Studenten der TU München zusammen mit Wieland Schmidt auf einer Exkursion im Sommersemester 2011 vor Ort bei Voxeljet. In ihrem Dienstleistungszentrum, das zu den größten Europas zählt, haben sich die Augsburger auf die
On-demand-Fertigung von Sandformen für den Metallguss sowie auf Kunststoffformen und 3D-Funktionsmodelle aus Kunststoff spezialisiert. Hersteller
von Kleinserien und Prototypen aus unterschiedlichen Industriezweigen
R A P I D M A N U FA C T U R I N G
Außergewöhnliche DesignerLampen: Sie wurden direkt aus
CAD-Daten vom Voxeljet-Drucker
VX 800 im Schichtbauverfahren
hergestellt.
Nachbearbeitung machen konnten.« Dank der Stabilität
ließ sich das Modell problemlos mit Epoxidharz infiltrieren, schleifen und abschließend lackieren. Um die
Oberflächenqualität zu optimieren, entschloss man sich
zu einer aufwendigen Drei-Schicht-Lackierung. Im
letzten Schritt stand die Komplettierung der Lampe mit
Aufhängung und Leuchtmittel an. Eine Energiesparlampe verleiht der Designerlampe eine angenehme,
schätzen die schnelle und kostengünstige Herstellung ihrer Gussformen und
warm weiße Leuchtfarbe.
3D-Modelle auf Basis von CAD-Daten. »Was wir hier zu sehen bekamen, eröffDie von der Natur inspirierte Formgebung der Designete für das Lampenprojekt völlig neue Möglichkeiten: Dank der Voxeljetnerlampe weckt Emotionen und liegt derzeit voll im
Technologie endet der digitale Herstellprozess für uns nicht länger beim
Trend. Auch die Besucher der Fachmesse Euromold, die
virtuellen Modell, sondern beim realen und voll funktionsfähigen Endprodukt«,
die Lampen auf dem Voxeljet-Messestand betrachten
so Wieland Schmidt.
konnten, waren von Ästhetik und Anmutung der Lampe
So entstand auch der Prototyp der ersten Lampe direkt aus den CAD-Daten
begeistert. Kein Wunder, dass heute bereits vier
im sogenannten Schichtbauverfahren. Gedruckt wurde das Designerstück auf
unterschiedliche Lampenmodelle, die allesamt bei
dem bewährten 3D-Industriedrucker VX 800. Diese
Voxeljet produziert werden, bei
Maschine arbeitet nicht nur schnell, sondern auch
Wieland Schmidts Firma ›Shape and
KONTAKTINFO
sehr präzise. In einer Bauzeit von wenigen Stunden
Form‹ verkauft werden. InteresDesign:
entstand die Lampe durch den schichtweisen Aufsenten können sich die LamShape and Form
trag von 100 Mikrometer dicken Quarzsandpenkollektion im Internet ansehen
Kontakt: Email über die Website
schichten, die selektiv durch einen Binder verklebt
und Bestellungen aufgeben. Die
www.shapeandform.de
werden.
durchgängig digitale Produktion der
Vom Ergebnis war Wieland Schmidt überaus
Lampen lässt bereits heute die fas3D-Druck:
angetan: »Qualität und Anmutung der im 3D-Druck
zinierenden Möglichkeiten dieser
Voxeljet Technology GmbH
entstandenen Lampe werden selbst hochgesteckten
Technologie für die Zukunft
Tel. +49 821 7483-100
Erwartungen gerecht. Das Modell war nicht nur
erahnen. Ralf Högel
www.voxeljet.com
detailgenau und präzise gedruckt, sondern auch
mechanisch stabil, sodass wir uns zügig an die
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Mehr Turbinenpower
Die Additive Fertigung ermöglicht die innovative Stoßwellenkontrolle an einer Überschallturbinenschaufel. Dazu wurde
ein Turbinenschaufelmodell in
einer Pionieruntersuchung
eingesetzt.
Wissenschaftler vom Karman Institute in Belgien
beauftragten Layerwise mit der Fertigung eines
skalierten Turbineneinlassschaufelmodells für ein
Turbinenuntersuchungsprojekt. Der additive Fertigungsspezialist Layerwise baute das metallene
Schaufelmodell als eine Einheit, komplett mit interner
Kühlungsaussparung und feinen Instrumentenkanälen.
Die Untersuchung, basierend auf detaillierter Simulation
und Tests, hat ergeben, dass man die Turbinenkühlung
verbessern kann, indem, statt einer Dauerströmung, ein
pulsierender Strom durch die Hinterkante injiziert wird.
Gleichzeitig reduziert die pulsierte Kühlung die Intensität
der Stoßwellen erheblich.
Pulsierendes versus Dauerkühlen. Überschall-Turbinenschaufeln, wie sie in Jetmotoren zum
Einsatz kommen, werden wegen ihrer Gasströmung mit
hohen Temperaturen intern gekühlt. Stoßwellen, die
sich an der Hinterkante der Schaufel bilden, generieren
Stoßwellen: Diese werden an der Hinterkante
einer Turbinenschaufel gebildet, reduzieren die
Wirkleistung der Turbine und fügen zusätzliche
mechanische Belastungen hinzu.
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Mehr Schub bei Überschallturbinen: Die Additive Fertigung
ermöglicht eine Stoßwellenkontrolle an einer Turbinenschaufel.
Das ermöglicht es, kompakte Turbinen mit höherer Leistung und
mit einem besseren Kraft/Gewicht-Verhältnis zu entwickeln.
starke Stator-/Rotorinteraktionen, welche die Wirkleistung der Turbine
reduzieren und zusätzliche mechanische Belastungen hinzufügen.
Die aktuelle Untersuchung vom Karman Institute ist orientiert auf pulsierende
Kühlung versus Dauerkühlung. Wissenschaftler haben die verschiedenen
Baublöcke, die erforderlich sind, um eine detaillierte Einsicht in dieses neues
Konzept von pulsierender Turbinenkühlung zu bekommen, ausgewählt und
definiert.
Ein mechanisches pulsierendes Ventil mit einem geeigneten Frequenz- und
Amplitudenbereich generiert die pulsierende Kühlluft. Der Luftstrom läuft durch
eine Hochdruck-Einlassschaufel, von Layerwise gefertigt, und zirkuliert die
komplette Länge entlang, um schließlich durch eine Rille an der Hinterkante
ausgetragen zu werden. Es geht um ein vereinfachtes und skaliertes Turbineneinlassschaufelmodell, abgeleitet von einer reellen Geometrie.
Professor Paniagua und sein Team haben den kompletten Aufbau mithilfe
einer Simulationssoftware für Flüssigkeitsdynamik numerisch studiert. Der komplette experimentelle Aufbau wurde modelliert, inklusive Rohren, Pulsierventil
und Schaufelaussparung. Das Flüssigkeitsdynamikmodell wurde eingesetzt, um
die experimentelle Untersuchung bis über die Grenzen des aktuellen Aufbaus
zu erweitern – größtenteils in der oberen, vom Ventil erzeugten Frequenz.
Anschließend tätigte man Experimente, um die numerischen Ergebnissen zu
kontrollieren.
Die Konstruktion des Modells der Turbineneinlassschaufel war eine wahre
Herausforderung. Layerwise, ein Unternehmen spezialisiert auf selektives Laserschmelzen (SLM), fertigte die Schaufel nach den Spezifikationen des Karman
Institutes. Ziemlich beeindruckend ist die Tatsache, dass Layerwise die Schaufel
als eine Einheit in nur einem Fertigungsschritt produziert hat, inklusive sämtlicher
interner Kühlungsaussparungen und Instrumentenkanäle.
Tom De Bruyne, Sales Manager von Layerwise, erklärt, dass die erforderliche
Geometrie nicht für traditionelle Metallverarbeitungsverfahren geeignet war.
Er sagt: »SLM reversiert das komplette Fertigungsverfahren, indem Material
Bilder: Boeing, Layerwise
22
Bilder: Layerwise
in Schichten aufgebaut wird, statt das
Material in verschiedenen Metallverarbeitungsschritten zu entfernen. Da ein Simulation der Flüssigkeitsdynamik an einer Turbinenschaufelkante: Diese
leistungsfähiger Hochpräzisionslaser die Schlieren-Stoßwellenbilder lassen eine 70%-ige Abnahme der Stoßintensität
Metallpulverteilchen bearbeitet, schmelzen zwischen dauernder Kühlung (links) und pulsierender Kühlung (rechts) erkennen.
die Teilchen schnell und komplett, sodass
neues Material ohne Leim oder Bindeflüssigkeit ordnungsgemäß haftet. Da der
Laser jederzeit Zugang zu sämtlichen gewünschten Standorten hat, sind wir
imstande, die komplexe Geometrie der Schaufel zu verwirklichen, inklusive
KONTAKTINFO
sämtlicher interner Kühlungsaussparungen und Instrumentenkanäle.«
Karman Institute for Fluid Dynamics
Die ausgezeichnet ausgerüstete Schaufel ist ausgelegt für eine hohe DichtTel. +32 2 3599611
heit bei den Messungen. Die Drucksensoren enthalten sowohl Druckteile als
www.vki.ac.be
auch unstetige Drucksensoren. Die SLM-gefertigte Schaufel enthält zweckbestimmte Anschlüsse und Kanäle, um sicherzustellen, dass Sensoren und
Layerwise (SLM-Dienstleister)
Bekabelung die Windtunnelexpertimente nicht beeinflussen. SLM ist die einTel. +32 16 298420
zige metallverarbeitende Technologie, die diese subtilen Merkmale integrieren
www.layerwise.com
kann, was die Gültigkeit der Messdaten garantiert. Diesbezüglich wissen
die Tester vom Karman Institute die proaktive Interaktion mit Layerwise zu
schätzen – eine Tatsache, die in großem Maße dazu beigetragen hat, dass
die geometrischen Schaufelanforderungen rechtzeitig erfüllt wurden.
geholfen, die Aerodynamik und den Nachweis der entMotorrepräsentative Testbedingungen sind vorhanden. Im sprechend komplexen Physik zu verstehen. Nach ProWindtunnel wird die aerodynamische Leistung der Schaufel experimentell
fessor Paniagua ist das Verhältnis zwischen pulsierender
unter motorrepräsentativen Bedingungen getestet. Da ein Experiment nur
Kühlung und Stoßwellenverhalten ebenfalls ziemlich
etwa eine halbe Sekunde dauert, hat das Karman Institute eine Schlierenrevolutionär. Die Computersimulation der FlüssigkeitsBildvorrichtung gewählt, um die Stoßwellen darzustellen, die sich an der
dynamik sieht eine 70%-ige Abnahme der StoßHinterkante der Schaufel bilden. Im Entwurf der Schaufel ist der Durchmesser
intensität vor – und zwar mit Experimentdaten, welche
der Hinderkante um 5 mm vergrößert. Damit bekommt man die erforderliche
die große Abnahmetendenz bestätigen.
Raumauflösung für Schlieren-Experimentbilder und die zeitliche Auflösung
Das Fazit dieses erfolgreichen Untersuchungsfür eine Vortex-Nachbildung.
projektes ist, dass man Stoßwellen ordnungsgemäß
Während der Windtunneltests haben die Sensoren in der Schaufel sowie
kontrollieren kann, indem man das Timing und die
in den oberen und unteren Windtunnel-Strömungskanälen sämtliche
Amplitude optimiert. Dies bietet ein großes Potenzial
Experimentdaten gesammelt. Ein rotierendes Ventil erzeugt die Luftströmung
nicht nur für Aeromotorenhersteller, um kompaktere
der Kühlmittelschaufel. Es wird mit einer drehenden Lochscheibe betrieben,
Turbinen mit höherer Leistung und mit einem besseren
womit eine pulsierende Hochdruck-Luftströmung bis 200 Hertz garantiert ist.
Kraft/Gewicht-Verhältnis zu entwickeln. Windtunneltest inklusive Ergebnisse mit Durchschnittzeit und Zeitlösung haben
Turbinenschaufel: Die metallene
Schaufel, im Bild rechts inklusive
interner Kühlungsaussparungen
und Instrumentenkanäle für
Sensoren und Bekabelung für
Windtunnelexperimente, wurde
als eine Einheit in einem einzigen
Fertigungsschritt komplett per
SLM hergestellt.
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r a p i d X I N N OVAT I O N E N
TECNOMATIX JACK MIT NEUEN FUNKTIONEN
Virtueller Mensch
Simuliert Menschen: ›Jack 7.1‹ zielt
auf verbesserte Ergonomie. Bild: Siemens
VIRTUELLES FOTOSTUDIO
Ins rechte Licht gerückt
Cadenas zeigt, wie es geht: Ab sofort können Komponentenhersteller fotorealistische Bilder ihrer Produkte mit
einem Knopfdruck aus dem elektronischen CAD-Produktkatalog ›eCatalogsolutions‹ erzeugen. Wie im
professionellen Fotostudio lassen sich Lichtquellen
definieren und nach Belieben platzieren. Die Produkte
werden in einer realen Lichtsituation gerendert,
wodurch Unterschiede zu Produktfotos professioneller
Fotografen für das bloße Auge kaum erkennbar sein
sollen. Ermöglicht wird dies durch eine Schnittstelle der
Produktkatalog-Softwarelösung zur Software Maxwell
Renderer. Zudem ist es möglich, gerenderte Bilder und
Fotografien von weiteren Bauteilen beispielsweise in
Katalogen zu kombinieren. Denn durch die freie Wahl
der Lichtquellen sowohl innerhalb der Softwarelösung
als auch im Fotostudio können die Bilder aneinander
angeglichen werden. So entstehen Produktpräsentationen wie aus einem Guss. Zum Einsatz kommen die
hochauflösenden Bilder des 3D-Renderings aus dem
virtuellen Fotostudio zum Beispiel auf Internetseiten,
in Printkatalogen, auf CD-ROMs oder Messeplakaten.
Die Vorteile des Verfahrens sollen vor allem in seiner
Wirtschaftlichkeit
liegen. Bisher wurden
Produkte meist von
professionellen Fotografen abgelichtet;
dabei entstanden
Kosten für Logistik,
Organisation sowie
Personal. Mit dem
Einsatz von gerenderten Bildern lassen
sich Kosten und Aufwand reduzieren.
Um den ›Faktor Mensch‹ bei der Entwicklung, Montage und Wartung von
Produkten besser berücksichtigen zu
können, hat Siemens PLM Software
den ›Tecnomatix Jack‹ um zusätzliche
Funktionen erweitert. Die neue Version
des Simulations- und Modellierungswerkzeugs für Ergonomiestudien,
Jack 7.1, enthält neben neuen Datenbanken mit menschlichen Standardmaßen
auch Verbesserungen bei den Sitzpositionen sowie der
Simulation einzelner Hände. Digitale Umgebungen werden
mit virtuellen Menschen bevölkert, deren Anzahl derjenigen
der späteren Arbeiter entspricht. Die Designs sind so auf
zahlreiche menschliche Faktoren prüfbar, zum Beispiel Verletzungsrisiko, Benutzerkomfort, Erreichbarkeit, Sichtfelder,
Ermüdungsgrenzen und andere Parameter. Die Software
unterstützt zudem die Analyse möglicher Körperhaltungen
bei sitzenden Tätigkeiten und enthält neue Gestaltdatenbanken für koreanische und japanische Anthropomorphien.
www.plm.automation.siemens.com
Monoblock-Form:
Im Hybridverfahren
entstehen Filter,
medizinische
Implantate oder
technische
Komponenten.
Bild: Matsuura
INNOVATIVES MASCHINENKONZEPT
Zwei Verfahren – ein Prozess
Besser In Szene gesetzt: ein
im virtuellen Studio erzeugtes
Bild eines fotorealistischen
Produkts.
Matsuura präsentiert die ›Lumex Avance-25‹. Hinter dem Namen
steht ein besonderes Konzept, das der Hersteller selbst als einen
Hybriden aus Metall-Lasersinter- und Fräsmaschine bezeichnet.
Insgesamt soll das Verfahren die Produktionszeit um rund 60 %
reduzieren. Der Hauptunterschied besteht in der Erzeugung einer
Monoblock-Form gegenüber der konventionellen mehrteiligen
Form. Hierbei sind komplizierte Strukturen möglich – Kühl- und
Entgasungskanäle, andere präzise Hohlräume oder der Einbau
von 3D-Gitterstrukturen. Rippen oder Nuten, die üblicherweise
per Funkenerosion erzeugt wurden, sind nun mit hohen Freiheitsgraden ohne EDM herstellbar. Im Prozess arbeiten Lasersintern und Fräsen abwechselnd so oft, bis die endgültige
Bauteilform erreicht ist. Die Maschine kann Werkstücke mit
einer maximalen Größe von 250 x 250 mm herstellen.
Bild: Cadenas
www.matsuura.co.jp
www.cadenas.de
rapidX
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r a p i d X I N N OVAT I O N E N
NEUE LEISTUNGSSTARKE WORKSTATIONS
Schnellere Produktentwicklung
Seine Workstation-Produktfamilie hat Hewlett Packard jetzt
diversifiziert: Der Hersteller erweitert den Desktopbereich mit
›HP Z420‹, ›HP Z620‹ sowie ›HP Z820‹ um drei Modelle für
unterschiedliche Ansprüche. Die Z-Workstations beinhalten
die neuesten Intel-Xeon-E5-Prozessoren sowie NvidiaQuadro-Grafikkarten speziell für den 2D- und 3D-Bereich.
Jede Station besitzt unterschiedliche Eigenschaften, sodass
die Anwender mit einer für ihre individuellen Ansprüche
passenden Workstation arbeiten können. Die HP Z420 gilt
als klassischer ›Mainstreamer‹: Sie bietet
bis zu 64 GB RAMSpeicher sowie
einen Hochgeschwindigkeitsspeicher von
bis zu 15 TB und soll
damit, laut Hersteller,
ein idealer Partner
für Produktdesigner,
Architekten oder
Jede Menge Power: drei
auch Anwender sein,
neue HP-Workstations, im
die Bilder und Videos
Bild die HP Z420. Bild: HP
bearbeiten möchten.
Die HP Z620 ist mit
bis zu 96 GB RAM-Speicher und einem Hochgeschwindigkeitsspeicher von maximal 11 TB ausgestattet. So ist dieses
Modell besonders für den professionellen Einsatz im Bereich
Video, Animation oder auch im Finanzwesen geeignet.
Die HP Z820 bietet bis zu 512 GB RAM und einen Hochgeschwindigkeitsspeicher von bis zu 15 TB. Damit ist sie das
leistungsstärkste Modell der Z-Workstations, mit dem besonders Großkonzerne und Unternehmen mit hoch anspruchsvollen Berechnungsanwendungen arbeiten können.
www.hp.com
Zwischen Zahnwurzeln:
Neue StereolithografieModelle erleichtern
Eingriffe mit selektivem
Visualisieren der pathologischen Region.
Bild: 3D Systems
MEDIZINISCH GEPRÜFTE MATERIALIEN
Das Modell hilft bei der OP
Je genauer der Arzt im Operationssaal weiß, wo beispielsweise ein Tumor verborgen liegt, desto akkurater
kann er das Skalpell führen. Anatomische Strukturen
lassen sich jetzt in Stereolithografie-Modellen selektiv
farbig visualisieren und unterstützen so beim genauen
Verständnis der Situation in einer pathologischen
Region: Das Material ›Accura ClearVue‹ des Herstellers
3D Systems macht es möglich. Die StereolithografieModelle werden dabei in die Operationsplanung intensiv
mit einbezogen. Das britische National Center for Product
Design and Research (PDR) setzt eine solche Anlage
speziell in seiner Abteilung für anatomische Modelle ein.
›Accura ClearVue‹ ist ein transparentes 3D-Druckmaterial
für Stereolithografie-Anlagen, das Eigenschaften wie
Polykarbonat und ABS aufweist. Es eignet sich zudem
für Schnappverschlüsse und erfüllt die strengen Anforderungen der USP-Klasse VI. Die Medical Application Group
von PDR konzentriert sich auf Forschung und Entwicklung im Bereich medizinischer Geräte und anatomischer
Modelle für den National Health Service, den Gesundheitsdienst Großbritanniens. Ziel ist dabei, die Planbarkeit
von Eingriffen zu verbessern und so die Sicherheit und
die Heilungschancen für den Patienten zu erhöhen.
www.3dsystems.com
FIRMEN & INSERENTEN
INSERENTEN
FIRMEN
Concept Laser GmbH,
Lichtenfels
7
Hanser Verlag GmbH &
Co. KG, München
27
INDUTHERM
Erwärmungsanlagen
GmbH, Walzbachtal 5
Messe Erfurt GmbH,
Erfurt
3
Objet GmbH,
Rheinmünster
28
ReaLizer GmbH,
Borchen
2
3D Systems GmbH,
Darmstadt
Arcam AB,
Mölndal, Schweden
Boeing,
Illinois, USA
Cadenas GmbH,
Augsburg
Concept LaserGmbH,
Lichtenfels
Continuum Fashion,
Stockholm,
25
19
5
24
13
9
Deutsches Zentrum für
Luft- und Raumfahrt,
Stuttgart
26
EOS GmbH,
Krailling
9, 19
FIT GmbH,
Parsberg
5, 19
FKM Sintertechnik
GmbH, Biedenkopf 6
Hewlett Packard,
25
Böblingen
Hexagon Metrology
Lahnau
5, 10, 11
Karman Institute for
Fluid Dynamics,
Rhode-St-Genèse 23
Layerwise,
Leuven, Belgien 22, 23
Matsuura Machinery,
Wiesbaden
24
Netfabb GmbH,
Parsberg
15, 16, 19
Prodintec Foundation,
Gijón, Spanien
11
Shape and Form,
München
5, 21
Siemens PLM
Software, Langen 24
SLM Solutions GmbH,
Lübeck
19
Stratasys GmbH,
Frankfurt
6
Stükerjürgen Aerospace
Composites GmbH,
Rietberg-Varensell 7
Vorwaertz,
Bischofsgrün 5, 12, 13
Voxeljet Technology
GmbH, Friedberg 5, 21
Wohlers Associates,
Fort Collins, USA
7
rapidX
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VORSCHAU
IMPRESSUM
CHARAKTERISTIK
rapidX richtet sich als Branchenzeitschrift an verantwortliche Anwender,
Entwickler und Produktionsleiter der Investitions- und Konsumgüterindustrie. Als moderne Technologie-Zeitschrift informiert sie über alle
Schichtbauverfahren und schnelle Produktentwicklung (Rapid Product
Development). Innerhalb dieses Umfelds berichtet sie über Rapid Prototyping (schnellen Prototypenbau), Rapid Tooling (schnellen Werkzeugbau)
und Rapid Manufacturing (schnelle Fertigung). Diese Verfahren ermöglichen
es, komplizierte Werkstücke, Teile und Produkte herzustellen und schnell
entsprechend individuellen Kundenwünschen zu entwickeln, auszulegen
und kostengünstig zu produzieren. rapidX deckt über ihre Marktdurchdringung eine breite Zielgruppe über viele Branchen hinweg ab.
Bild: DLR
26
AUSBLICK
REDAKTEURIN Susanne Schröder,
Tel.: +49 89 99830-329, Fax: -623,
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REDAKTIONSASSISTENZ K. Schmied,
Tel.: +49 89 99830-246, Fax: -623,
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Raumgleiter aus Titan
CHEFREDAKTION Richard Fachtan (verantwortlich),
Kolbergerstraße 22,
81679 München, Tel.: +49 89 99830-611,
www.form-werkzeug.de
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Erfinder, die in der Luft- und Raumfahrt neue
Ideen einbringen wollen, müssen mutig sein
und manchmal auch querdenken – das sind wichtige
Optionen, wenn es darum geht, die Zukunft zu
gestalten. Bei einem Projekt, das als strategischer
Beitrag Europas zur Zukunft der bemannten Raumfahrt gesehen wird, waren daher unkonventionelle
Konstruktions- und Fertigungsansätze gefragt. Ein
wiederverwertbares Weltraum-Transportsystem
kann deswegen kaum mit den Methoden der
Vergangenheit entstehen, sondern muss vielmehr
mit zukunftsträchtigen Additiven Verfahren realisiert
werden. Die Aufgabe war es, für aerodynamische
Tests ein Modell zu fertigen, das auf hochwertigen
Titan-Geometrien basiert.
FREELANCER & ONLINE Elisabeth Strassert
VERLAG Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG,
Kolbergerstraße 22, D-81679 München
oder
Postfach 86 04 20, D-81631 München,
Tel.: +49 89 99830-0, Fax: +49 89 984809,
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ISSN 2190-8745
Gemäß § 8 Abs. 3 BayPrG geben wir die Inhaber und Beteiligungsverhältnisse wie folgt an: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, Kolbergerstr. 22,
D-81679 München, Sitz und Registergericht: München HRA 49621, PhG: Carl
Hanser Verlagsleitungsges. mbH, Kolbergerstr. 22, D-81679 München, Sitz
und Registergericht: München HRB 40463, Kommanditisten: Ruth Beisler,
Hausfrau, München; Gertraud Bracker, Buchhändlerin, Weilheim; Wolfgang
Beisler, Geschäftsführer, München; Ulrike Beisler, Verlegerin, Rom;
Christoph Beisler, Künstler, München.
GESCHÄFTSFÜHRUNG Wolfgang Beisler, Stephan D. Joß,
Michael Krüger
VERLAGSLEITUNG Michael Himmelstoß, Tel.: +49 89 99830-613
ANZEIGENLEITUNG Dietmar von der Au (verantwortlich),
Tel.: +49 89 99830-214, [email protected]
VERTRIEB Susanne Wolf (Vertriebsleitung),
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