LASERADDITIVE FERTIGUNG ALS EIN BEISPIEL FÜR DIE …ipw-edu.org/fileadmin/_migrated/content_uploads/21.pdf · 2017. 11. 7. · Pilgerschritt+kurz 2 7 4 6 3 5 1 Quelle: Munsch! IPW

IPW – 9. Regionaltagung, Siegen 06.-08.11.2014 Petersen/Hackel | Veränderung Qualifikationsanforderungen 1 von 20

LASERADDITIVE FERTIGUNG ALS EIN BEISPIEL FÜR DIE VERÄNDERUNGEN DER QUALIFIKATIONSANFORDERUNGEN AN FACHARBEITER IN DER INDUSTRIE

Dr.-Ing. Maren Petersen / Dr. Monika Hackel


GLIEDERUNG!

1.  Einleitung!2.  Laseradditive Fertigung (LAM)!3.  Facharbeit im Bereich LAM!4.  Zusammenfassung und Ausblick!

Bildquelle:: ChocCreator


„3D-DRUCKEN“ IST HEUTE IN ALLER MUNDE…!

Quellen: Reuters, Choc Creater, RepRap, ...


„Wir planen zunächst die Bestellung von mindestens 100 Geräten“, sagte Greg Morris, Leiter der GE-Sparte Additive Technologies, der WirtschaftsWoche. …!!

von Rüdiger Kiani-Kreß!www.wirtschaftswoche.de!

…UND WIRD INDUSTRIELL ANGEWANDT!

Weil die Teile widerstandsfähiger und leichter sind, sorgt die additive Fertigung für niedrigere Betriebskosten bei den Fluglinien. Mit Hilfe der neuen EOS-Maschinen will GE bis zum Ende des Jahrzehnts zunächst mehr als 10 000 Teile pro Jahr herstellen. Doch das ist erst der Anfang.

Für EOS bedeutet dies den Durchbruch in der Luftfahrtbranche... Als erster Hersteller wird der US-Konzern in großem Stil Triebwerksteile nicht nur gießen oder fräsen, sondern serienmäßig, im Rahmen eines 3-D-Druck genannten Verfahrens, mit Hilfe eines Lasers aus Metallpulver schichtweise aufbauen. !

29.06.2014!


GLIEDERUNG!



FUNKTIONSPRINZIP!

Laseraddi9ve Fer9gung: ∎  Herstellung eines Festkörpers durch

lokale Verfes9gung eines formlosen Materials, z.B. Pulver

∎  AuGau erfolgt schichtweise

Anwendungen: Funk9onsbauteile aus ∎  LuJ-‐ und Raumfahrt ∎  Medizintechnik ∎  Werkzeugbau ∎  Maschinenbau

Quellen: iLAS/LZN


VOR- UND NACHTEILE DER LASERADDITIVEN FERTIGUNG (LASERSTRAHLSCHMELZEN)!Vorteile:!

–  höchste Designfreiheit, Entfall von Fertigungsrestriktionen!

–  direkte Herstellung aus CAD-Daten!–  Herstellkosten vom Volumen und nicht von der

Komplexität abhängig!–  automatisierter Prozess!–  keine Werkzeuge notwendig!–  Bauteildichte 100% !–  gute mechanische Eigenschaften!

Nachteile:!–  Oberflächengüte häufig nicht ausreichend!–  Verfahrenstoleranzen relativ grob!–  Stufeneffekt in z-Richtung!–  langsame Produktion!–  Supportstrukturen notwendig!

www.emeraldinsight.com!

www.designvsart.com!

Bildquellen: iLAS/LZN


QUALITÄTSKRITISCHE BAUTEILEIGENSCHAFTEN!

hergestellt für:

hergestellt für:

Eigenspannungen

Oberflächengüte Dichte

Maßhal9gkeit

Fes9gkeit

nach: Rehme, Munsch, Seyda


QUALITÄT DURCH PROZESSGESTALTUNG: ALTERNATIVE BELICHTUNGSSTRATEGIEN (TI-6AL-4V)!

∎  industrielle Referenzparameter = 100%!∎  hohes Potential zur Spannungsminimierung durch

Beeinflussung der zeitlichen und örtlichen Belichtungsabfolge!

0%

50%

100%

150%

x y 1

1,5 3

gedreht

stocha

stisch

lang

kurz

in-‐aus-‐in

Hilbert

auße

n

inne

n

mehrfach

Standard-‐belichtung

Streifenbreite Schachbrett3mm

adapt.Pilger-‐schritt

flächenfüllendeKurven

symmetrischeBelichtung

Verzug normiert auf R

eferenz

hs

8

5 1

6 ...

Quadrate, stochastisch

762

398

51

104

mehrfache Startpunkte

hs

Hilbertkurve

hs

innen-‐außen-‐innen

hs

hs hshs

Pilgerschritt kurz

12 4 3 567

Quelle: Munsch!


GLIEDERUNG!



PROZESSKETTE LASERADDITIVE FERTIGUNG!

LAM-Prozess! Endbearbeitung!Daten- und Prozess- vorbereitung!

Integration in industrielle Fertigung!

n  CAD Design!n  Konstruktionsanpassung!n  Datenoptimierung!n  virtuelle Positionierung der

Bauteile auf der Plattform!

n  Reinigung!n  Entfernen von Supports!n  (Kugel-)Strahlen!n  …!

Quelle: iLAS/LZN


BEISPIELHAFT: ARBEITSPROZESS DER DATENVORBEREITUNG!

x!y!

z!

Design der Supports!(falls notwendig)! Slicing !Bauteil-

orientierung!Platzierung aufder Bauplattform!

Quelle: iLAS/LZN


QUALIFIKATIONSANFORDERUNGEN AN DEN FACHARBEITER!n  Maschinenbediener vs. Facharbeiter!

n  Zusammenhangswissen erforderlich !

n  Erfahrungswissen vorherrschend!

n  Arbeitsprozess komplex und erfordert Kreativität!

n  Abgrenzung zu Ingenieurtätigkeiten zum Teil schwierig, abhängig von der Arbeitsorganisation ! Bildquellen: iLAS/LZN


EMPIRISCHE UNTERSUCHUNG DER QUALIFIKATIONSANFORDERUNGEN IM BEREICH DER LASERMATERIALBEARBEITUNG!

! Firmen grundsätzlich gesprächsbereit! Gespräche!

Lasermaterialbearbeitung! ca. 30! 19!

Gespräche mit Bildungseinrichtungen, Verbänden etc.!

ca. 25! 8!

Ergebnisse Gespräche LAM:!!n  Hauptaufgabe: Maschinen-Vor- und Nachbereitung !n  Prozess und Steuerung automatisiert!n  Maschinenbedienung auch durch Ingenieure !n  Herstellerschulungen schaffen Grundlage für die Bedienkompetenz !n  Wissenstransfer geschieht häufig über Anwendertreffen der Hersteller!n  Integration in die Erstausbildung eher negativ gesehen !n  Erstausbildung als „solide Metallgrundausbildung“ !Quelle: BIBB-Forschungsprojekt BIBB - LZN!


ERHEBUNG MITTELS FRAGEBOGEN HIER: GESAMTBEREICH LASERMATERIALBEARBEITUNG!

0

5

10

15

20

25

Anzahl

Facharbeiter / Techniker / Meister / Quereinsteiger!Ingenieure (akad. Ausbildung)!

Einsatzgebiete / Aufgaben

keine klare Trennung der Zuständigkeiten

Eigeneinschätzung: Bedarf an Prozesswissen

Prozesswissen ist aktuell als Erfahrungswissen vorhanden

Quelle: BIBB-Forschungsprojekt BIBB - LZN!


ERGEBNISSE DER UNTERSUCHUNGEN!

n  neue Technologien erfordern nicht zwangsläufig höhere Qualifika9onen n  Tendenz zur Automa9sierung und „3-‐Knopf-‐Bedienung“

n  Qualifika9onsanforderungen durch Lasereinsatz in der Fer9gung sind eher vom Aufgabengebiet abhängig

n  Grundlagenwissen wird bei Schulungsmaßnahmen der Hersteller erworben und Erfahrungswissen im Arbeitsprozess aufgebaut

n  Bedürfnis nach mehr Prozessverständnis ist deutlich geäußert worden

n  Bedarf an formalisierten Weiterbildungsmaßnamen ist aktuell gering, da Erfahrungswissen anerkannt wird

n  ABER: BereitschaJ der Betriebe zur Beteiligung an dieser Erhebung war sehr gering


GLIEDERUNG!



ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK!

n  additive Fertigungsverfahren ermöglichen nahezu unbegrenzte Gestaltungsmöglichkeiten!

n  Besonderheit: Material und Geometrie werden zugleich erzeugt!

n  Anwendung heute: kleine Serien, individualisierte Teile!n  Bauteilqualität ist von der Prozessführung und der

Beherrschung der gesamten Prozesskette abhängig!n  Veränderung der Produktion und damit auch der

Aufgaben der Mitarbeiter in der Produktion zu beobachten, aber nicht einheitlich!


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Fragen oder Anmerkungen?

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