Forum AM Wissenschaft I

DIENSTAG, 22. Juni 2021

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09:00 - 09:05

Begrüßung aus dem Rapid.Tech 3D Live-Studio

Michael Kynast, Michael Eichmann und Prof. Gerd Witt | Messe Erfurt GmbH, Stratasys GmbH, Universität Duisburg-Essen

Michael Kynast, Geschäftsführer der Messe Erfurt GmbH
Michael Eichmann, Stratasys GmbH, Fachbeiratsvorsitzender Rapid.Tech 3D
Prof. Gerd Witt, Universität Duisburg-Essen, Lehrstuhl Fertigungstechnik, Fachbeiratsvorsitzender Rapid.Tech 3D

09:05 - 09:15

Begrüßung aus dem Rapid.Tech 3D Live-Studio

Wolfgang Tiefensee | Thüringer Minister für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft
09:15 - 09:45

- Vorstellung des aktuellen Status der Additiven Fertigung bei Daimler Buses
- Präsentation von umgesetzten und bereits verbauten 3D - Druckteilen in unseren Fahrzeugen
- Veränderung der aktuellen Supply Chain durch 3D-Druck
- AM Big Picture Daimler Buses

Ralf Anderhofstadt und Janis Kretz | Daimler Truck AG / EvoBus GmbH - Daimler Buses

Ralf Anderhofstadt und Janis Kretz

Ralf Anderhofstadt:
Ich bin aktuell Leiter unseres Center of Competence 3D-Printing Daimler Buses und zugleich Projektleiter unseres crossfunktionalen 3D-Druck-Projekts innerhalb der Daimler Truck AG. Parallel hierzu bin ich Mitglied im VDI Gremium FA105.5 Rechtliche Aspekte der additiven Fertigungsverfahren sowie Dozent und Trainer für additive Fertigungsverfahren. Zuvor war ich über 10 Jahre in diversen Einkaufstätigkeiten innerhalb Daimler Buses tätig.

Janis Kretz:
Juli 2019 - heute: Digital Supply Chain Manager Center of Competence 3D-Printing - Daimler Buses
März 2018 - Juli 2019: IT Solution Architect, EvoBus

09:45 - 09:50
Gruß aus dem Rapid.Tech 3D Live-Studio
09:50 - 10:00
Pause & Chat Roulette
10:00 - 13:00
Live-Stream: Forum "Fraunhofer Kompetenzfeld Additive Fertigung"
13:00 - 13:30

Im pulverbettbasierten Schmelzen von Polymeren (PBF-LB/P, „Laser-Sintern“ (LS)) werden Bauteile durch schichtweises Aufschmelzen von Kunststoffmikropartikeln mittels Laser generiert. Der Prozess gestattet die Fertigung individualisierter Bauteile und bietet ein großes Maß an Designfreiheit, die Materialvielfalt ist jedoch auf wenige kommerziell verfügbare pulverförmige Ausgangsmaterialien beschränkt. Der größte Marktanteil an Strahlschmelzpulvern entfällt auf Polyamid 12. Neben der Erhöhung der Prozessrobustheit durch beispielsweise die Weiterentwicklung PA12-basierter Ausgangsmaterialien oder der Anlagentechnik, wird auch die Entwicklung neuartiger Pulverwerkstoffe, die neue Bauteileigenschaften ermöglichen werden, zur Erweiterung des Anwendungsbereichs LS-generierter Bauteile beitragen.

In diesem Beitrag werden die Möglichkeiten der Flüssig-Flüssig-Phasentrennung mit anschließender Fällung zur Herstellung von Polyamid 11 (PA11)-, Polyoxymethylen (POM)- sowie L-Polylactid (PLLA)-Strahlschmelzpulvern aufgezeigt. In diesem Prozess wird das Polymer bei erhöhter Temperatur in einem moderaten Lösemittel unter Nutzung eines Rührautoklaven gelöst; die Keimbildung und das Partikelwachstum werden durch Temperaturerniedrigung ausgelöst. Der Einfluss wesentlicher Prozessparameter im Fällungsprozess, u.a. Systemzusammensetzung, Rührbedingungen, Temperatur(-profil), auf die resultierenden Produkteigenschaften wird diskutiert, weiterhin wird die Kinetik der Keimbildung bzw. des Partikelwachstums betrachtet. Die Pulver werden den Anforderungen des PBF-LB/P-Prozesses entsprechend hinsichtlich ihrer Partikel- und Schüttguteigenschaften (Partikelgrößen(-verteilung), Form, Schüttgutdichte, Fließfähigkeit) sowie struktureller und thermischer Eigenschaften (u.a. Kristallinitätsgrad, „Sinterfenster“) umfassend charakterisiert. Schließlich wird die Prozessierbarkeit der erhaltenen Pulver durch Fertigung von Probekörpern bewertet.

Dr. Jochen Schmidt | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

 Dr. Jochen Schmidt is leader of the additive manufacturing group at the Institute of Particle Technology (LFG) of Friedrich-Alexander-Universität (FAU) Erlangen-Nürnberg. He studied chemistry at the Friedrich Schiller University Jena from 2000 to 2004. There, he also obtained his doctoral degree in Physical Chemistry in 2008.

His research focus is on the development of processes for production and functionalization of materials for Additive Manufacturing (AM), with an emphasis on novel particle systems for polymer powder bed fusion (PBF), and the characterization of AM materials. He is principal investigator in projects on production and characterization of AM powders being integrated into the Collaborative Research Center 814 "Additive Manufacturing“ (SFB814) established at FAU, respectively, the nationwide priority program SPP 2122 “Materials for Additive Manufacturing”.

13:30 - 14:00

Beim Selektiven Laserstrahlschmelzen von Kunststoffen vermindern hohe Prozesstemperaturen in Verbindung mit langen Verarbeitungszeiten und mechanischen Spannungen beim Pulverauftrag die Fließfähigkeit des nicht aufgeschmolzenen, als Stützstruktur dienenden Polyamid 12-Werkstoff. Dieser Rückgang kann durch Auffrischen mit Neupulver oder die Zugabe von Fließhilfsmitteln kompensiert werden.

In der vorliegenden Studie wird der Einfluss hydrophober pyrogener Kieselsäure als fließverbesserndes Additiv auf die Eigenschaften eingesetzter Pulver, deren Verarbeitbarkeit und resultierende Bauteileigenschaften untersucht. Eine geeignete Additivkonzentration zur Auffrischung wird durch die thermischen und schüttguttechnologischen Eigenschaften der verwendeten Pulver definiert. Die isotherme Kristallisationskinetik des Polymermaterials wird bei prozessnahen Temperaturen untersucht und dessen Schüttguteigenschaften werden durch Messung der Schüttdichte und des inneren Reibungswinkels der Pulver unter stationären Scherbedingungen in einem angepassten Rheometer-aufbau bestimmt. Des Weiteren werden Dichte, Porosität und mechanische Eigenschaften von Bauteilen, die aus neuem, gebrauchtem und aufgefrischtem Pulver hergestellt wurden, charakterisiert.

Eine Erhöhung der Schüttdichte, der Pulver-Fließfähigkeit und der isothermen Kristallisationsgeschwindigkeit kann innerhalb der untersuchten Additivkonzentrationen nachgewiesen werden. Durch die Verwendung von aufgefrischtem Pulver steigt die Bauteildichte, wohingegen die Maßhaltigkeit abnimmt. Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie können Auffrischraten durch den Einsatz von fließverbessernden Additiven reduziert werden.

Andreas Jaksch | Sonderforschungsbereich 814 - Additive Fertigung, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Studium
10.2013 – 03.2016    Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg, Master of Science Studiengang Maschinenbau
10.2009 – 09.2013    Fachhochschule Aalen, Bachelor of Engineering
Beruflicher Werdegang / Berufliche Ausbildung
Seit 01.10.2017    Wissenschaftlicher Mitarbeiter - Bereich Additive Fertigung, Lehrstuhl für Kunststofftechnik, Universität Erlangen-Nürnberg
15.07.2016 – 30.09.2017    Prozessingenieur – Entwicklung Produktionsverfahren Kunststoffe, Schaeffler Technologies AG & Co. KG, Herzogenauchrach
01.02.2014 – 31.03.2016    Wissenschaftliche Hilfskraft, Lehrstuhl für Kunststofftechnik, Universität Erlangen-Nürnberg
04.03.2013 – 30.08.2013    Bachelorarbeit - Bayer Material Science AG, Leverkusen

14:00 - 14:30

Die eingeschränkte Materialvielfalt des Laser-Sinterns nimmt mit Polypropylen zu und erweitert die technischen Anwendungsbereiche. Ähnlich wie beim überwiegend im Laser-Sintern eingesetzten Polyamid 12 ist die Oberflächentopologie bei Polypropylen Bauteilen oftmals nicht ausreichend, da für technische Anwendungen zunehmend Oberflächenrauheiten auf Spritzgussniveau erforderlich sind. Neben der Reduzierung der Oberflächenrauheit durch chemische und mechanische Nachbehandlung besteht ein Bedarf an der Optimierung der mechanischen Eigenschaften. Nach dem heutigen Stand der Technik werden die laser-gesinterten Proben nach der Entnahme aus dem Pulverkuchen durch mechanisch-abrasives Strahlen gereinigt, woraus keine signifikante Reduktion der Rauheit resultiert. Hieran anschließend können weitere im Bereich der subtraktiven Nachbehandlung chemische und mechanische Nachbehandlungsschritte folgen. In den vorliegenden Untersuchungen werden für die chemische Nachbehandlung Polypropylen-Proben in 100 °C warmes Toluol für variierte Verweildauern eingetaucht. Hieraus ergibt sich eine erhebliche Reduktion der Rauheit bei konstanten Bauteilabmaßen. Die Variation der Parameter bei der mechanischen Nachbehandlung mittels Gleitschleifen wird die Oberflächenrauheit nicht beeinflusst. Die mechanischen Eigenschaften, wie die Zugfestigkeit und das E-Modul zeigen unabhängig vom gewählten Nachbehandlungsverfahren keine Veränderung. Die Bruchdehnung steigt mit der Eintauchzeit bei der chemischen Nachbehandlung deutlich an, wohingegen die mechanische Nachbearbeitung keinen Einfluss besitzt.

M.Eng. Livia Wiedau | Lehrstuhl Fertigungstechnik, Universität Duisburg-Essen

Seit 07/2017: Wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Universität Duisburg-Essen, Lehrstuhl Fertigungstechnik, Arbeitsgebiet "Additive Fertigungsverfahren - Kunststoffbereich", Untersuchung der Nachbehandlungsmöglichkeiten von laser gesinterten PA12 Bauteilen
04/2016 - 10/2016: Masterarbeit
10/2014 - 10/2016: Masterstudiengang Produktentwicklung an der Fachhochschule Aachen
03/2014 - 08/2014: Bachelorarbeit
09/2010 - 08/2014: Bachelorstudiengang Maschinenbau an der Fachhochschule Aachen

14:30 - 14:45
Kaffeepause und Chat Roulette
14:45 - 15:15

Additive Fertigungsverfahren ermöglichen eine Steigerung der Ressourceneffizienz

gegenüber konventionellen Fertigungsverfahren durch die Realisierung

topologisch optimierter Geometrien. Für deren Auslegung ist die Kenntnis der

werkstoff- und verfahrensspezifischen mechanischen Eigenschaften essenziell.

In dieser Studie wurden die mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit der

Aufbaurichtung anhand von Mikrozugproben aus rostfreiem 17-4 PH Stahl

untersucht, welche mittels Binder Jet Additive Manufacturing (BJAM) gefertigt

wurden. Sowohl im gesinterten (AS, as-sintered) als auch im wärmebehandelten

Zustand (H900) liegen die Unterschiede in Zugfestigkeit (Rm) und Streckgrenze

(Rp0,2) zwischen den Aufbaurichtungen x, y und z im Bereich < 5 %, wobei die

vertikale Aufbaurichtung (z) tendenziell die schwächste darstellt. Die

Zugfestigkeiten liegen bei Rm= 978 MPa (AS) bzw. Rm= 1295 MPa (H900). Auch

hinsichtlich der Bruchdehnung (A) überschreiten die horizontal gebauten Proben

(x, y) mit max. 21,8 % die Werte der vertikal gebauten Proben mit max. 19,2 %

geringfügig. Metallografische Analysen weisen die linienförmig angeordnete

Porosität als mögliche Ursache für die Unterschiede aus. Der Vergleich der

Mikrozugproben mit zum Vergleich gefertigten Norm-Proben zeigt jedoch

insbesondere bei der Bruchdehnung einen deutlichen Unterschied. Dieser wird

auf den reduzierten Oxidgehalt der Mikrozugproben zurückgeführt, welcher durch

verbesserte Reduktion mittels H2 oder C während des Sinterns in dem geringeren

Querschnitt zustande kommt.

Daniel Huber | Institut für Technologien der Metalle, Lehrstuhl für Werkstofftechnik, Universität Duisburg-Essen

Daniel Huber untersucht im Rahmen einer Industriepromotion im Additive Manufacturing Campus der BMW Group das Potenzial der Binder Jetting Technologie für den Einsatz in den vielfältigen Anwendungsbereichen im automobilen Umfeld. Unter der Betreuung von Prof. Dr.-Ing. i.R. Alfons Fischer liegt der Fokus der Untersuchungen auf den Ursache-Wirkungsbeziehungen zwischen Rohmaterial, Fertigungsprozess und resultierendem Gefüge sowie mechanischen Eigenschaften. Im Jahr 2017 schloss Daniel Huber sein Masterstudium Maschinenwesen an der Technischen Universität München mit Studienschwerpunkt Fertigungstechnik und einer Masterthesis im Bereich der In-situ Prozessüberwachung beim L-PBF Prozess ab.

15:15 - 15:45

Mit der zunehmenden industriellen Nutzung von additiven Fertigungstechnologien wird die Qualitätssicherung wie auch der ressourceneffiziente Einsatz immer bedeutender. Gerade zur Steigerung der Konkurrenzfähigkeit zu den konventionellen Fertigungsmethoden werden Fertigungsgeschwindigkeit, Losgröße und Qualität verbessert. Der Indikator sind neben der Produktionszeit die Kosten pro Bauteil. Nur am Rande betrachtet wird die Ressourceneffizienz in der additiven Fertigung, obwohl diese neue Technologie ein großes Potential bietet. In der folgenden Untersuchung werden Zugproben in unterschiedlichen Orientierungen und Normungen auf die Zugfestigkeit getestet und der resultierende Ressourcenverbrauch analysiert. Die Ergebnisse der Zugfestigkeit spiegeln die Vorgaben der Materialhersteller wider und bieten wiederum Potenzial für weitere werkstoffspezifische Untersuchungen. Die Analyse der Orientierung zeigt, dass besonders aufrecht gedruckte Proben (in Z-Richtung) eine hohe Genauigkeit und konstante Zugfestigkeit aufweisen. Die Analyse der Ressourcen zeigt im Fall der AM400 eine hohe Abhängigkeit von der Prozesszeit. Optimierungen sind daher insbesondere auf die Druckdauer anzuwenden. Weiterhin führt die Untersuchung zu dem Ergebnis, dass die Beheizung bei 316l keinen signifikanten Einfluss auf die Zugfestigkeit hat und der erhöhte Energieverbrauch eingespart werden kann. Die Ergebnisse zeigen, dass bereits bei der Konstruktion und Planung energetische Optimierungen durch die Orientierung, Packungsdichte und Prozesszeit erzielt werden können. Diese Ergebnisse stellen ein Ausgangspunkt für weitere Untersuchungen mit Bezug zur Ressourceneffizienz dar. Ein langfristiges Ziel ist die Optimierung und Vorhersage des Ressourcenbedarfs bei der additiven Fertigung im Hinblick auf den vollständigen Produktlebenszyklus.

Joachim Brinkmann | Hochschule Trier, Institut für Betriebs- und Technologiemanagement (IBT)

Joachim Brinkman - Kurzvita:

  • 02/2019 - heute: Institut für Betriebs- und Technologiemanagement, Projektmanager
  • 03/2020 - heute: Technische Universität Kaiserslautern - Hochschule Trier, Doktorand
  • 03/2015 - 12/2017: Umwelt Campus Birkenfeld, Masterstudium Umweltornientierte Energietechnik
  • 09/2009 - 02/2015: Hochschule Kaiserslautern, Bachelorstudium Maschinenbau
15:45 - 16:00
Kaffeepause und Chat Roulette
16:00 - 16:45

Panel Discussion "AM und Nachhaltigkeit"

Moderation: Bernhard Langefeld / Roland Berger

Volker Hammes, Managing Director at BASF New Business GmbH

Dr. Jakob Fischer, Teamleader Application and Process, Heraeus Additive Manufacturing GmbH

Stefan Ritt, Geschäftsführer, EMEA, SPEE3D GmbH

16:45 - 17:00
Verabschiedung aus dem Rapid.Tech 3D Live-Studio & Übergabe zur digitalen Preisverleihung der 3DPC

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Mittwoch, 23. Juni 2021

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