Weniger Unterstützung -
AM für Nachhaltigkeit
SEPTEMBER 16, 2021 | Lesezeit: 5 min | Autor: Ho Kei-Leong
Additive Fertigung (AM), auch bekannt als industrieller 3D-Druck, wird oft als nachhaltig angesehen, u. a. wegen der Materialeffizienz, des geringeren Energieverbrauchs, der lokalen Produktion, der kundenspezifischen Anpassung und Designoptimierung, der Recyclingfähigkeit und des geringeren Werkzeugbedarfs. Obwohl AM von Natur aus diese Nachhaltigkeitsvorteile hat, bleiben viele Herausforderungen bestehen.
In der Welt des DMLS ("Direct Metal Laser Melting") bleibt die Notwendigkeit von Stützstrukturen während des Druckprozesses eine der größten Herausforderungen. Mit Hilfe eines fortschrittlichen Wärmemanagements kann eine Reduzierung der Stützstrukturen durch Anpassung der Laserleistung ermöglicht werden. Stützstrukturen sind unerlässlich, um zu verhindern, dass sich überhängende oder komplizierte Merkmale verformen oder zusammenbrechen, wenn die Metallschichten aufgebracht werden. Während die Stützstrukturen für einen erfolgreichen Druckprozess entscheidend sind, führen sie auch zu Ineffizienzen und Verschwendung in Form von Material, Nachbearbeitung und erhöhtem Energieverbrauch.
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, arbeiten Forscher und Hersteller an der Entwicklung effizienterer Unterstützungsstrukturen zur Optimierung des gesamten Druckprozesses. Einer der effizientesten und innovativsten Ansätze ist die Implementierung von Echtzeit-Überwachungs- und -Steuerungssystemen, die dabei helfen, Probleme während des Druckprozesses zu erkennen und zu beheben, wodurch ein geschlossener Regelkreis für Echtzeit-Anpassungen entsteht.
EOS Smart Fusion
EOS Smart Fusion ist eine Lösung mit geschlossenem Regelkreis, die durch Echtzeitüberwachung und adaptive Prozessanpassungen den Druck von Teilen mit minimaler Unterstützung unterstützt. Es wurde als intelligente Wärmemanagementmethode entwickelt, die auf Hersteller zugeschnitten ist, um den Druck von Bauteilen mit minimaler Unterstützung zu ermöglichen. Dies führt zu einer Reduzierung der Bauzeit, der Nachbearbeitungszeit und des Materialverbrauchs. Basierend auf einer Kombination aus optischer Tomographie-Hardware und -Software, die über eine hochauflösende Nahinfrarotkamera Einblicke in den Prozess gewährt, zeichnet Smart Fusion den Energieeintrag in Echtzeit auf und misst ihn, um eine genauere Analyse der einzelnen Schichten zu ermöglichen.
Um die Prämisse von Smart Fusion im Vergleich zu unserer Basisversion und einer anderen auf dem Markt erhältlichen Drittanbietersoftware zu testen, wurde eine Studie mit unserem Forschungspartner, dem Advanced Remanufacturing and Technology Center (ARTC) von A*STAR in Singapur, durchgeführt. Ziel war es, schlüssige Daten zur Quantifizierung der erzielten Verbesserungen zu liefern. Die Validierung der Auswirkungen auf die Nachhaltigkeit und die Kennzeichnung der additiven Fertigung als die Zukunft der Fertigung kann nur durch empirische Daten erreicht werden.
Die Methodik beginnt mit einem Technologie-Scout und Recherchen auf dem Markt der verschiedenen unterstützungsfreien Drucksoftware. Für diese Studie wurde das Material Edelstahl 316L gewählt, da dieses Material bekanntermaßen starke Stützstrukturen erfordert, um die Komponenten erfolgreich zu drucken.* Anschließend wurden abgewinkelte Coupons und ein demonstratives geschlossenes Laufrad gebaut und mit verschiedenen Ansätzen verglichen, einschließlich der Quantifizierung der Maßgenauigkeit. Das Laufrad wurde zerlegt, um mikroskopische Aufnahmen des Überhangs zu machen, während die abgewinkelten Coupons zerlegt wurden, um die Oberflächenrauhigkeit und Porosität zu bewerten. Schließlich wurde eine vergleichende Kohlenstoffemissionsanalyse mit dem EOS Carbon Calculator durchgeführt, um die Unterschiede zwischen den verschiedenen Ansätzen zu untersuchen. Alle Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle und Abbildung hervorgehoben.
| EOS Standard |
EOS mit Smart Fusion |
OEM mit Software A |
|
|---|---|---|---|
| Abgewinkelter Couponüberhang | xx | xxx | x |
| Maßgenauigkeit | xx | xxx | x |
| Oberflächenrauhigkeit | xx | xxx | x |
| Porosität # | xx | xxx | x |
| Kohlenstoff-Fußabdruck | x | xxx | Keine Daten |
| Druckzeit | x | xxx | xx |
| Volumen unterstützen | x | xxx | xx |
Die EOS M290 wurde als Basis verwendet, um drei verschiedene Ansätze zu vergleichen und zu bewerten: einen Standarddruck, einen Standarddruck mit Smart Fusion und eine andere OEM-Maschine, die mit einer handelsüblichen Software zur Support-Reduzierung von Drittanbietern integriert ist, die in dieser Studie als "Software A" bezeichnet wird. Smart Fusion übertrifft sowohl die handelsübliche Software als auch das konventionell gedruckte Laufrad in Bezug auf die Ausnutzung des Support-Volumens und baut das Teil erfolgreich auf Anhieb.
Der Druck mit der Software A erforderte mehrere Versuche, wobei mindestens 4 Versuche notwendig waren, bevor das Laufrad erfolgreich gedruckt werden konnte. Mit Smart Fusion wurde das Teil in deutlich kürzerer Gesamtbearbeitungszeit hergestellt, wobei das geringste Volumen an Stützen und eine höhere Maßgenauigkeit benötigt wurden (siehe Abbildung X). Ein Vergleich der mit Smart Fusion hergestellten abgewinkelten Coupons zeigte eine bessere Oberflächenrauheit und geringere Porosität (siehe Abbildung Y). Bemerkenswerterweise ermöglichte Smart Fusion den niedrigsten Überhangwinkel, der dem CAD-Modell des Coupons sehr ähnlich war.
Das Ergebnis der vergleichenden Bewertung quantifiziert und unterstreicht die erheblichen Vorteile von EOS Smart Fusion. Im Vergleich zum konventionellen Metalldruck verringert sich das Trägervolumen um 38 % und die Druckzeit um satte 62 %, was fast einem ganzen Tag entspricht. Die Kosten für die Herstellung jedes Teils werden um 76 % gesenkt! Darüber hinaus erfüllt Smart Fusion die Forderung nach Nachhaltigkeit und Verringerung des CO2-Fußabdrucks mit einer Verringerung der CO2-Emissionen während des Drucks um 62 % (von 29 auf 11 kgCO2-eq) und einer erheblichen Verringerung der Emissionen während der Nachbearbeitung um 84 % (von 187 auf 30 kgCO2-eq).
Mit seinem intelligenten Wärmemanagement bietet Smart Fusion eine Software, die es ermöglicht, die AM-Eigenspannung von Metallen zu verändern. Durch die Minimierung von Materialverlusten und die Verkürzung der Bearbeitungszeit können Kosteneinsparungen erzielt und die Produktion nachhaltiger gestaltet werden. Unser Ziel ist es, mit unseren Kunden und Partnern zusammenzuarbeiten, um diese Lösung zu testen, zu implementieren und zu optimieren und ihnen einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen, damit sie die Vorteile von AM voll ausschöpfen können.
Mit der Weiterentwicklung der Technologie und der zunehmenden Akzeptanz wird EOS weiterhin innovative AM-Lösungen entwickeln, bei denen die Nachhaltigkeit im Vordergrund steht und die auf die Bedürfnisse des Marktes zugeschnitten sind, um die Zukunft der Fertigung zu gestalten.
Möchten Sie mehr darüber erfahren? Zögern Sie nicht, sich mit uns in Verbindung zu setzen, um ein ausführliches Gespräch darüber zu führen, wie EOS und Smart Fusion Sie dabei unterstützen können, eine nachhaltige Fertigung durch additive Fertigung zu realisieren!
* Edelstahl 316L befindet sich derzeit in der Testphase mit Smart Fusion. Daher ist derzeit noch kein standardisiertes Verfahren verfügbar.
3D-Druck von Metall mit EOS Smart Fusion
EOS Smart Fusion ist unsere Software-Innovation, die die Kosten deutlich senkt und die Effizienz und Qualität des 3D-Drucks von Metall erhöht. Sie ist mit dem Softwareplan EOS Smart Monitoring verfügbar und erfordert ein OT-Kamerasystem, um ein fortschrittliches Wärmemanagement zu ermöglichen. Dies beschleunigt nicht nur den additiven Herstellungsprozess von Metallkomponenten, sondern optimiert ihn auch durch die Reduzierung von Stützstrukturen.
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Meistern Sie die Herausforderung des unterstützungsfreien 3D-Drucks
Webinar
Smart Fusion ist die jüngste Ergänzung des Engagements von EOS, die additive Fertigung von Metallen (AM) durch innovative Lösungen voranzutreiben und zu fördern, die den Prozess vereinfachen, Kosten sparen und die Produktivität steigern. Innovationen taucht mit EOS Smart Fusion in die spannende Welt der additiven Fertigung von Metallen ein.
