Metall 3D Druck mit Markforged

//Metall 3D Druck mit Markforged

Metall 3D-Druck mit Markforged

3D gedruckte Metall-Bauteile über Nacht!

Durch den Kontakt mit über 4000 Maschinenbau-Unternehmen und deren Geschäftsführern in den letzten 15 Jahren ist mir eines klar geworden. Unternehmen die auf neue Technologien setzten und stetig an der Prozessoptimierung arbeiten bleiben erfolgreich.

Große Markenhersteller wie Porsche oder Siemens investieren in Markforged und erhalten so im Zeitalter der Industrie 4.0 einen bedeutenden Wettbewerbsvorteil. Diese und auch andere Hersteller, die auf die Additive Fertigung, Roboter, IoT und Automatisierung setzen sind in der Lage, die Anforderungen der Kunden an immer individueller werdenden Produkten gerecht zu werden.

“Der Kunde kann es in jeder gewünschten Farbe bemalen lassen,
solange es schwarz ist” / Henry Ford

Dies war bereits 1910 notwendig, um die Produktion für die Kunden von Henry Ford zu skalieren. Über 100 Jahre später konnte dies nicht weiter von der Wahrheit entfernt sein; Die Geschäftskunden von heute verlangen Produkte, die ihren Geschäftsanforderungen entsprechen, während die Verbraucher immer mehr etwas individuelles und ein nur für sie maßgeschneidertes Angebot wünschen. Der Markt, der von Herstellern, Heimwerkern und Individualisten überfüllt ist, zwingt alle zum Handeln um die Rückkehr der Handwerkskunst in massivem, industriellem Maßstab. Die Welt will etwas Unmögliches: Massenanpassung – all den Charme der handwerklichen, individuellen Produktion mit allen Vorteilen der Massenproduktion. Im Jahr 2018 ist die Neuerfindung der Fertigung die “maßgeschneiderte Massenproduktion”. Während sich der 3D-Druck auf kosmetische Prototypen mit geringem Volumen konzentrierte, setzt die Additive Fertigung -Technologie nun auf die Parallelisierung von Druckern und die Massenproduktion. Führende Unternehmen setzen auf die Additive Fertigung im industriellen Maßstab für die Massenproduktion.

Es klingt vielleicht immer noch nach etwas aus Star Trek, aber die Technologie der Additiven Fertigung auf Knopfdruck ist keine Zukunft. Es passiert gerade bei produzierenden Unternehmen auf der ganzen Welt. Wir haben jetzt die Möglichkeit, starke Teile am selben Tag zu drucken und kostengünstiger herzustellen als die herkömmliche Metallherstellung. Vor Ort und sicher, 50% leichter als Gusseisen. Mit der revolutionären neuen Technologie des Metall 3D-Drucks erleben Fertigungsunternehmen neue Möglichkeiten, um Produkte blitzschnell herzustellen. Die Additive Fertigung ändert daher den Weg, wie wir Produkte entwerfen und herstellen.

“Unternehmen können jetzt die Produktionskosten für
die Herstellung von Metallteilen um bis zu 98% senken.”

Mit den neuen Technologien und den geringeren Eintrittsbarrieren für den industriellen 3D-Druck wird die Industrie voraussichtlich um 20% wachsen und bis 2020 eine 20-Milliarden-Dollar-Industrie werden, so der Bericht von Wohlers 2017. Im letzten Jahr war die traditionell, verarbeitende Industrie, noch eine 10 Milliarden-Dollar-Industrie.

Es gibt einige weitere klare Vorteile des Metall 3D Drucks, wie z. schnellere Markteinführungszeiten, Gewichtseinsparungen und die Möglichkeit, Produkte zu personalisieren oder Teile herzustellen, die mit herkömmlichen Methoden nicht herzustellen sind. Dies wurde in der Vergangenheit, aufgrund der hohen Kosten von Metall 3D-Druckern, lediglich von Unternehmen aus der Luft- und Raumfahrt oder der Automobil Industrie genutzt. Die 3D-Drucker von gestern sind die Großrechner der Fertigung. Sie sind groß, langsam und teuer (500.000 EUR – 1 Mio. EUR). Hier wird Metallpulver auf ein Pulverbett gelegt und dann mit einem Hochleistungslaser oder Elektronenstrahl verschmolzen. Dieses Metallpulver, das im Metall 3D-Durck verwendet wird, ist extrem giftig und muss daher in einer speziellen Vakuumkammer bedient werden. Außerdem ist der Umgang mit dem Pulver extrem gefährlich, so dass ein hochqualifizierter Anwender erforderlich ist. Dies erklärt auch die geringe Akzeptanz der Industrie. In der gleichen Weise, wie Großrechner durch Cloud-Rechenzentren ersetzt wurden, werden großformatige Metalldrucker durch kleinere, kostengünstige parallel arbeitende Maschinen ersetzt – Print Farmen. Jetzt benötigt die Industrie etwas, das 10x günstiger, 10x sicherer und 10x einfacher zu bedienen ist.

“Wenn Sie die Rechnung bereits einmal gemacht haben und entschieden haben, dass Metall 3D-Druck nicht rentabel ist, ist es möglicherweise an der Zeit, noch einmal zu rechnen.”

Die branchenführende Technologie des Markforged Metal X eröffnet Ingenieuren, Designern und Herstellern auf der ganzen Welt bemerkenswerte, neue Möglichkeiten, da sie Metall 3D gedruckte Bauteile am selben Tag, zu einem Bruchteil der Kosten im eigenen Haus herstellen können. 10x günstiger als alternative Metall additive Fertigungstechnologien – und bis zu 100x günstiger als herkömmliche Fertigungstechnologien wie CNC oder Gießen. Kosten drastisch senken und Innovationen ermöglichen.

Riesen Potential für Kosteneinsparungen

Unternehmen können mit der neuen Technologie die Produktionskosten für die Herstellung spezialisierter, fertigungsbereiter Metallteile erheblich senken. Es ist bei weitem die kostengünstigste Lösung für den Metall 3D-Druck. Mit einer Reihe von Druckmaterialien können Konstrukteure, Ingenieure und Hersteller starke 3D-Metall-Bauteile über Nacht entwerfen und drucken, unabhängig davon, ob sie besonders fest oder schweißbar sind. Mit einem Startpreis von rund 99.000 EUR für den Markforged Metal X können die gesamten Kosteneinsparungen nicht ignoriert werden.

„Über Nacht vom CAD-Modell zum 3D-gedruckten Bauteil aus Metall.“

Der Prozess

Das ADAM-Verfahren (Atomic Diffusion Additive Manufacturing) zum Drucken von Metall eröffnet eine neue Ära der Metallteilefertigung. Die revolutionäre ADAM-Technologie macht das Drucken von Metallteilen im Vergleich zu früheren Metall 3D-Druck-Verfahren sicherer und einfacher. ADAM ist ein End-to-End-Prozess, der mit einem Metall-Kunststoffgemisch beginnt. Dadurch ist es nicht brennbar, absolut ungefährtlich und leicht zu handhaben. Der Teilebildungsprozess baut auf der bestehenden kohlenstofffaserverstärkten Extrusionstechnologie auf, bei der Mikrolitzen aus Kohlenstofffasern in Kunststoff gebunden werden. Dann Schicht für Schicht wird das Teil gedruckt. Nach dem Drucken wird das Teil in einem Ofen gesintert, das Bindemittel verbrennt und das Pulver verfestigt sich zu dem endgültigen, vollständig dichten Metallteil.

Thermisches Sintern von Teilen ist in der Metallspritzgießindustrie (MIM) gut etabliert, um Teile für die Verwendung in der Medizin, Luft- und Raumfahrt sowie für Endverbraucher herzustellen. Der Sinterschritt findet in einem Ofen statt und verschmilzt die Metallleistung zu 99,7% dichtem Metall, während alle letzten Spuren des Bindemittels entfernt werden. ADAM nutzt bekannte MIM-Materialien, die in anspruchsvollen Endanwendungen eingesetzt werden. Das Beste ist, dass der Prozess hunderte von Metallen unterstützt. 17-4 Edelstahl und H13 Werkzeugstahl werden bereits ausgeliefert und viele weitere folgen in Kürze, darunter:

  • Edelstahl 316L
  • Werkzeugstahl D2 & A2
  • Inconel 625
  • Titanium 6-4

Durch die gemeinsame Optimierung von Hardware, Software und Materialien wird ein neuer Maßstab für eine unglaubliche Oberflächengüte gesetzt. Dies ist wichtig, da eine hochgradig wiederholbare Extrusion (die als hervorragende Oberflächengüte sichtbar ist) der Schlüssel für die Maßgenauigkeit und Passgenauigkeit ist. Das Endergebnis ist ein 3D gedrucktes Bauteil aus reinem Metall in perfekter Größe.

Die innere Wabenstrukturen ermöglicht bei minimalem Materialaufwand die höchste Festigkeit zu erzielen.

Die ADAM-Technologie bietet Herstellern einzigartige Vorteile. Erstens können Designer vollständig geschlossene Strukturen erstellen. Bei den bisherigen MEtall 3D-Druck Verfahren musste ein Austrittsloch in das Design eingefügt werden, damit das Metallpulver einen Platz zum Austritt des Teils haben kann, um sicherzustellen, dass nichts im Inneren eingeschlossen ist. Da das Bindemittel mit der ADAM-Technologie einfach verbrennt, können Teile vollständig umschlossen werden. Zweitens, da Hersteller diese geschlossenen Konstruktionen erstellen können, können sie komplexe interne Strukturen verwenden, um robuste Teile zu erzeugen, die leicht sind und weniger in der Herstellung kosten. Drittens ermöglicht der unglaublich niedrige Preis, kombiniert mit der hohen Auflösung und Qualität der Endteile, viel mehr Anwendungsfälle als bisher möglich waren.

Stanley Black & Decker

Die Ingenieure von Stanley Black & Decker suchten nach einer kostengünstigen Möglichkeit, komplexe Teile mit geringem Volumen herzustellen. Nach Erkundung der Metall-3D-Drucktechnologien entschied sich das Infrastructure Innovation Center von Stanley Black & Decker für die additive Fertigungstechnologie des Metal X von Markforged, um zuverlässige, 3D-gedruckte Teile herzustellen und die Herstellungskosten und Durchlaufzeiten zu senken.

Durch die Nutzung der additiven Fertigungstechnologie des Metal X von Markforged geht das Infrastructure-Team davon aus, die Herstellungskosten für zwei verschiedene Teile zu senken – ein Antriebsgehäuse für den PD45 Hydraulic Post Driver und eine Radwelle für die PG10-Profilfroschmühle. Die Ingenieure von Stanley Infrastructure haben die Leistung, die Haltbarkeit und den Lebenszyklus jedes der beiden Teile rigoros getestet und für einen Bruchteil der Kosten als Produktionsteile genehmigt.

Durch den Austausch des aktuellen Fertigungsprozesses durch den Markforged Metal X spart Stanley Infrastructure bei den Herstellungskosten zwischen 34% und 48% und verkürzt die Vorlaufzeit von Teilen um 69%. Dies ist zwar bereits ein erhebliches Einsparpotenzial, aber sie können den Metal X noch besser für die Einzelteilfertigung nutzen (in diesem Fall stellt Stanley Infrastructure häufig Einzelersatzteile für Geräte im Feld her).

Da der vorhandene Prozess nur Teile in Serien produziert, ist der 3D-Druck einzelner Teile mit dem Metal X 12,5x günstiger und 20x schneller als das Gießen und CNC-Bearbeiten. 

Reduzierte Komplexität

Das originale Antriebsgehäuse bestand aus vier Komponenten: einem gegossenen und bearbeiteten Hauptgehäuse, einer lasergeschnittenen Abdeckplatte und zwei Bolzen, die die Baugruppe zusammenhielten. Die Ingenieure bei Stanley Infrastructure arbeiteten mit Markforged zusammen, um das Teil für den 3D-Druck mit dem Metal X zu optimieren. Anstatt der vierteiligen Baugruppe wird das neu konstruierte Teil als zusammenhängendes Teil ohne Stützmaterial 3D-gedruckt. Dadurch können enorme Einsparungen bei den Fertigungskosten und der Konstruktionszeit erzielt werden.

Laut einem Stanley Infrastructure-Ingenieur kann Stanley allein in diesem Bereich Tausende von Dollar pro Jahr einsparen und gleichzeitig die Qualität und Zuverlässigkeit der Teile nachbilden, die sie von CNC-Teilen gewohnt sind. Den ausführlichen Anwenderbericht von Stanley Black & Decker finden Sie hier.

Serienfertigung

“Was wirklich zählt, ist, die Produktionsmenge so schnell wie möglich steigern zu können” / Elon Musk

Es ist jetzt so einfach wie das Auswählen eines Teils, das Auswählen des Materials und das Drucken auf einer Flotte von 3D-Druckern in einer Benutzerorganisation. Von überall her, auf der ganzen Welt. Metall-3D-Druckfarmen verkürzen die Entwicklungszeit und schließen die Lücke zwischen Prototyping und Produktion. Nutzung einer Cloud-basierten Flottenmanagementlösung. Es gibt Tausende von Druckern, die Teile auf der ganzen Welt produzieren – alle laufen mit vollständiger Telemetrie, Fehlerüberwachung, Feedback und Analyse. Stellen Sie sich das wie eine verteilte Druckfarm vor. Bei Markforged in Boston laufen über 100 Drucker parallel. Die Hälfte ist der Produktion von Teilen für die Entwicklung neuer Markforged 3D-Drucker gewidmet. 30 3D-Drucker befinden sich in Langzeittests, 20 dienen der Herstellung von Musterteilen – etwa 11.000 Teile pro Monat.

Noch ein Highlight: Wenn Sie Prototypen drucken möchten – verwenden Sie einen Drucker für die Produktion – oder verwenden Sie 100. Die Anzahl der 3D-Drucker spielt keine Rolle. Das liegt daran, dasss die 3D-Druck-Technologie hinter ADAM die Kosten grundsätzlich senkt. Sie beginnen mit einem bekannten High-Volume-Prozess (MIM). 3D-Druck statt Spritzguss. Mehrere 3D-Drucker, die von einer Flottenmanagement-Software gesteuert werden. Ein voller Stapel-Sinter-Ofen ist so ausgelegt, dass er mit einer Spritzgussform mithalten kann – so kann er eine Printfarm 500-1000 Einheiten ermöglichen.

Fazit

Seit tausenden von Jahren gießen Menschen Metall in Formen. Jetzt haben wir einen besseren und einfacheren Weg gefunden. Das digitale Zeitalter veränderte alle Industriezweige, die dem Menschen bekannt waren – Musik, Fotografie, Telekommunikation, E-Mail und Internet. Die Fertigung ist jedoch weitgehend dieselbe wie in den 50er Jahren. Es ist Zeit für den Maschinenbau, in das digitale Zeitalter einzutreten.

Haben Sie sich gefragt, ob Ihr Unternehmen von der Additiven Fertigung profitieren könnte? Sollte der Metall 3D-Druck Teil Ihrer Innovationsstrategie sein? Würde eine Gewichtsreduktion von 65% das Endergebnis beeinflussen? Da die komplette Metall 3D-Druck-Lösung von Markforged, inklusive Sinterofen und Waschstation, für rund 150.000 EUR erhältlich ist, könnte der Metal X der Metal 3D-Drucker sein, auf den Sie gewartet haben. Lassen Sie sich persönlich überzeugen und fordern Sie Ihr persönliches Muster-Bauteil an.

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Über den Autor: Richard Elving, der als APAC Channel Sales Manager für Markforged mit über 15 Jahren Erfahrung in den Bereichen Vertriebsführung und Geschäftsführung tätig ist, verfügt über ein umfangreiches Wissen aus der Fertigungsindustrie und besucht über 4000 Fertigungsstandorte in Nordeuropa und APAC für Organisationen wie Autodesk, Dassault Systemes und SolidWorks, wo er für außergewöhnliche Verkaufserfolge gewürdigt wurde.

Der Text ist übersetzt und angepasst aus dem Englischen. Orignal Beitrag:
https://www.linkedin.com/pulse/how-affordable-metal-3d-printing-changing-way-we-make-richard/

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