Additive Technologien und 3D-Scannen im Maschinenbau: 7 Erfolgsgeschichten

3D-Technologien werden zunehmend zum Schwerpunkt großer russischer Industriemessen, was die Bereitschaft von Unternehmen widerspiegelt, innovative 3D-Lösungen in ihren Produktionsketten zu implementieren. Auf der Ausstellung Metalworking-2018 wurden additive Technologien erstmals an einem separaten Ort vorgestellt. Die digitale Produktion ist zum Hauptthema der Internationalen Industrieausstellung Innoprom geworden, die im Juli 2018 in Jekaterinburg stattfand.

Für das Ingenieurwesen als einen der Schlüsselsektoren der russischen Wirtschaft sind die Entwicklung neuer Geräte und die Anwendung fortschrittlicher Lösungen äußerst wichtig. Die 3D-Technologie erfüllt diese Anforderungen vollständig. Sie verbessern die Effizienz und ermöglichen es Unternehmen, den Prozess zu reduzieren und zu vereinfachen sowie die Produktionskosten zu optimieren.

Das Erstellen eines Prototyps auf einem 3D-Drucker dauert beispielsweise nicht wie bei einer herkömmlichen Produktion Monate, sondern nur wenige Stunden. Deutlich eingesparte Zeit für die Fertigstellung des Designs und die Einführung des Produkts in der Massenproduktion. Dementsprechend werden die Kosten für das gesamte Projekt reduziert. Dank des Einsatzes von 3D-Scannern und -Software für das Reverse Engineering und die Geometriesteuerung werden Zeit und Geld um das 1,5-fache reduziert.

Vorteile des 3D-Drucks

• Herstellung von Teilen mit Geometrie jeglicher Komplexität , die die Möglichkeiten traditioneller Methoden weit hinter sich lässt.
• Optimierung von Produktparametern wie Genauigkeit und Festigkeit sowie Gewichtsreduzierung durch die Schaffung superdünner Wände, interner Kanäle und bionischer Strukturen.
• Beschleunigung und Reduzierung der Produktionskosten: Es müssen keine teuren Geräte und in einigen Fällen keine Bearbeitungen durchgeführt werden.
• Verbesserung der Rentabilität der Produktion von kleinen und maßgeschneiderten Produkten.
• Reduzierung von Konstruktionsrisiken und -fehlern, auch aufgrund der Möglichkeit von Konstruktionsänderungen in späteren Konstruktionsphasen.
• Management der physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Produkts durch Verwendung von High-Tech-Materialien.

Aufgaben, die im Engineering mithilfe des 3D-Drucks gelöst wurden

1. Funktionstests und Prototyping.
2. Herstellung von technischen Prototypen zum Testen des Produktdesigns.
3. Durchführung technologischer Experimente.
4. Produkte auf Ergonomie prüfen.
5. Erstellung von Meistermodellen zum Gießen, auch für Wachsausschmelz- und Brandmodelle.
6. Schnelle Werkzeugproduktion.
7. Herstellung formformender Elemente von Formen zum Formen von Thermoplasten und leichten Werkstoffen.
8. Herstellung von Funktionsteilen für eine Vielzahl von Einheiten und Baugruppen.
9. Schaffung komplexer Strukturen, einschließlich fester Strukturen, die zuvor aus vielen Elementen zusammengesetzt wurden.

3D-Drucktechnologie für Ingenieurbüros

• Einlagen (FDM).
• Vollfarb-Tintenstrahldruck (CJP).
• Multi Inkjet Printing (MJP).
• Laserstereolithographie (SLA).
• Selektives Laserschmelzen (SLM).
• Selektives Lasersintern (SLS).

Vorteile des 3D-Scannens

• Hochgeschwindigkeits-Scangeräte.
• Genaue Messungen im tatsächlichen Gebrauch.
• Integrationsfähigkeit in automatisierte Produktionssysteme .
• Messung von Objekten, unabhängig von Größe, Komplexität, Material oder Farbe.
• Einfachheit und Bequemlichkeit bei der Arbeit.

Aufgaben, die mit 3D-Scannern und spezieller Software gelöst wurden

1. Reverse Engineering (Reverse Engineering), um fertige Zeichnungen zu erhalten.
2. Metrologische Kontrolle von Produkten im Herstellungsprozess, Verschleißanalyse.
3. Kontrolle von Geometrie, Verformung und Beschädigung von Produkten.
4. Qualitätskontrolle .
5. Digitale Archivierung.

7 Erfolgsgeschichten

Hydraulischer Ventilblock



CAD-Datei für den endgültigen Ventilblock Bereit für den 3D-Druck

Das Design des neuen hydraulischen Ventilblocks, der von VTT und Nurmi Cylinders entwickelt wurde, wurde mithilfe der SLM-Technologie (Selective Laser Melting) optimiert, wodurch Gewicht, Volumen und Material eingespart werden. Als Ergebnis wurde ein Produkt erstellt, dessen Gewicht 66% unter dem Originalmodell liegt. Dank des innovativen Designs war es möglich, den Flüssigkeitsfluss durch die internen Kanäle zu optimieren und das Leckageproblem zu lösen.

Projekt im Detail

Gasmischer



Schema eines Ganzmetallmischers, der mit SLM-Technologie hergestellt wurde. Unten rechts: das ursprüngliche 12-Element-Modell

Das Jurec Rapid Prototyping Center mit SLM Solutions-Geräten hat ein Projekt zur Aufrüstung eines Flüssiggasmischers abgeschlossen. Zu Beginn wurde das Gerät aus 12 Teilen zusammengebaut, darunter 3 große Elemente - die ersten und zweiten Flanschkörperverbindungen und der Mischereinsatz. Durch selektives Laserschmelzen konnte ein einziger Körper erzeugt werden, wodurch die Anzahl der Teile von 12 auf eins reduziert wurde. Es müssen nicht mehrere Metalle und Flanschverbindungen verwendet werden: Gewinde werden einfach in das Ganzmetallgehäuse geschnitten, wodurch das Gewicht des Mischers von 1,3 kg auf 50 g reduziert wird. Die Produktionszeit wurde halbiert. Schließlich sanken die finanziellen Produktionskosten um 73%.

Weitere praktische Beispiele für den 3D-Metalldruck

Akustischer Splitter



Links: Ein zweiteiliges Masterformular, das auf einem 3D-Drucker gedruckt wurde. Rechts: Das fertige Teil aus der Silikonform nehmen.

OJSC-Anliegen Okeanpribor OJSC (St. Petersburg) stellt Kommunikationssysteme für die russische Marine her, darunter Geräte mit einer großen Anzahl kleiner Elemente, beispielsweise einen Splitter - eine der Hauptkomponenten der neuen Sonarantenne. Für das Rapid Prototyping bei der Herstellung von Spritzgussteilen verwendet das Unternehmen einen professionellen 3D-Drucker 3D Systems ProJet 660Pro, der an der CJP-Technologie arbeitet. Auf einem 3D-Drucker wird eine Form gezüchtet, die dann mit Silikon gefüllt wird. In die Silikonform kann jedes andere Material gegossen werden, in diesem Fall Polyurethan. Als Ergebnis erhält das Unternehmen eine Art Formular für die Formulare - nicht nur einen Prototyp, sondern einen gebrauchsfertigen Prototyp. Die Implementierung des Projekts mit Standardmethoden würde mehrere Monate dauern, aber dank des 3D-Druckers konnte die Zeit für die Antennenerstellung auf drei Wochen reduziert werden.

Projekt im Detail

Komponenten von Gasturbinentriebwerken



3D Wachsmodell und fertiges Produkt

Amerikanisches Unternehmen Turbine Technologies, Ltd. entwickelten eine Modifikation von Verbrennungsmotoren, auf denen Hochdruckturbinen installiert sind. Das Unternehmen hat den 3D-Drucker 3D Systems ProJet MJP 3600W für den 3D-Druck von Wachsmodellen gekauft und erhält das fertige Gussstück innerhalb von 3-4 Tagen. Wachsmodelle werden jetzt direkt aus 3D-CAD-Modellen hergestellt, und die Gießerei von Turbine Technologies stellt Prototypkomponenten für Gasturbinentriebwerke mit größerer Genauigkeit und geringeren Kosten her.

Praktischere Beispiele für den Einsatz des 3D-Drucks im Feinguss

Komponenten und Komponenten für die Flugzeugindustrie



Der 3D-Druck mit Fotopolymeren mithilfe der QuickCast-Technologie spart Zeit und Geld, da keine teuren Geräte erforderlich sind

Vaupell entwickelt Fertigungslösungen für Gießereien, die Aufträge aus der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie der Verteidigungsindustrie erfüllen. Dank des stereolithografischen 3D-Druckers 3D Systems ProX 800 konnte das Unternehmen die Produktionseffizienz radikal steigern. Der Drucker verfügt über einen speziellen Druckmodus mit Fotopolymer - QuickCast , der die dünnwandige Außenschale des Teils reproduziert, und die Hohlräume im Inneren des Teils sind mit einer Netzstruktur gefüllt. QuickCast-Modelle ersetzen herkömmliche Gießereimodelle und erfordern keine teure Ausrüstung. So konnte das Unternehmen die Kosten für Gießereimodelle um 95% senken.

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Steuern Sie die Geometrie des Pumpengehäuses



Abweichungskarte der Futtergeometrie

IQB Technologies schloss ein Projekt ab, das einen 3D-Scan des Pumpengehäuses nach der Bearbeitung und einen separaten 3D-Scan des Gehäuses mit Auskleidung zur Kontrolle der Beschichtungsdicke umfasste. In der ersten Phase wurde das Produkt mit einem tragbaren 3D-Scanner Creaform HandySCAN 700 digitalisiert und anschließend ein High-Poly-3D-Modell des Pumpengehäuses erhalten. Anschließend führten die Experten eine Kontrolle der Geometrieabweichungen in der Geomagic Control X- Software durch. Erkannte Abweichungen in der Oberfläche der Beschichtung erzeugen zusätzlichen Druck auf das Gehäuse und verkürzen daher dessen Lebensdauer. Das Projekt wurde in nur 4 Stunden abgeschlossen.

Praktischere Beispiele für die Qualitätskontrolle mit einem 3D-Scanner

Reverse Engineering von hydraulischen Turbinenlaufrädern



3D-Scannen eines Turbinenrads für das anschließende Reverse Engineering

Dependable Industries (ein Hersteller von Gießereimodellen und Werkzeugen aus Vancouver) wandte sich an den Unternehmer Matthew Percival von 3D Rev Eng, um das Reverse Engineering des Laufradgusses einer Radialachsen-Hydraulikturbine zu unterstützen. Mit dem Reverse Engineering-Programm Geomagic Design X können Sie innerhalb weniger Stunden Modelle mit komplexen Formen erstellen, deren Erstellung mit herkömmlichen Technologien mehrere Wochen dauern würde. Dank Geomagic Design X konnte die Reverse Engineering-Zeit um 50% und die Herstellungskosten um 48% reduziert werden.

Projekt im Detail

Fazit

Die 3D-Technologie weist einige Einschränkungen auf. Dies sind die hohen Kosten für Ausrüstung und Materialien, unzureichendes Wissen, der Mangel an Spezialisten und Schwierigkeiten bei der Integration in traditionelle Technologieketten. Additive Methoden können heutzutage klassische Technologien nicht ersetzen oder ersetzen, aber sie beweisen die wirtschaftlichen Vorteile von Prototyping und Kleinserienfertigung und werden zur einzig möglichen Lösung bei der Herstellung komplexer Kleinteile. Letztendlich ermöglicht der Einsatz dreidimensionaler Druck-, Scan- und Modellierungstechnologien, neue Produkte schneller auf den Markt zu bringen, und erhöht somit die Wettbewerbsfähigkeit von Maschinenbauunternehmen.