Download pdf - EDAG INSIGHTS 1/14 GeNeraTIve FerTIGuNG eDaG GeNeSIS€¦ · EDAG INSIGHTS 1/14 - GENERATIVE FERTIGUNG / EDAG GENESIS 3 eDaG INSIGHTS INHaLTSverZeICHNIS 4 Die 3D-Druck-Revolution

EDAG INSIGHTS 1/14 - GENERATIVE FERTIGUNG / EDAG GENESIS 1

EDAG INSIGHTS 1/14

GeNeraTIve FerTIGuNG eDaG GeNeSIS


Visionärer Ausblick auf die mögliche nächste industrielle revolution

in der automobilen entwicklung und Fertigung. vom Prototypen über

die Kleinserien bis hin zur Serie in der automobilindustrie.

Sichtweisen von EDAG und Experten.

eDaG INSIGHTSGeNeraTIve FerTIGuNG


eDaG INSIGHTSINHaLTSverZeICHNIS

4 Die 3D-Druck-Revolution hat begonnen

5 Generative Fertigung macht‘s möglich:

Die Natur als Vorbild kompromisslos umsetzen

8 Unsere These:

Die Generative Fertigung ist reif

für den nächsten Schritt

10 Übersicht:

Generative Fertigungsverfahren

12 Technologienbewertung

und Roadmap

13 Die EDAG Roadmap:

Die Evolution der Generativen Fertigung

im Verlauf der nächsten Jahrzehnte

14 Generative Fertigung:

Der Impact auf die automobile Produktion

17 EDAG Demonstrator:

Laseradditive Fertigung von ultraleichten,

multifunktionalen Bauteilen am Beispiel Leistungselektronik

18 Ausblick mit EDAG:

Was wir Ihnen anbieten möchten

19 Impressum


DIe 3D-DruCK-revoLuTIoN HaT beGoNNeN.

DIE GENERATIVE FERTIGUNG

Der Begriff des „3D-Druckens“ ist in aller Munde.

In der Automobilindustrie, der Luftfahrt oder der

Medizintechnik kommt generative Fertigung bzw.

additive Manufacturing schon seit längerem

zum Einsatz. Vor allem kleine Ersatzteile und

Prototypen lassen sich schnell und werkzeuglos

herstellen.

Trotz der Vielzahl von denkbaren Verfahren am

Markt ist das gemeinsame Prinzip, dass das Ma-

terial schichtweise und werkzeuglos aufgebaut

wird und als Eingangsdaten lediglich ein 3D-Da-

tenmodell vorliegen muss. Diese Vorgehensweise

räumt der Entwicklung und dem Design große

Freiheiten ein, die zuvor durch die in der Produk-

tion vorhandenen Einschränkungen aufgrund

der klassischen ur- und umformenden sowie zer-

spanenden Fertigungsverfahren (nach DIN 8580)

nicht erschließbar waren.

Die Generative Fertigung bzw. das additive

Manufacturing ermöglicht daher völlig neue

Lösungswege im Sinne des funktionsorientierten

Leichtbau:

• erhebliche Steigerung der Materialeffizienz

und ressourceneffizienz

• erhebliche Steigerung der Wirtschaftlichkeit

in komplexen Produkten

• erhebliche verringerung der belastung

der umwelt

Nachdem Konsumentendrucker für 1.000 euro den Markt erobern, werden nun industrielle anwendun-

gen folgen. Generative Fertigungsverfahren bzw. additive Manufacturing werden das rapid Prototyping

verlassen und die klassischen Fertigungsverfahren um eine neue Dimension erweitern und den Weg

in den Leichtbau 2.0 mit bestimmen. Der Transfer von erfolgreichen Technologien aus (noch) automo-

bilfremden Industrien führt zu neuen Partnerschaften innerhalb der Wertschöpfungskette und zu Produkt-

innovationen, die europäischen Standorten hinsichtlich einer Technologieführerschaft gerecht werden.

Mini-Fabrik für den Hausgebrauch: Mit einem 3D-Drucker lässt sich praktisch jeder denkbare Gegenstand herstellen - vorausgesetzt, das Gerät wird mit einer passenden vorlage gefüttert. (Foto: DPa)


GeNeraTIve FerTIGuNG MaCHT’S MöGLICH: NaTur aLS vorbILD KoMProMISSLoS uMSeTZeN!


EDAG gab mit seinem Exponat „EDAG Gene-

sis“ vom Genfer Automobilsalon 2014 einen

visionären Ausblick auf die mögliche nächs-

te industrielle Revolution in der automobi-

len Entwicklung und Fertigung. Ein Bauteil

– Ein Modul – Eine Karosserie – Eine Vision.

Unser Exponat „EDAG GENESIS“ versteht sich

als Symbol für die neuen Freiheiten und Heraus-

forderungen, die sich den Designern und Inge-

nieuren in der Entwicklung und der Produktion

durch generative Fertigungsverfahren bieten.

Durch generative Fertigung wird es möglich,

den Bauprinzipien und Strategien der Natur

einen großen Schritt näher zu kommen. Alles

zweckorientiert und evolutionär zu optimierten

Strukturen entwickelt, von denen der Mensch

lernen kann. Und das werkzeuglos, ressourcen-

schonend und ökologisch.

„EDAG GENESIS“ basiert auf den bionischen

Mustern einer Schildkröte, deren Panzer Schutz

und Dämpfung liefert und mit dem Skelett

vereint ist. Der Panzer ähnelt einem Sandwich-

bauteil mit innen liegenden, feinsten Knochen-

strukturen, die die Festigkeit und die Versteifung

der Schalen liefern. Dieser Ansatz spiegelt sich

im Exponat wider.

GeNeraTIve FerTIGuNG MaCHT’S MöGLICH: NaTur aLS vorbILD KoMProMISSLoS uMSeTZeN!


Das Skelett im „EDAG GENESIS“ ist eher eine

Metapher, dient hier nicht dem Bewegungsap-

parat, sondern in diesem Fall dem zusätzlichen

Insassenschutz. Der Skelettrahmen erinnert an

natürlich gewachsene Knochengerüste, die in

Form und Anordnung eines deutlich hervorhe-

ben sollen: Diese organischen Strukturen kann

man mit konventionellen Werkzeugen nicht

herstellen!

Hatte die Schildkröte Millionen Jahre Zeit, sich

ihrem Zweck entsprechend zu entwickeln und

z.B. den „Insassenschutz“ zu perfektionieren,

sind wir Menschen erst gedanklich am Anfang

eines möglichen Paradigmenwechsels. Die tradi-

tionellen Konstruktionsregeln mit fertigungsbe-

dingten Restriktionen werden beim generativen

Fertigen nur noch eine geringere Rolle spielen

und die bewährten Bauweise der Natur können

zukünftig auch in einer echten Serienproduktion

umgesetzt werden, anders als es bisher denkbar

gewesen ist.

Jetzt sind wir dran!

Denn die generative Fertigung erlaubt eine

belastungsgerechte, multifunktionale und

bionische Bauteilgestaltung bei optimierten

Wandstärken und herausragenden Materialei-

genschaften. Direkt aus den Datenmodellen wird

eine werkzeuglose und extrem flexible Fertigung

ermöglicht Anwendungsgerecht entwickelte

schweißbare Metalle und Kunststoffe sowie

Keramik werden den Weg für Zukunftsanwen-

dungen ebnen.


uNSere THeSe: DIe GeNeraTIve FerTIGuNG IST reIF Für DeN NäCHSTeN SCHrITT


uNSere THeSe: DIe GeNeraTIve FerTIGuNG IST reIF Für DeN NäCHSTeN SCHrITT

Mitgestalter des Workshops waren Prof. Dr.-Ing.

Claus Emmelmann (Laser Zentrum Nord, Ham-

burg), Prof. Dr.-Ing. Jens Günster (BAM Bundes-

anstalt für Materialprüfung, Berlin), Dr.-Ing. Eric

Klemp, Herr Stefan Peter (DMRC Direct Manu-

facturing Research Center, Paderborn). Steve

Rommel und Herr Andreas Fischer (Fraunhofer

IPA) haben EDAG in indirekter Weise unterstüt-

zen können. Ein besonderer Dank gilt an dieser

Stelle allen diesen Personen, die zusammen mit

den EDAG Kollegen im konstruktiven Dialog und

im intensiven Know-how Austausch einen we-

sentlichen Beitrag geleistet haben.

Dieser Workshop zwischen dem EDAG Team

und führenden Köpfen auf dem Gebiet der Ge-

nerativen Fertigung trug dazu bei, besonders

aussichtsreiche Verfahren aus dem breiten Port-

folio von Möglichkeiten auszuwählen, relevante

Einflussfaktoren zu benennen, Boosterpotenziale

zu identifizieren und Technologieauswirkung

zu formulieren. Als Ergebnis wurden 16 Thesen

formuliert, welche u.a. auch in dieses EDAG

INSIGHTS eingeflossen sind. Die Roadmap wurde

von EDAG Entwicklungs-, Design-, Leichtbau-

und Produktionsspezialisten anschließend final

ausgearbeitet und als Ausblick auf die Zukunft

der generativen Fertigung dokumentiert.

Im Rahmen dieses Think-tanks wurde sehr

schnell klar, dass die Generativen Fertigungsver-

fahren, wesentlich mehr Potenziale bieten, als

die heutige Beschränkung auf den Bereich Rapid

Prototyping oder des 3D-Drucks.

Wir rechnen damit, dass die Generativen Ferti-

gungsverfahren reif für einen nächsten Schritt

sind und die klassischen Fertigungsverfahren und

konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten revo-

lutionär erweitern. Grund für diese Annahme

sind die jüngsten Fortschritte in der Entwicklung,

welche es ermöglichen mit diesen Verfahren sehr

komplexe und hocheffiziente Strukturen darzu-

stellen, die weit über dies hinausgehend auch

spezielle Funktionen realisieren können. In der

Medizintechnik wird beispielweise heute bereits

mit einem hohen Automatisierungsgrad in hoher

Stückzahl produziert, um die Vorteile der vari-

antenreichen aber werkzeuglosen Fertigung zu

nutzen.

In unserer Rolle als das weltweit führende Entwicklungsunternehmen der Automobilindustrie

gehört die Entwicklung von zukunftsweisenden Trends und Technologien zu den Kerngebieten

der EDAG. In Anbetracht des hohen Potenzials der Generativen Fertigungsverfahren bzw. des

additive Manufacturing hat sich ein EDAG Team mit diesem Thema beschäftigt und im engen

Dialog mit führenden Köpfen aus Technologie und Wissenschaft an der Erarbeitung einer Road-

map mitgewirkt.


Als Kandidaten für die Standortbestimmung der

generativen Fertigungsverfahren wurden Tech-

nologien wie das Selektive Laser Melting (SLM),

Selektive Laser Sintering (SLS), 3D Drucken

(3DP), Stereolithografie (SLA) bis hin zum Fused

Deposition Modelling (FDM) näher untersucht.

FDM - Fuse Deposition Modeling• Prinzip: geschmolzene thermoplastische

Polymere werden mit einer dreidimensional

im Raum verfahrenden Düse schichtweise

aufgespritzt und so zu einem Werkstück

aufgebaut.

• Das Einbringen von Verstärkungsfasern wird

derzeit noch erforscht (3D Fibre Printer).

SLM - Selective Laser Melting• Prinzip Strahlschmelzverfahren:

pulverförmige metallische Werkstoffe wer-

den mittels Laser lokal unter Schutzgas

umgeschmolzen.

• Mechanische Kennwerte entsprechen

weitgehend den Grundwerkstoffen

• Die Partikelgrößen werden abhängig von

Schichtdicke und Oberflächengüte gewählt.

SLS - Selective Laser Sintering• Prinzip: pulverförmige thermoplastische

Werkstoffe werden mittels Laser in einer

Schutzgasatmosphäre schichtweise zu

einem Werkstück gesintert.

• Mechanische Kennwerte liegen unter denen

von Spritzguss.

SLA - Stereolithographie• Prinzip: Selektives Polymerisieren von

Flüssigkeiten per Laser (Epoxidharze).

• Seit den 90-er Jahren als ein klassisches

Verfahren für Rapid Prototyping

• Werkstoffeigenschaften orientieren sich in

der Regel an Modellbauwerkstoffen

3DP - 3D Printing• Alle denkbaren Feststoffe können mit Hilfe

von geeigneten Bindemitteln schichtweise

zu einem Werkstück verbunden werden

• Durch Nachbehandlungsprozesse werden

die Eigenschaften des Werkstückes

bestimmt

• simultanes Drucken von Kunststoffen in

unterschiedlichen Härtegraden und Farben

Das immense Potenzial der generativen Fertigung bzw. des Additive Manufacturing hat uns

inspiriert, den heutigen Status Quo der aktuellen Technologien festzustellen, zu analysieren

und auf ihre Einsatzmöglichkeiten in der Fahrzeugentwicklung und -fertigung hin zu bewerten.

Welche Verfahren haben die aussichtsreichsten Möglichkeiten, um Strukturbauteile mit den

benötigten Produkteigenschaften in einem Fertigungsschritt werkzeuglos fertigen zu können?

überSICHT: GeNeraTIve FerTIGuNGSverFaHreN


FDM-Kopf

Model-Material

Stütz-Material

Bauplattform

SLM-Verfahren

FDM-Verfahren

CAD-Datensatz

Schicht-Information

Absenkender Bauplattform

Auftragen einerPulverschicht

Lokales Aufschmelzender Bauteilgeometrie

Fertiges Bauteil

Quelle: Direct Manufacturing research Center, 2014

Quelle: Direct Manufacturing research Center, 2014


Boosterpotenziale

Neben dem bereits heute industriell verfügbaren

Verfahren SLM (siehe abbildung auf Seite 11)

mit ihren Portfolios schweißbarer Metalle und

Kunststoffe stellt sich neben dem 3DP ein wei-

terentwickeltes FDM-Verfahren als ein weiterer

möglicher aussichtsreicher Kandidat dar.

Im Gegensatz zu den anderen Technologien

bietet das FDM die Möglichkeit, nahezu beliebi-

ge Bauteilgrößen zu fertigen, da hier keine Be-

schränkung durch einen vorgegebenen Bauraum

gegeben ist. Vielmehr werden die Strukturen

durch den schichtweisen Auftrag von Kunst-

stoffen durch Roboter generiert. Im freien Raum

entstehen komplexe Strukturen -nahezu ohne

Werkzeuge und Vorrichtungen. Selbst Halbzeuge

könnten bei dem Verfahren integriert werden.

Im Gegensatz dazu bietet das metallische SLM

bereits heute die in der Branche üblicherweise

gewünschten Festigkeits-, Steifigkeits- und Ener-

gieabsorptionskennwerte, welche in einer struk-

turellen Anwendung zwingend erforderlich sind.

Abhilfe zur Verbesserung der Strukturrelevanz

könnte beim FDM-Verfahren zukünftig die pa-

rallele Zuführung einer Endlos-Kohlefaser im

Fertigungsprozess leisten, was sich derzeit in

Forschung und Entwicklung befindet. Als zen-

trales Boosterpotenzial gilt bei Hochleistungs-

thermoplasten grundsätzlich das Potenzial hin-

sichtlich der Einbringung von Faserverstärkungen

zur gezielten Erhöhung von Festigkeiten und

Steifigkeiten.

Ein bedeutendes Boosterpotenzial wäre auch,

dass möglicherweise die Verstärkungsfasern

nicht überall im Bauteil eingebracht werden,

sondern dass diese gezielt an den lastrelevanten

Positionen wo sie wirklich gebraucht werden,

abgelegt werden können. Somit können faser-

verstärkte Bauteile wesentlich bionischer, kosten-

günstiger und ressourcenschonender hergestellt

werden: soviel Verstärkungsmaterial wie nötig,

so wenig wie möglich.

Die verschiedenen Technologien wurden in einer Bewertungsmatrix zusammengefasst, ins Verhältnis gesetzt, verglichen und mit relevanten Gewichtungsfaktoren ausgewertet:

• Wie hoch ist die Strukturrelevanz heute und in Zukunft?

• Wie groß wird die Bandbreite der einsetzbaren Werkstoffe in den Jahren 2015, 2025, 2035 und 2045 sein?

• Wie werden sich die Prozesszeiten durch eine entsprechend intelligente Automatisierung verkürzen lassen?

• Welche Kostenauswirkungen werden bestehen?

• Mit welcher Komplexität und in welchen Losgrößen lassen sich zukünftig Strukturbauteile fertigen?

TeCHNoLoGIebeWerTuNGuND roaDMaP

13EDAG INSIGHTS 1/14 - GENERATIVE FERTIGUNG / EDAG GENESIS

DIe eDaG roaDMaP:DIe evoLuTIoN Der GeNeraTIveN FerTIGuNG IM verLauF Der NäCHSTeN JaHrZeHNTe

RoADMAP GeNeraTIve FerTIGuNG

2015 2025 2035 2045

FDM FuSE DEPoSITIon MoDElInG

■ Prinzip: geschmolzene thermoplastische Polymere werden mit einer dreidimensional im Raum verfahrenden Düse schichtweise aufgespritzt und aufgebaut.

■ Das Einbringen von Verstärkungs- fasern wird derzeit noch erforscht (3D Fibre Printer).

SlM SElEcTIVE lASER MElTInG

■ Prinzip: Strahlschmelzverfahren: pulverförmige metallische Werkstoffe werden mittels Laser lokal unter Schutzgas umgeschmolzen.

■ Mechanische Kennwerte entsprechen weitgehend den Grundwerkstoffen

■ Die Partikelgrößen werden abhängig von Schichtdicke und Oberflächengüte gewählt.

SlS SElEcTIVE lASER SInTERInG

■ Prinzip: pulverförmige thermoplastische Werkstoffe werden mittels Laser in einer Schutzgasatmosphäre schichtweise gesintert.

■ Mechanische Kennwerte liegen unter denen von Spritzguss.

SlA STEREolIThoGRAPhIE

■ Prinzip: Selektives Polymerisieren von Flüssigkeiten per Laser (Epoxidharze).

■ Seit den 90er Jahren ein klassisches Verfahren für Rapid Prototyping

■ Werkstoffeigenschaften orientieren sich in der Regel an Modellbauwerkstoffen

3DP 3D PRInTInG

■ Prinzip: Feststoffe werden mit geeigneten Bindemitteln schichtweise verbunden.

■ Durch Nachbehandlungsprozesse werden die Eigenschaften des Werkstückes bestimmt.

■ Simultanes Drucken von Kunststoffen in unterschiedlichen Härtegraden und Farben

Boosterpotenzial FDM

Hochleistungsthermoplaste

Boosterpotenzial 3DP

Nachbehandlungsprozesse optimierung System Feststoff-binder In-Situ bindemittel Portal statt Drucker

Boosterpotenzial SLM

Maßgeschneiderte Legierungen Multibeam/Scanner Gewicht Formkasten


Legierungsentwicklungen Hochskalieren


biopolymere optimierung Faser-Matrix Multijet


Gerichtete endlosfasern mit hoher bandbreite Plastifizierte Materialzufuhr robotik


reaktive Chemie

Boosterpotenzial SLS

FaserverstärkungBoosterpotenzial SLS

optimierung Matrixwerkstoffe

Boosterpotenzial SLS

Multibeam/Scanner Hochskalieren


Konsumentenhype


Katalytische Nachbehandlung

Boosterpotenzial SLA

Integration Fasern in 2D


Integration Halbzeuge Portal statt Kammer

MaTerIaLbaNDbreITe

ProZeSSGeSCHWINDIGKeIT

HerSTeLLuNGSKoSTeN

STruKTurreLevaNZ

bauTeILGröSSe

öKobILaNZ

PräZISIoNToLeraNZ KoMPLexITäT

LoSGröSSe


GeNeraTIve FerTIGuNG:Der IMPaCT auF DIe auToMobILe ProDuKTIoN


GeNeraTIve FerTIGuNG:Der IMPaCT auF DIe auToMobILe ProDuKTIoN

Der mögliche Impact auf den Status-Quo

der Automobilentwicklung ist immens.

So erlauben die hohen Freiheitsgrad der

Generativen Fertigungsverfahren eine be-

lastungsgerechte bzw. crash-optimierte

und multifunktionale Bauteilgestaltung bei

optimierten Wandstärken (ohne Überdimen-

sionierung) und herausragenden Material-

eigenschaften. Der entscheidende Vorteil

der unsere Gesellschaft nach vorne bringen

wird, ist die CO2 minimale Karosserie der

Zukunft.

Wir stehen vor einem möglichen Paradigmen-

wechsel in der Produktgestaltung, denn alle

gelernten und anerzogenen Restriktionen einer

produktionsgerechten Entwicklung werden na-

hezu obsolet. Plötzlich ist alles produzierbar!

Die neuen Verfahren ermöglichen die Nachbil-

dung der Natur und bringen uns einen großen

Schritt näher, die bionischen Denkmuster zu ad-

aptieren. Es ist jedoch nötig, unsere zukünftigen

Designer und Ingenieure an dieses Gedankengut

heranzuführen und entsprechend auszubilden.

Es ist gut möglich, dass wir dabei erkennen

werden, dass unsere heutige computerbasierte

Software in den Phasen der Formgestaltung, Ent-

wicklung, Konstruktion, Berechnung bis hin zur

Produktion auf die neuen Verfahren noch nicht

abgestimmt ist.

Neben den neuen gestalterischen Möglichkeiten

bergen die Generativen Fertigungsverfahren

auch große Vorteile in der Produktion. So er-

möglicht die direkte Nutzung des 3D-Daten-

modells, welches zur Erstellung eines Bauteils

ohnehin vorliegt, eine nahezu werkzeuglose,

extrem flexible und variantenreiche Fertigung.

Zudem lässt eine Evolution in der Geschwin-

digkeit und Vergrößerung der Bauvolumina

in den generativen Fertigungsverfahren und

der entsprechenden Automatisierungstechnik

eine Produktivitätssteigerung um das 100- bis

1000-fache in den nächsten 10 bis 20 Jahren

erwarten. Wenn man annimmt, dass die ange-

sprochenen 3D-Konstruktionsdaten im Internet

verfügbar gemacht werden, stellen sich jedoch

recht schnell Urheberrechtsfragen. Ähnliches ist

bekannt aus Bereichen wie z.B. der Musik-, Film-

oder Foto-Industrie.

Kombination in hybriden Strukturen mit klassi-

schen Bauweisen (Blech, Guss, Faserverbund,

etc.) werden funktionale Eigenschaften und

Effizienz radikal steigern. Durch die im Vorfeld

angesprochenen neuen, bionischen Gestaltungs-

möglichkeiten wird auch die Anlagentechnik

leichter und damit energieoptimiert hergestellt

und betrieben. Bauteile, Werkzeuge und Spann-

technik könnten somit in Zukunft gewichtsopti-

miert konzipiert und Roboter kleiner dimensio-

niert werden.


Aus einer logistischen Betrachtungsweise haben

Generative Fertigungsverfahren ebenso Vorteile.

Zum Beispiel werden zukünftige, dezentrale Fer-

tigungsstrukturen ein hohes Maß an Flexibilität

und Effizienz in der Produktentstehung erlauben.

Diese gehen über die Ersatzteilfertigung radikal

hinaus. Man stelle sich bspw. an dieser Stelle

vor, dass Bau- und Ersatzteile erst auf Nachfrage

bzw. im Reparaturfall gedruckt bzw. generiert

würden.

Wir können erst erahnen welche Optimierungs-

chancen sich für die Lagerwirtschaft von morgen

dadurch ergeben. Und welchen Beitrag dies zur

Ressourcenschonung durch die Reduzierung von

Transportkosten haben kann.

Diese Chancen ergeben für die Automobil-

hersteller neue Möglichkeiten, aufgrund der

vorrichtungsarmen, generativen Technologie,

deutlich toleranter auf Kleinserienproduktion von

High-Performance Fahrzeugen, Modellvarianten

und Derivate, Facelifts und auch kundenindividu-

elle Produktvarianten zu reagieren.

Zusammenfassend muss an dieser Stelle auch

bemerkt werden, dass die Entwicklungsprozess-

kette vom Lastenheft über die Topologieanalyse,

Funktionsentwicklung, bionische Gestaltung bis

hin zur fertigungsgerechten Gestaltung heute

noch nicht etabliert und noch sehr zeitintensiv

ist. Die generativen bzw. additiven Fertigungs-

verfahren sind noch nicht in der etablierten

Entwicklungs- und Fertigungsprozesskette in-

tegriert. Für Pessimismus ist hier dennoch kein

Platz. Man erinnere sich an die Geschichte der

Digitalkamera oder des Mobilfunktelefons. Beide

Entwicklungen waren zu Beginn vom Zweifel

geprägt, und dennoch verbinden wir mit diesen

Entwicklungen und veränderten Geschäftsmo-

dellen einen enormen Impact auf unseren Alltag.


eDaG DeMoNSTraTor: LaSeraDDITIve FerTIGuNG voN uLTraLeICHTeN, MuLTIFuNKTIoNaLeN bauTeILeN aM beISPIeL LeISTuNGSeLeKTroNIK

Das Foto zeigt den Demonstrator eines genera-

tiv gefertigten multifunktionalen Gehäuses am

Beispiel der Leistungselektronik eines Elektro-

fahrzeugs was gemeinsam zwischen EDAG und

dem Laser Zentrum Nord realisiert worden ist.

Die last- und funktionsgerechte Dimensionierung

ermöglicht 900 g Gewicht statt 1.900 g der

Referenzbauweise in Guss. Selective Laser Mel-

ting (SLM) wird bereits industriell genutzt, um

werkzeuglos variantenintensive Funktionsbautei-

le direkt aus den Datensätzen herzustellen. Der

Demonstrator ermöglicht den intensiven Dialog

zwischen möglichen Anwendern und EDAG

Spezialisten.

Jede große Reise beginnt mit einem ersten Schritt

Der industrielle Einsatz der generativen Fertigungsverfahren steht zwar noch am Anfang; die revoluti-

onären Vorteile im Hinblick auf Freiheitsgrade in der Entwicklung bis hin zur werkzeuglosen Fertigung

machen diese Technologie zu einem Zukunftsthema. Aus heutiger Sicht ist eine kurzfristige Fertigung von

Bauteilen und im nächsten Schritt von Modulen und Komponenten durchaus erreichbar und realistisch.

Wir lassen uns heute von der Vision einer 1:1 generativ hergestellten Karosserie aus einem bezahlbaren,

strukturellem Hochleistungswerkstoff inspirieren. Ein chinesisches Sprichwort sagt, jede große Reise be-

ginnt mit einem ersten Schritt.


auSbLICK MIT eDaG:WaS WIr IHNeN aNbIeTeN MöCHTeN.

Wir hoffen wir konnten Ihnen hier nicht

nur einen kleinen Einblick in die Welt der

generativen Fertigung verschaffen, sondern

haben Sie hungrig gemacht auf mehr. Wir

konnten mit der EDAG-GENESIS Karosseries-

kulptur demonstrieren und mit Ihnen dis-

kutieren, ob und wie die generativen Ferti-

gungsverfahren die zukünftige Produktion

beeinflussen können.

Um jedoch das volle Potenzial dieser neuen Tech-

nologie ausschöpfen zu können ist Fachwissen

zur Bündelung dieser neuen Herstellungspro-

zesskette von Nöten. Fachwissen im Bezug auf

die anwendbaren Verfahren, der fertigungsge-

rechten Bauteilentwicklung und der Materia-

loptimierung. Im Rahmen des EDAG-GENESIS

und des Experten Think-Tanks konnten wichtige

Kompetenzträger identifiziert werden. Darüber

hinaus geben wir mit EDAG-GENESIS einen

neuen Impuls in Richtung bionisches Design. Die

gewonnenen Erkenntnisse werden dazu beitra-

gen, zukünftig Strukturbauteile aus bionischen

Vorlagen, und damit der Vorgabe der Natur

selbst, ableiten zu können.

Als Integrator von neuen Technologien leisten

wir, als das weltweit führende unabhängige

Entwicklungsunternehmen der Automobilindus-

trie, einen Beitrag, die Entwicklung neuer Leicht-

bautechnologien immer wieder voran zu treiben.

Immer wieder den Status quo zu hinterfragen

zu können, um die Mobilität von morgen ein

Stück weit besser zu machen – Diesen Freiraum

nehmen wir uns nicht für irgendwen, sondern

im Sinne unserer Kunden und Auftraggeber,

nämlich der führenden Automobilhersteller und

Zulieferer dieser Welt. Nicht für irgendein Ziel,

sondern um den Hochtechnologiestandort in

Deutschland weiter zu entwickeln. Und nicht

zuletzt, um aus Technik Emotionen zu machen.

Wir verstehen uns als Begleiter Ihrer Fahrzeu-

gentwicklungs- und Leichtbauprojekte und

beraten Sie selbstverständlich gerne im Umfeld

dieser sehr spannenden und neuen generativen

Entwicklungsprozesskette. Wir freuen uns mit

Ihnen diesen ersten Schritt zu gehen.


eDaG INSIGHTS 1/14

AUTOREN DIESER AUSGABE:Dr.-Ing. Martin Hillebrecht, Leiter CC Leichtbau, Werkstoffe & Technologie, eDaG

Tel.: +49 661 6000-255, [email protected]

Michael Begert, Innovationsmanager Polymer Material Concepts, CC Leichtbau, Werkstoffe & Technologie, eDaG


Johannes Barckmann, Leiter Design Studio, eDaG


Dr.-Ing. Frank Breitenbach, Fachexperte Planungsmethodik, eDaG PS


Martin Kraft, Kundenteamleiter Technologieentwicklung, FFT


Michael Pollner, Leiter Marketing, eDaG


WEITERFÜHRENDE QUELLENhttp://www.lzn-hamburg.de, http://dmrc.uni-paderborn.de, http://www.bam.de, http://www.ipa.fraunhofer.de/

QUELLENVERZEICHNIS:(1) Hillebrecht, M., Reul, W., Emmelmann C. und J. Kranz - Laseradditive Fertigung von multifunktionalen Komponenten.

Lightweight Design 1/2014. Springer Vieweg Verlag, Wiesbaden. 2014.

(2) Emmelmann, C., Petersen, M., Kranz, J. und E. Wycisk - Bionic lightweight design by laser additive manufacturing (LAM)

for aircraft industry, Proc. SPIE 8065, 80650L. 2011.

(3) Emmelmann, C., Sander, P., Kranz, J., E. Wycisk - Laser Additive Manufacturing and Bionics:

Redefining Lightweight Design“, Physics Procedia 12, Part A. 2011.

(4) Gebhardt, A. - Generative Fertigungsverfahren - Rapid Prototyping – Rapid Tooling – Rapid Manufacturing,

3. Auflage. München 2007.

(5) Leistner, M. - Herstellung von Funktionsprototypen und Werkzeugen mit serienidentischen Eigenschaften durch

Selective Laser Melting. Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Dresden, 2004.

BILDNACHWEISAlle Abbildungen © EDAG 2014, mit Ausnahme Seite 4, Quelle: dpa, Seite 5, Quelle: Fotolia,

Seite 14 „New Baöance 3D printed plates“, Quelle: New Balance, Seite 16, Quellen: New Balance,

Wikimedia Commons, Fotolia.com, EDAG

COPYRIGHTAlle in diesem PDF enthaltenen Strategien, Modelle, Konzepte und Schlussfolgerungen sind ausschließliches geistiges Eigentum

(Ausnahme bei Quellenangaben und / oder Fremdfolien) von EDAG und urheberrechtlich geschützt. Wir danken für die Unterstützung: Prof. Dr.-Ing. Claus Emmelmann (Laser Zentrum Nord GmbH, Hamburg), Prof. Dr.-Ing. Jens Günster

(BAM Bundesanstalt für Materialprüfung, Berlin), Dr.-Ing. Eric Klemp, Herr Stefan Peter (DMRC Direct Manufacturing Research

Center, Paderborn). Steve Rommel und Herr Andreas Fischer (Fraunhofer IPA)

IMPRESSUMEDAG Engineering GmbH, Kreuzberger Ring 40, 65205 Wiesbaden


Copyright 2015

EDAG Engineering GmbH

Kreuzberger Ring 40

65205 Wiesbaden

Reproduction without written permission is completely forbidden.

EDAG INSIGHTS

SIe WoLLeN MeHr über DIe GeNeraTIve FerTIGuNG erFaHreN? DaNN FraGeN SIe uNS.

Ihre Ansprechpartner für

alle Fragen zur generativen Fertigung:

Dr.-Ing. Martin Hillebrecht, EDAG,

Leiter CC Leichtbau, Werkstoffe & Technologie

Kontakt:

Tel.: +49 661 6000-255

[email protected]

Johannes Barckmann, EDAG,

Leiter Design Studio

Kontakt:

Tel.: +49 661 6000-610

[email protected]