PBF

März 6, 2024 by AddUp

Die additive Fertigung (AM) hat sich seit den frühen 2000er Jahren, als sie erstmals zur Herstellung von Zahnimplantaten und individuellen Prothesen eingesetzt wurde, stark weiterentwickelt. Mit ihrer Fähigkeit, komplexe Geometrien, die die Form und Funktion der natürlichen Biomechanik nachahmen, in kürzester Zeit zu entwickeln und zu produzieren, verändert die additive Fertigung heute das Gesundheitswesen rasant.

In den letzten Jahren hat der 3D-Druck einige der größten Herausforderungen auf dem Gebiet der Orthopädie gelöst. Bevor es möglich war, schnell maßgeschneiderte Implantate herzustellen, mussten Chirurgen oft Standardimplantate modifizieren, um sie an bestimmte Patienten anzupassen, indem sie den Körper des Patienten an das Implantat anpassten. Heute sind wir dem Ziel näher gekommen, Implantate herzustellen, die dem Patienten passen, bevor er operiert wird.

Jetzt ermöglicht AM den Chirurgen, Aufgaben zu erfüllen, die früher unmöglich waren. Nach der Erstellung digitaler Druckdateien aus Röntgen-, CT- oder MRT-Scans des Patienten kann die Herstellung eines komplexen, patientenspezifischen Metallimplantats oft in weniger als 24 Stunden abgeschlossen werden.

In der Geschichte der AM gab es viele kommerzielle und klinische Erfolge. Im Jahr 2012 implantierten Forscher des BIOMED-Forschungsinstituts in Belgien einer 83-jährigen Patientin eine 3D-gedruckte Unterkieferprothese aus Titan. 2013 wurde erstmals ein Schädelimplantat aus 3D-gedrucktem Polyetherketonketon (PEKK) erfolgreich implantiert. Spulen Sie vor ins Jahr 2024: AddUp Solutions und Anatomic Implants arbeiten gemeinsam an dem ersten 3D-gedruckten Zehengelenkersatz.

Mit all den Vorteilen, die sie für die Zukunft der personalisierten Medizin und die Verbesserung der Patientenergebnisse bietet, verspricht die Anwendung von AM in der Orthopädie eine bahnbrechende Entwicklung zu werden.

VON DER SUBTRAKTIVEN ZUR ADDITIVEN FERTIGUNG

Herkömmliche subtraktive Fertigungsverfahren hatten schon immer ihre Grenzen bei den herstellbaren Geometrien. Außerdem erfordern sie einen erheblichen Zeitaufwand für die Bearbeitung, insbesondere bei Materialien wie Titan.

Durch die Schichtung von Materialien zur Herstellung von Objekten aus 3D-Modelldaten ermöglicht AM die Schaffung komplexer Formen und Strukturen, die zuvor nicht möglich waren. Es hat einen kosteneffizienten neuen Ansatz für die Herstellung medizinischer Implantate ermöglicht, die auf die einzigartige Anatomie einzelner Patienten zugeschnitten sind, und bietet deutlich mehr Gestaltungsfreiheit und Kontrolle, ohne dass Werkzeuge oder Formen benötigt werden.

„Bei herkömmlichen Verfahren ist eine nachträgliche Oberflächenbehandlung mit porösen Sprays erforderlich, während der 3D-Druck die Herstellung von Implantaten mit hochporösen Strukturen ermöglicht“, sagt Tyler Antesberger, Ingenieur für medizinische Anwendungen bei AddUp Solutions. „Es ist also definitiv ein Mehrwert, dass man mit AM die vollständige Kontrolle über das Gerät bis auf den Mikrometer genau hat – und nicht nur etwas auf die Oberfläche auftragen und hoffen kann, dass es funktioniert.“

VON METALLEN ZU BIOKOMPATIBLEN MATERIALIEN

Die Verwendung von AM auf Metallbasis für die Herstellung medizinischer Implantate nimmt seit vielen Jahren zu. Die für die Herstellung medizinischer Implantate verwendeten Werkstoffe müssen viele Anforderungen erfüllen, darunter hohe Festigkeit für eine lange Funktionsdauer, Korrosions- und Verschleißfestigkeit sowie Biokompatibilität und biologische Abbaubarkeit.

„Es wird viel über die Biokompatibilität gesprochen“, sagt Antesberger. „Es gibt viele Studien über Zellgerüste und dergleichen – wie kann der Knochen tatsächlich in diese Geräte einwachsen und Teil des Körpers werden?“ AM macht es möglich, hochkomplexe, maßgeschneiderte Designs zu entwerfen, die der Anatomie des Patienten entsprechen, und Gitterstrukturen zu schaffen, die für die poröse Oberfläche erforderlich sind, um die Knochenintegration im menschlichen Körper zu verbessern. Die Walzenbeschichtungstechnologie von AddUp macht es möglich, ein Implantat mit einer glatten Oberfläche mit feinen Merkmalen und Gitterauflösungen herzustellen.

Obwohl bei der Verwendung von 3D-gedruckten metallischen Biomaterialien für Implantate viele Fortschritte erzielt wurden, gibt es derzeit nur wenige Metalle, die verwendet werden können. Heute bestehen etwa 75 % der medizinischen Implantate aus rostfreiem Stahl, Titanlegierungen, Kobalt-Chrom-Legierungen, Niob, Nitinol und Tantal, wobei die Verwendung von Magnesium, Zink, Eisen und Kalzium im Steigen begriffen ist[1].

„Das wichtigste Material, das heute für medizinische Implantate verwendet wird, ist Titan Grad 23“, sagt Antesberger. „Es hat einen geringeren Sauerstoffgehalt als anderes auf dem Markt befindliches Titan und eine gute Biokompatibilität. Ein paar andere Materialien, die im 3D-Druck verwendet werden, sind Edelstahllegierungen“.

ERWEITERUNG DES MÖGLICHEN

3D-gedruckte Implantate sind ein vielversprechender Weg in die Zukunft der personalisierten Medizin. Gesundheitseinrichtungen wie die Mayo Clinic haben bereits groß angelegte 3D-Drucklabors eingerichtet, in denen sie patientenspezifische 3D-gedruckte orthopädische Zahnspangen und chirurgische Instrumente herstellen. Und vielleicht sehen wir bald eine Zukunft, in der Krankenhäuser 3D-gedruckte, patientenindividuelle medizinische Geräte direkt vor Ort in der Klinik herstellen.

„Wir hoffen, dass wir in Zukunft mit Hilfe der additiven Fertigung im Gesundheitswesen ein maßgeschneidertes Design für jeden Einzelnen erstellen können, um die Zeit im Krankenhaus zu verkürzen, die Genesungszeit zu verkürzen und die Lebensdauer des Implantats zu verlängern“, so Antesberger abschließend.

[1] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S266652392300096X

Mai 23, 2023 by Newsdesk

Der Einsatz von Überwachungslösungen während des Prozesses könnte den Umfang der nach der Produktion erforderlichen Inspektionen ersetzen oder zumindest verringern und das Vertrauen in die Fertigungsqualität erhöhen. Diese Art von Software-Innovation wird entscheidend dazu beitragen, AM zu einer voll industrialisierten Technologie zu machen.

Author: Mathieu Roche, Software Manager, AddUp

Es ist kein Wunder, dass AM in den letzten zehn Jahren einen derartigen Umbruch in der Fertigungsindustrie verursacht hat. Die Fähigkeit, komplexe Geometrien herzustellen, die mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht erreicht werden können, verbunden mit kurzen Fristen und oft zu geringeren Kosten, bietet viele Gründe, warum AM in einer Vielzahl von Branchen ganz oben auf der Agenda steht. Auf dem Weg zur Massenanwendung dieser Technologie gibt es jedoch eine Lücke: die Qualitätssicherung. Wenn ein Teil mit Hilfe von AM hergestellt wird, müssen viele Prüfungen nach der Produktion stattfinden, um die Konformität und die Einhaltung der geometrischen Toleranzen, den Grad der Porosität, die Erkennung von Fehlern und die Reproduzierbarkeit sicherzustellen. Die meisten dieser Prüfungen werden an Coupons und Mustern durchgeführt, die im Produktionslayout enthalten sind und unter den gleichen Bedingungen wie die Hauptteile hergestellt werden. Diese Proben werden dann auf Porosität, Ermüdung und viele andere Aspekte geprüft, um die Erwartungen des Auftraggebers zu erfüllen. Die Repräsentativität Ihres Hauptteils und die damit verbundene Qualität kann jedoch begrenzt sein, insbesondere wenn man die Verwendung von Multilaser-Produktion in Betracht zieht. Darüber hinaus sind diese Prüfungen oft teuer und langwierig, was sich auf die Durchlaufzeit und die Produktivität auswirken kann.

AM, und insbesondere PBF, eignet sich gut für den Einsatz von Überwachungslösungen während der Produktion. Bei einer durchschnittlichen Schichtdicke von 60 µm werden für eine typische Produktion etwa 3000 aufeinanderfolgende Schichten benötigt, bis sie abgeschlossen ist. Auf dem Papier scheint dies ein langsamerer Prozess im Vergleich zu konventionellen Herstellungsverfahren zu sein, aber zusätzlich zu all den bereits bekannten Vorteilen von AM, wie komplexe Geometrie, Vorlaufzeit … bieten die aufeinanderfolgenden Verschmelzungen dieser dünnen Materialschichten eine einzigartige Perspektive auf den Zustand d e s Teils während der Herstellung. Der Einsatz von Überwachungslösungen während des Prozesses könnte die Anzahl der erforderlichen Nachkontrollen ersetzen oder zumindest reduzieren und das Vertrauen in die Fertigungsqualität erhöhen. Diese Art von Software-Innovation wird entscheidend dazu beitragen, dass sich AM zu einer voll industrialisierten Technologie entwickelt.

AM ist eine ziemlich komplexe Technologie, die es zu beherrschen gilt, weil wir es mit verschiedenen Maßstäben zu tun haben: Wir müssen Millionen von Vektoren erzeugen, die kilometerlangen Flugbahnen entsprechen, die mit einer Geschwindigkeit von mehreren Metern pro Sekunde von einem „Stift“ mit dem Durchmesser eines Haares gezeichnet werden. Darüber hinaus müssen Dutzende von Komponenten wie die Plattform, der Laser und der Luftstrom für die Inertisierungsbedingungen zusammenwirken, um das Teil wie erwartet herzustellen. Aus diesen Gründen wäre ein einstufiger Ansatz für die Prozessüberwachung unzureichend, um das Niveau der Qualitätssicherung zu gewährleisten, das von einer voll industrialisierten Technologie verlangt wird. AddUp’s komplette Suite von Überwachungslösungen wurde entwickelt und gebaut, um das volle Potential von

die FormUp® 350 Powder Bed Fusion (PBF) Maschine. Das Herzstück der AddUp Überwachungsstrategie sind 3 Schlüsselelemente.

Die erste ist eine Makroansicht dessen, was in der Maschine vor sich geht. AddUp’s Die FormUp® 350 PBF-Maschine verfügt über Dutzende von Sensoren, die Daten in Echtzeit erfassen:

Sauerstoffgehalt, Luftfeuchtigkeit, Zustand der Laser, gemessene Kräfte in allen beweglichen Komponenten, Pulververbrauch, Gasfluss usw. In der Vergangenheit waren diese Datensätze unvollständig und wurden erst nach der Produktion konsolidiert, wodurch das Handlungspotenzial während der Produktion eingeschränkt wurde. Aber jetzt können sie in Echtzeit auf einer intuitiven Plattform visualisiert werden, genannt: AddUp Dashboards. Das Sammeln und Auswerten dieser Daten kann einen aussagekräftigen Hinweis auf die Qualität des Teils geben und bietet ein vollständiges Verständnis der Produktionsbedingungen.

Diese Lösung kann auch auf die unterschiedlichen Bedürfnisse der verschiedenen Fertigungsbereiche zugeschnitten werden. Das Wartungspersonal wird Drifts für bewegliche Komponenten verfolgen und Die Produktionsleiter werden die Auslastung ihrer Werkstätten verfolgen und sicherstellen, dass es zu keinen Engpässen oder Problemen in der Lieferkette kommt.

Unterbrechungen. Qualitätsexperten haben Zugriff auf einen Build-Bericht, der jedes einzelne Ereignis während der Produktion enthält, wobei automatisch ein OK / INCOMPLETE / FLAG-Status generiert wird. Und schließlich haben die Prozessexperten die volle Kontrolle über Dutzende von Variablen, mit fortschrittlichen Funktionen für Querverweise auf wichtige Prozessparameter oder KPPs. Es ist wichtig zu erwähnen, dass all diese Daten dank des AddUp GUID-Systems, das die Konformität der Produktionsdatei von Anfang bis Ende verfolgt, den höchsten Rückverfolgbarkeitsstandards entsprechen.

Doch all dies ist nur der erste Schritt.

Der nächste Schritt ist die Analyse der Ausführung der Produktion, aber auf mikroskopischer Ebene. AddUp misst KPPs mit einer sehr hohen Frequenz: die physische Position des Laserspots, die tatsächlich vom Laser gelieferte Leistung und die Emissivität des Schmelzbads. Meltpool Monitoring ermöglicht die Charakterisierung von Defekten, ohne das Bauteil zu zerstören, was insbesondere für einzigartige Einzelanfertigungen nützlich ist. Die Datenmenge, die mit dieser Überwachungslösung erzeugt wird, kann sehr groß sein, deshalb bietet AddUp eine Reihe von PNG-Dateien an, ein leichteres und einfacher zu lesendes Format als Rohdaten, die in AddUp Manager, der CAM-Lösung für FormUp, visualisiert werden können. Diese Visualisierungen werden in Echtzeit nach jeder nachfolgenden Schicht bereitgestellt. Diese Bilder werden automatisch neu positioniert und mit der nominalen Scanstrategie überlagert, was einen Vergleich mit den erwarteten Trajektorien ermöglicht. Bei der Massenproduktion kann diese Art der Überwachung dazu verwendet werden, einen Referenz-Fingerabdruck zu erstellen, der als Vergleichspunkt für zukünftige Produktionsaufbauten verwendet werden kann.

Meltpool Visuelle Daten

Das letzte Schlüsselelement in der AddUp Monitoring Suite ist die Analyse der Qualität der Beschichtung. Die innovative Technologie von AddUp (Recoat Monitoring) korrigiert proaktiv Fehler während der Produktion. Dieses Element wurde entwickelt, um die Produktivität der Teile zu verbessern. Wie bereits erläutert, basiert AM auf der Erzeugung von mehreren tausend aufeinanderfolgenden Schichten. Wenn die Qualität des Pulverbettes aufgrund einer Vielzahl von Problemen unter den Standards liegt, kann es nach einigen Stunden der Produktion zu einem Ausfall des Bauteils kommen. Die Auswirkungen können dramatisch sein. Das AddUp Recoat Monitoring System prüft nicht nur die Homogenität des Pulverbettes und zeigt mögliche Ablagerungen oder Pulvermangel auf, sondern löst bei Bedarf auch eine Korrektursequenz aus, die sicherstellt, dass das Pulverbett schön und glatt ist, bevor der Schmelzvorgang fortgesetzt wird. Diese Wiederbeschichtungskorrekturen werden vollständig nachverfolgt und in AddUp Dashboards und in jedem Bauteil-Bauprotokoll ausgewiesen.

Die Kombination dieser drei Schlüsselelemente wird die Akzeptanz der Technologie beschleunigen, da sie nicht nur das Vertrauen in die Qualität fehlerfreier Teile bei Kleinserienanwendungen, sondern auch bei der Massenproduktion von AM-Teilen stärkt.

AddUp Dashboards

März 16, 2023 by Newsdesk

Die Partnerschaft zwischen AddUp und Zeda wird Schlüsselindustrien wie der Luft- und Raumfahrt und der Medizintechnik zugutekommen. Mit der Expertise von Zeda im Bereich der additiven Fertigung (AM) und dem fortschrittlichen Drucksystem FormUp350 von AddUp haben die Kunden Zugang zu erweiterten Möglichkeiten, reduzierten Kosten und verbesserter Fertigungseffizienz.

Nach der Nachricht über den großen Einsatz von FormUp 350 Pulverbettfusionsmaschinen bei Zeda wollten wir uns mit dem CEO von AddUp, Rush LaSelle, zusammensetzen, um zu erfahren, was diese Partnerschaft für AddUp, Zeda und die Schlüsselindustrien für die Zukunft bedeutet.

Wer ist Zeda?

Zeda ist ein führender Anbieter von Technologielösungen mit dem Ziel, das Leben der Menschen durch Investitionen in Spitzentechnologien, innovative Unternehmen und bahnbrechende Ideen zu verbessern. Das Fundament des Unternehmens vereint Fachwissen aus verschiedenen Branchen, darunter AM, Nanotechnologie, Präzisionsfertigung und die Förderung neuer Ideen. Greg Morris und das ZEDA-Team bringen die Erfahrung mit, dass sie die ersten waren, die Metalladditive, insbesondere Laser Powder Bed Fusion (LPBF), eingesetzt haben, um die Art und Weise zu revolutionieren, wie Flugzeugantriebssysteme heute konstruiert und gewartet werden. Die Gründerteams haben den Einsatz der additiven Verfahren erweitert, um eine wachsende Zahl von Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt zu erschließen und die Qualifizierung medizinischer Geräte zu beschleunigen, was zu besseren Behandlungsergebnissen führt.

Welche Schlüsselindustrien werden von dieser Partnerschaft profitieren?

Die wichtigsten Branchen sind die Luft- und Raumfahrt sowie die Medizintechnik. Einem Bericht von Research and Markets zufolge wurde der AM-Markt in der Medizinbranche im Jahr 2020 auf 1,5 Mrd. USD geschätzt und wird bis 2025 voraussichtlich 3,7 Mrd. USD erreichen, bei einer CAGR von 20,5 %. Der weltweite Markt für AM in der Luft- und Raumfahrt wurde auf 0,9 Mrd. USD geschätzt und soll bis 2026 3,3 Mrd. USD erreichen, mit einer CAGR von 21,6 %, so der gleiche Bericht. Angesichts dieser Branchenentwicklung und des prognostizierten Marktwachstums freuen wir uns über unsere Partnerschaft mit Zeda, einem Unternehmen, das sich auf diese Bereiche spezialisiert hat.

Wie wird AddUp durch die Partnerschaft mit Zeda dazu beitragen, das Wachstum von AM in den Bereichen Medizin und Luft- und Raumfahrt zu fördern?

Für Zeda-Kunden bedeutet die Ergänzung ihrer stabilen additiven Anlagen durch das AddUp FormUp350-Drucksystem eine Erweiterung ihrer Möglichkeiten und eine Senkung der Kosten für die Herstellung von Metallkomponenten. Erste Anwendungen werden sich auf die Verwendung von Titan, Inconel, Aluminium und Edelstahl konzentrieren. Durch den Einsatz der vier Laser des FormUp 350, der neuartigen Wiederbeschichtungsstrategie und der Überwachungssysteme wird die Bearbeitungszeit während des Drucks verkürzt, die Feinheiten und inneren Kanäle verbessert und gleichzeitig eine branchenführende Oberflächengüte erzielt. Diese Vorteile verringern den Bedarf an Stützstrukturen und reduzieren die Kosten und den Zeitaufwand für die Nachbearbeitung. Diese Eigenschaften zusammen führen zu einem effizienteren Prozess für die Herstellung von AM-Teilen für die Kunden von Zeda.

Unser Engagement für eine sicherere, sauberere und effizientere Fertigung bildet die Grundlage für die Verwirklichung von Designfreiheit und beschleunigten Markteinführungszeiten mit echter industrieller Konformität. AddUp ist bestrebt, positive Fertigungsergebnisse mit bewährten additiven Metalltechnologien zu liefern, die durch die kompromisslose Qualität, die von den Fabrikhallen, auf denen unser Unternehmen aufgebaut ist, gefordert wird, geschmiedet werden.

Was bedeutet diese Partnerschaft für die Kunden von AddUp?

Für AddUp-Kunden bedeutet die Partnerschaft nicht nur den sofortigen Zugang zu qualifizierten FormUp-Druckern für die Medizintechnik (13485) und die Luft- und Raumfahrt (AS9100) innerhalb der 75.000 Quadratfuß großen Produktionsfläche von Zeda in Cincinnati, OH, sondern auch eine breite Palette von Prozessen, die den Druckprozess umschließen. Dazu gehören: Designunterstützung, Simulation, Reinigung, Nachbearbeitung, Wärmebehandlung sowie die erforderlichen Qualitätssysteme und Rückverfolgbarkeit für die anspruchsvollsten Anwendungen. Dank der erfolgreichen E r f o l g s b i l a n z von Zeda bei der Belieferung regulierter Märkte und der weltweit größten Kunden aus der Luft- und Raumfahrt sowie der Medizintechnik können Unternehmen darauf vertrauen, dass sie schnell und kosteneffizient auf den Markt kommen.

Greg Morris, CTO von ZEDA und Rush LaSelle, CEO von AddUp, stehen neben einem FormUp350-System in der 75.000 Quadratmeter großen Anlage von ZEDA in Cincinnati, OH.

Februar 16, 2023 by Newsdesk

Für die medizinische Industrie, die chirurgische Implantate im 3D-Metalldruck herstellen möchte, gibt es viele Kriterien zu beachten: Qualität, Sicherheit, Produktivität und Rückverfolgbarkeit. Lesen Sie diesen Blog, um mehr über den Einsatz von AM in der Medizinbranche zu erfahren.

Qualität, Sicherheit, Produktivität, Rückverfolgbarkeit… Für die medizinische Industrie, die chirurgische Implantate mittels Metall-3D-Druck herstellen möchte, gibt es viele Kriterien zu berücksichtigen. In diesem Bereich hat die FormUp® 350 Maschine von AddUp viele Vorteile zu bieten.

Der Markt für chirurgische Implantate und patientenspezifische Lösungen befindet sich in einem tiefgreifenden Wandel. Die Hersteller in diesem Sektor sind bestrebt, den Ärzten effizientere und individuellere Geräte zu für die Patienten akzeptablen Kosten zu liefern und gleichzeitig die besonders strengen Zertifizierungsanforderungen zu erfüllen. D i e neuen Generationen von 3D-Druckern erreichen ein hohes Produktivitäts- und Qualitätsniveau und können Teile aus biokompatiblen Materialien wie Titan herstellen. Die neuen und verbesserten Drucker ermöglichen es den Implantatherstellern, für viele Anwendungen die Umstellung auf die additive Fertigung von Metallen zu erwägen.

3D-gedruckte Implantate

Chirurgische Implantate sind Medizinprodukte, die sich speziell an den Knochen und das Gewebe anpassen

Morphologie des jeweiligen Patienten. Darüber hinaus müssen ihre Oberflächen so beschaffen sein, dass sie sich in die Knochenstruktur des Patienten integrieren; dies wird als Osseointegration bezeichnet und bezieht sich auf die Fähigkeit des Implantats, den festen und dauerhaften Wiederaufbau des Knochens zu fördern. Aus all diesen Gründen s i n d Implantate, die mit herkömmlichen Techniken wie der maschinellen Bearbeitung hergestellt werden, sehr teuer. Bei maßgeschneiderten Implantaten müssen die Hersteller nämlich zahlreiche Varianten jedes Modells mit den entsprechenden Werkzeugen für jede einzelne Geometrie bereitstellen. Darüber hinaus werden Oberflächen, die die Rekonstruktion von organischem Gewebe fördern, durch zusätzliche Oberflächenbehandlungen erzielt, die sowohl zeitaufwändig als auch schwierig zu realisieren sind.

Der 3D-Druck von Metall eignet sich hingegen besonders gut für die Herstellung komplexer und kundenspezifischer Teile. Aus diesem Grund sind die Hersteller von Medizinprodukten seit ihrem Erscheinen Anfang der 2000er Jahre an dieser Technologie interessiert. Die ersten Anwendungen kamen aus mehreren Gründen nur langsam in Gang. Erstens wurden von den medizinischen Zulassungsbehörden drastische Auflagen in Bezug auf Sicherheit und Qualität gemacht. Zweitens erlaubten die Produktivität und die Wiederholbarkeit der Maschinen den Herstellern nicht, ihre Investitionen rentabel zu machen. In den letzten Jahren haben sich jedoch dank der Fortschritte der Hersteller von 3D-Metalldruckmaschinen die Anwendungen vervielfacht, und die Technologie verbreitet sich rasch in der gesamten Branche.

WIRBELSÄULENIMPLANTATE

Was ist eine Maschine für den medizinischen Bereich?

Die FormUp® 350 Maschine bietet zahlreiche Vorteile, um die Erwartungen der Hersteller chirurgischer Implantate zu erfüllen. Diese 3D-Maschine, die von AddUp, einem von den französischen Konzernen Michelin und Fives gegründeten Unternehmen, entwickelt und hergestellt wird, verwendet eine Technologie namens Laser Powder Bed Fusion (L-PBF). Dieses Verfahren eignet sich besonders gut für die Herstellung komplexer, maßgeschneiderter Metallteile mit hohen mechanischen Eigenschaften. Es ist auch eine der ausgereiftesten Technologien auf dem 3D-Druckmarkt für Metall. Mehrere Hersteller, darunter auch AddUp, bieten Rezepte für die Verwendung biokompatibler Materialien an. Im Bereich der medizinischen Implantate ist das gängigste dieser Materialien eine Titanlegierung namens Ti6Al-4V ELI, auch als Titan Grad 23 bezeichnet.

Die L-PBF-Maschine von AddUp, die FormUp® 350, unterscheidet sich in den folgenden Punkten wesentlich von den auf dem Markt befindlichen Maschinen:

Verwendung von mittlerem oder feinem Pulver. Die Flexibilität bei der Verwendung von Metallpulvern mit einer kleinen Partikelgröße (weniger als 25 Mikrometer) ermöglicht es der Maschine, Teile mit Oberflächen von geringer Rauheit, feinen Details und „gitterartigen“ Merkmalen herzustellen, die die Osseointegration fördern.
Die Möglichkeit, eine Vielzahl von Pulverstreuvorrichtungen, einschließlich der Walzenvorrichtung, zu verwenden. Die Walzenvorrichtung erzeugt ein hochdichtes Pulverbett, das für die Herstellung von freitragenden Teilen geeignet ist, was die Kosten für d i e Nachbearbeitung erheblich reduziert. Der Walzenrückstreuer bietet diesen Vorteil sowohl bei feinen als auch bei mittleren Pulvergrößen.
Sicherheit ist für AddUp von größter Bedeutung. Titanlegierungen in Pulverform stellen ein Risiko sowohl für die Anlagen als auch für die Bediener dar. Dieses Risiko wird durch den FormUp® 350 gemindert, da sich das Pulver immer in einer inerten Umgebung befindet. Der FormUp® 350 ist die einzige Maschine auf dem Markt, die die Zufuhr und das Recycling des Pulvers ohne Kontakt mit der Umgebungsluft ermöglicht. Dadurch wird das Risiko einer Exposition des Anwenders vermieden, während gleichzeitig und durchgängig Teile hergestellt werden, die die Industrienormen erfüllen oder übertreffen.

Über diese Eigenschaften hinaus übertrifft die LPBF-Maschine von AddUp die Anforderungen der Industrie und die Erwartungen der OEMs in Bezug auf Produktivität, Qualität, Wiederholbarkeit und Rückverfolgbarkeit.

Produktivitätskriterien

Die FormUp® 350 Maschine wurde auf der Grundlage des frühen Einsatzes der additiven Fertigung von Metall bei Michelin entwickelt. Die Herausforderung bestand nicht in der Technologie, sondern vielmehr in der Konsistenz und dem Durchsatz in einem anspruchsvollen Fertigungsumfeld. Die FormUp® 350 Maschine wurde von einem Hersteller für Hersteller entwickelt und auf eine hohe Produktivität abgestimmt. Ein Beispiel dafür ist die Verwendung von großen Bauplatten (350 x 350 mm) mit einem Schnelllade- und Nivelliersystem, das jeglichen Verlust an Nutzfläche vermeidet. Außerdem werden vier 500-Watt-Laser eingesetzt, von denen jeder die gesamte Fläche der Bauplatte abdecken kann. Der Vorteil für den Anwender ist eine große Flexibilität bei d e r Platzierung der Teile auf der Plattform und bei der Zuordnung der Laser (ein oder mehrere je nach Bedarf) zu den zu fertigenden Teilen.

Der FormUp® 350 maximiert den Teil des 3D-Druckprozesses, in dem die Laser brennen und Material zu den Teilen hinzufügen, was in einer Produktionsumgebung von Vorteil ist. Der gesamte Prozess ist so konzipiert, dass die Stillstandszeiten vor dem Bau, während des Baus und in den Nachbearbeitungsschritten optimiert werden. Die Einrichtung der Bauplatte wird durch die automatische Nivellierung und Referenzierung der Bauplatte rationalisiert. Auch die Inertisierungszeiten sind kurz. Der

Sauerstoffgehalt erreicht innerhalb von 15 Minuten 500 ppm. Während des Aufbaus selbst ist das bidirektionale Pulverauftragesystem 40 % schneller als die herkömmliche Methode. Jeder der vier Laser arbeitet im Einklang über den gesamten Baubereich, um das Material so effizient wie möglich zu schmelzen. Nach Abschluss des Bauprozesses setzt das aktive Kühlsystem ein, um die erhitzte Plattform auf eine angemessene Temperatur zu bringen. Diese Kühlung ermöglicht e i n e n früheren Beginn der Pulverabsaugung, die in der Inertkammer durch eine Glovebox erfolgt. Ein zusätzlicher Vorteil ist die Möglichkeit, dem System neues Pulver zuzuführen, und die Beschaffung von Pulverproben kann ohne Produktionsunterbrechung erfolgen.

Qualitätskriterien

Die AddUp-Plattform verfügt über mehrere Lösungen zur Gewährleistung qualitativ hochwertiger Produktionsteile, wobei weitere Technologien in der Entwicklung sind. Zu den derzeit verfügbaren Produktionsfunktionen gehören aktive Überwachungssysteme und das Qualitätskontrollsystem für die Wiederbeschichtung. Diese arbeiten zusammen, um den Oberflächenzustand des Pulverbettes in Echtzeit zu analysieren. Eigenentwickelte Algorithmen vergeben für jede neue Pulverschicht eine Qualitätsnote. Sobald ein Fehler festgestellt wird, zum Beispiel eine unerwünschte Ablagerung oder ein Mangel an Pulver, kann das System sofort einen neuen Pulverauftragszyklus starten. Diese Lösung wirkt sich nicht auf die Produktivität aus, da die Analyse in wenigen Zehntelsekunden durchgeführt wird. Vor allem aber wird verhindert, dass eine ganze Charge von Teilen verschrottet wird, wie es der Fall ist, wenn nach dem Druck Fehler in der Wiederbeschichtung festgestellt werden. Jede von der Maschine ausgelöste Korrekturmaßnahme wird nachverfolgt und in dem vom System nach der Produktion erstellten Druckbericht erwähnt.

Weitere aktive Technologien sind das Rauchabzugssystem, das dank eines automatischen Filterreinigungssystems mögliche Abwanderungen aufgrund von Filterverstopfungen vermeidet, und die Cross-Jet-Vorrichtung, die die konstante Sauberkeit der Laserfenster während der Produktion gewährleistet.

AddUp bietet auch eine In-situ-Lösung zur Verfolgung des Schmelzvorgangs während des gesamten Fertigungsprozesses. Das „Melt Pool Monitoring“ genannte System misst drei wesentliche Parameter des Herstellungsprozesses: die Variation der Laserposition, die Variation der vom Laser gelieferten Leistung und die Temperatur des Schmelzbades. All diese Daten werden während des Druckvorgangs kontinuierlich erfasst und anschließend auf den CAD-Modellen der Teile abgebildet und überlagert. Auf diese Weise können mögliche Fehler nicht nur erkannt, sondern auch mit großer Präzision lokalisiert werden. Die Lage einer Pore oder eines Defekts kann berücksichtigt werden, um einen Bereich von Interesse für eine zerstörungsfreie Bewertung auszuwählen. Mit diesem Werkzeug können auch Defekte an Stützstrukturen erkannt werden, die oft akzeptabel sind. Auf diese Weise kann die Schmelzbadüberwachung die Kosten und die Vorlaufzeit für die Nachprüfung reduzieren.

Überwachung der Wiederbeschichtung

Kriterien für die Wiederholbarkeit

Die Hersteller von Medizinprodukten sind bei der Zertifizierung ihrer Anwendungen mit strengen Auflagen konfrontiert. Die Zertifizierungsverfahren sind schwierig zu erlangen und verlangen von den Herstellern die Kontrolle aller Herstellungsparameter: Sie müssen nachweisen, dass das Verfahren konforme Teile liefern kann und dass die Qualität während der gesamten laufenden und künftigen Produktion aufrechterhalten wird.

Zu den Technologien, die in das FormUp® 350 eingebettet sind und zur Wiederholbarkeit beitragen, gehören die 3-Achsen-Laserscansysteme. Im Gegensatz zu passiven Systemen, die das Die 3-Achsen-Systeme sind in der Lage, die Brennweite des Laserstrahls dynamisch anzupassen, um eine homogene Fokussierungsqualität und Strahlform an jedem Punkt der Plattform und damit eine einheitliche Fusionsqualität unabhängig von der Position des Teils auf der Bauplatte zu gewährleisten.

Ein weiteres Problem der Wiederholbarkeit ist das Pulver selbst. Auf der AddUp-Plattform sorgt das Pulvermanagementmodul dafür, dass das Pulver systematisch gesiebt und getrocknet wird, bevor es in die Herstellungskammer gelangt, und vermeidet so die Schwankungen der Pulvereigenschaften, die auftreten können, wenn das Pulver gelagert und durch verschiedene Behälter transportiert wird. Das Modul behandelt das Pulver immer in einer inerten Umgebung, wodurch auch die Sauerstoffaufnahme reduziert wird.

Schließlich ist der Walzenüberzieher des FormUp® 350 ein robusteres Streugerät als eine herkömmliche harte Klinge oder ein Abstreifer. Dies bedeutet flachere, gleichmäßigere Formen des Pulverbettes von einem Produktionslauf zum nächsten.

Rückverfolgbarkeitskriterien

Sobald die Zertifizierungsbehörden die Qualifikation einer Anwendung genehmigt haben, müssen die Implantathersteller Systeme einführen, die eine lückenlose Rückverfolgbarkeit aller produzierten Teile gewährleisten. Der PBF-Prozess ist komplex, mit vielen Einflussgrößen, die die Qualität der Teile steuern.

Um den Herstellern zu helfen, alle Produktionsparameter zu überwachen, bietet AddUp Dashboards eine Echtzeitlösung für die gesamte Datenproduktion und -visualisierung. Mehr als 80 Parameter werden verfolgt, mit Zeitstempel versehen und ohne Zeitlimit in einer Datenbank gespeichert.

Die Benutzer können dann benutzerdefinierte Dashboards erstellen, entweder zur Maschinenüberwachung, zur Erkennung von Wartungsproblemen oder zur Analyse von Produktionsrisiken. Sie können auch verschiedene identische Produktionen vergleichen, um Unterschiede zwischen ihnen zu erkennen.

Im Gegensatz zu anderen Systemen bietet AddUp Dashboards auch Zugriff auf den spezifischen Bezeichner der Projektdatei, den GUID (für Globally Unique IDentifier). Dieses 128-Bit-Etikett, das für jeden Bauauftrag erstellt wird, ändert sich automatisch bei Projektbearbeitungen. Dadurch werden Bedenken hinsichtlich der Rückverfolgbarkeit im Qualitätsprozess reduziert, wenn nicht gar beseitigt. Diese Maschinen wurden von Anfang an für ein hohes Maß an Produktivität und Qualität konzipiert, aber sie wurden im Laufe der Jahre auch verbessert. Jede Maschinen- und Softwaregeneration behebt frühere Probleme bei jedem Schritt im additiven Fertigungsprozess. Dank der in ihren Werkstätten gesammelten Erfahrungen nutzen die AddUp-Experten ihre Maschinen, um ihren Kunden neben der Maschinenlieferung auch Dienstleistungen im Bereich der Teilefertigung anzubieten. Heute wird die FormUp® 350 von einem der weltweit führenden Implantathersteller eingesetzt, der sich mit der FormUp® 350 verfügt über Produktionsstätten in Europa und den Vereinigten Staaten und führt e i n e qualifizierte und großtechnische Produktion durch.

Alles in allem hat die FormUp® 350 Plattform die Erfahrung der Michelin Gruppe geerbt. Die Maschine wurde viele Jahre lang in realen Produktionsumgebungen getestet. Die Massenproduktion von Reifenformteilen mit globalen Effizienzanforderungen ist ein solider Stammbaum, der nun auf den medizinischen Sektor übertragen wird. Die Qualitätssysteme und Produktionserwartungen für die Michelin-Fertigung und die medizinische Fertigung sind nahezu identisch. Da der Schwerpunkt auf Qualität, Konsistenz, Sicherheit, Produktivität und Wiederholbarkeit liegt, lässt sich diese Plattform problemlos auf andere Branchen übertragen.

Michelin Sipes – Anwendungen

Oktober 6, 2022 by Newsdesk

Februar 2017: Unter den vielen Themen der europäischen Cleansky2-Aufforderung zur Einreichung von Projekten erregt eines die Aufmerksamkeit vieler Einrichtungen, Unternehmen und Labors. Das von Liebherr Aerospace vorgeschlagene Projekt befasst sich mit der Bewertung von Verbesserungen bei Wärmetauschern der neuen Generation durch additive Fertigung.

Mit zehn Jahren Erfahrung in der additiven Fertigung komplexer Produkte, insbesondere von Wärmetauschern, gründete SOGECLAIR Aerospace ein Konsortium, um dieses Projekt in Angriff zu nehmen. SOGECLAIR ist ein Hightech-Ingenieurunternehmen im Bereich der Luftfahrt. Es leitet das Konsortium, das sich aus AddUp, TEMISTh und dem Von Karman-Institut für Strömungsmechanik (VKI) zusammensetzt. AddUp ist ein französisches Industrieunternehmen, das sich auf die additive Fertigung von Metallen spezialisiert hat, TEMISTh ist ein französischer Entwickler und Anbieter von maßgeschneiderten thermischen Lösungen, und das VKI ist ein belgisches Labor für Strömungsmechanik.

SOGECLAIR’s consortium is working on project NATHENA, an acronym for New Additive manufacTuring Heat ExchaNger for Aeronautic. The project will last for four years with a total budget of €1.5M and will be 100% funded by the European Commission. Start date: March 2018.

CAD eines einzelnen Durchflusskanals und Schnittstellen zum Prüfstand

Das Konsortium von SOGECLAIR arbeitet am Projekt NATHENA, ein Akronym für New Additive manufacTuring Heat ExchaNger for Aeronautic. Das Projekt hat eine Laufzeit von vier Jahren und ein Gesamtbudget von 1,5 Mio. € und wird zu 100 % von der Europäischen Kommission finanziert. Starttermin: März 2018.

Einströmiger Aluminium 3D-gedruckter Kanal

Ziel ist es, zwei innovative Wärmetauscher für die Luftfahrtindustrie zu entwickeln. Bei dem ersten handelt es sich um einen „Vorkühler“, der die Vorkühlung von heißer Luft ermöglicht, die direkt aus den Turbotriebwerken eines Verkehrsflugzeugs entnommen wird. Er wird aus Inconel 718 gefertigt, da dieser Werkstoff sehr hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Bei der zweiten Anlage handelt es sich um einen „Kühler“, der in der Klimatisierungskette des Flugzeugs nachgeschaltet ist und eine erneute Kühlung der Luft zur späteren Verwendung ermöglicht. Er wird aus Aluminium AlSi7Mg g e f e r t i g t , das in dem Temperaturbereich, in dem es sich befindet, gut funktioniert. Das Projekt zielt darauf ab, Wärmetauscher zu entwickeln, die ebenso effizient sind wie die mit herkömmlichen Methoden hergestellten, aber weniger Masse und Volumen aufweisen.

CFD-Simulation eines einzelnen Strömungskanals

Der erste Schritt des NATHENA-Projekts besteht darin, den Stand d e r Technik von Wärmetauschern unter dem Gesichtspunkt der Konstruktion zu ermitteln, numerische Simulation, Optimierung, Prüfstandsversuche und die damit verbundenen Fertigungstechniken. Diese Arbeit ermöglicht es uns, eine solide Datenbasis aufzubauen, ein strukturierendes Element, um die architektonischen Entscheidungen und die geometrischen Parameter der zukünftigen Intensivierungsstrukturen, die im Rahmen des Projekts entwickelt und charakterisiert werden, zu lenken und zu verfeinern. Diese Strukturen ermöglichen eine Steigerung des Wärmeaustauschs durch Vergrößerung der Austauschfläche.

Instrumentierter einzelner Durchflusskanal

Die ersten technischen Studien führten zur gemeinsamen Bildung des ersten CAD-Teams (Computer Aided Design) für neue Intensivierungsstrukturen. Zur Auswahl Ziel ist es, die vielversprechendsten Geometrien auszuwählen und ihre Leistung unter Berücksichtigung der Herstellung, der mechanischen, strömungstechnischen und thermischen Aspekte abzuschätzen. Diese werden dann in die standardisierten Testkanäle des Projekts integriert, die in Inconel und Aluminium auf einer AddUp-Maschine, der FormUp® 350, gedruckt werden.

In jedem Material werden weniger als zehn Kanäle gedruckt, ein Kanal pro Verstärkungsstruktur. Diese Kanäle sind dann auf einem Prüfstand thermisch getestet und die experimentellen Ergebnisse mit numerischen CFD- Simulationen verglichen (Computational Fluid Dynamics). Das Prinzip: Am Eingang der Kanäle wird Luft mit Raumtemperatur eingeleitet, während die Wärmetauscher durch einen an einer ihrer Wände angebrachten elektrischen Flachwiderstand beheizt werden.

Mehrere Sensoren messen dann den Druck, die Temperatur und die Geschwindigkeit des Gases an verschiedenen Positionen in den Kanälen. Diese Messungen werden dann verwendet, um die Gültigkeit der numerischen Simulationsmodelle zu bestätigen und die Leistung der verschiedenen Strukturen zu vergleichen.

Durch Simulation und Tests gewinnt das Konsortium ein besseres Verständnis der Strömungen und Wärmeübergänge in verschiedenen Strukturen, die durch additive Fertigung hergestellt werden. Auch die Herstellbarkeit solcher Geometrien mit vielen dünnen Wänden wird bewertet. Diese ersten sehr ermutigenden Ergebnisse ermöglichen es uns, die effizienteste Wärmetauscherarchitektur zu skizzieren, die den besten Kompromiss zwischen Herstellbarkeit, mechanischer Festigkeit, thermischer Leistung und Fluidleistung bietet. Alle diese Ergebnisse bauen auf der bereits bestehenden Datenbank auf.

Ergebnisse von Einzelströmungskanaltests und Vergleich mit Simulationen für eine der Aluminiumproben – links: lineare Druckentwicklung, rechts: Wärmeübergangskoeffizient

Diese erste Studie zu den repräsentativen Kanälen bildet den Auftakt zu einer Reihe ähnlicher Tests mit zwei heißen und kalten Flüssigkeiten. Ziel ist es, die Leistung d e r gewählten Geometrie in einem Miniaturwärmetauscher zu charakterisieren, bei dem die Wärmequelle nicht mehr ein elektrischer Widerstand, sondern ein heißer Luftstrom ist. Die Kanäle werden hier in einer gekreuzten Konfiguration angeordnet sein.

Es werden drei Zweiflüssigkeitskanäle gedruckt: zwei aus Inconel und einer aus Aluminium, für die die parametrischen Verstärkungsstrukturen berechnet und entsprechend den Luftstromeigenschaften angepasst werden. Die Herstellung einer sehr großen Anzahl dünnwandiger Rippen (mehrere Tausend) mit den damit verbundenen Anforderungen an Druckqualität, Entwachsung und Endbearbeitung ist eine echte Herausforderung. Die Kanäle werden anschließend auf einem Prüfstand charakterisiert, was wiederum eine Korrelation zwischen experimentellen Tests und numerischen Simulationen ermöglicht.

Dank einer Homogenisierungsmethode h a b e n diese thermo- fluidischen Charakterisierungen die Herstellung von Metamaterialien („Equivalent Porous Media“ oder EPM mit äquivalenten Volumeneigenschaften), die die numerischen Simulationen vereinfachen, die Modelle vereinfachen und die Berechnungszeit verringern. Korrelationen zwischen numerischen Simulationen und Zugversuchen an Proben, die ebenfalls aus Inconel 718 und Aluminium AlSi7Mg hergestellt wurden, ermöglichen es uns, diese mechanischen Metamaterialien zu verfeinern. Ein Wärmetauscher ist in der Tat ein System mit zahlreichen kleinen und komplexen Geometrien in einem großen Volumen. Ihre numerische Simulation kann sehr rechenintensiv sein, wenn solche Techniken nicht eingesetzt werden.

Schematische Darstellung des Doppelstromprüfstandes

Der nächste Schritt ist die Integration der effizientesten Verstärkungsstruktur in zwei größere Prototypen von Wärmetauschern (einer aus AlSi7Mg und einer aus Inconel 718). Wie im vorangegangenen Schritt besteht das Ziel darin, die Leistung zu verbessern und die Ergebnisse zwischen numerischen Simulationen und Experimenten auf dem Prüfstand besser zu korrelieren. Ziel ist es, so viele Daten wie möglich zu sammeln und das Wissen über die additive Fertigung komplexer thermischer Anlagen zu erweitern.

3D-Drucksimulation Deionepspelstromkanal

Kontrolltomographie eines doppelflutigen Kanals

CAD des Prototyps eines Wärmetauschers und gedruckter Prototyp aus AlSi7Mg

All diese Simulationen und Experimente haben es uns ermöglicht, die Leistung der gewählten Verstärkungsstruktur und die interne Architektur genau zu bestimmen. Die beiden endgültigen Wärmetauscher wurden so entworfen, dass sie den Spezifikationen von Liebherr Aerospace e n t s p r a c h e n . A n g e s i c h t s d e r Größe der Entwürfe und der sehr hohen Anzahl integrierter Verstärkungsstrukturen (mehr als eine Million) mussten neue Werkzeuge und innovative Methoden eingesetzt werden, um ihr CAD zu realisieren. Die beim Test des Aluminium-Prototyps gewonnenen Daten wurden auch dazu verwendet, die theoretische Leistung des endgültigen Wärmetauschers zu simulieren und ein erstes CAD-Modell des gesamten Teils zu erstellen, dessen Volumen 12 gedruckten Prototypzellen entspricht (siehe unten).

Um die Leistungsanforderungen des endgültigen Teils zu erfüllen, wurde eine gezielte Studie durchgeführt, die auf den ursprünglichen Daten von AddUp basierte und an die spezifischen Bedürfnisse dieses Projekts angepasst wurde. Die vom Konsortium formulierten Spezifikationen enthalten 3 Hauptpunkte:

Dünne wasserdichte Wände in IN718 (zwischen 100 und 300µm)
Produktivitätssteigerung
Oberflächengüte der Rippen und Kanäle <6µm

Illustration von rohen dünnen Wänden (Ra<6µm)

Um den Zwängen dieser Entwicklung gerecht zu werden, verwendet AddUp die neueste Maschinengeneration (FormUp 350 – New Generation), die es ermöglicht, die Einsatz von 4 Lasern sowie verbesserten Überwachungs- und Verfolgungssystemen (Sensorüberwachung, Wiederbeschichtungssteuerung, …). A n h a n d dieser Daten und der Ergebnisse experimenteller Messungen konnten ein Betriebsbereich und eine Reihe stabiler Fertigungsparameter festgelegt werden.

CAD und Prototyp eines in IN718 gedruckten Wärmetauschers

Der komplette Wärmetauscher wurde mit einer Fertigungsstrategie hergestellt, die den gleichzeitigen Einsatz von vier Lasern ermöglichte, um die Produktivität der Laser-Pulverbett-Fusionstechnologie zu erhöhen. Ermöglicht wurde diese Leistung durch die vorherige Validierung der verschiedenen Schlüsseleigenschaften des Teils (mechanisch, thermisch, maßlich). Wie der Aluminium-Wärmetauscher wurde auch der Inconel-Wärmetauscher auf einem Prüfstand getestet, um die ersten für Aluminium erstellten Modelle zu bewerten und zu validieren. Diese Experimente ermöglichten es uns, die Auswirkungen der Rauheit zu untersuchen und hervorzuheben, aber auch, um die ersten bei den Simulationen verwendeten Verhaltensmodelle zu validieren.

Illustration des thermischen Prüfstands (VKI)

Die rauheitsbedingte Abweichung wird in den von Temisth durchgeführten Wärmestromsimulationen berücksichtigt. Die Berechnungen zeigen eine Temperaturverteilung, die mit den Daten der realen Messungen übereinstimmt und die ersten verwendeten Modelle bestätigt.

Darstellung der simulierten Temperaturfelder auf der kalten Seite (links) und der warmen Seite (rechts) _ Temisth

Experimentelle Ergebnisse auf dem Prüfstand – IVK

Die Größe und die Details des endgültigen kompletten Wärmetauschers (670x450x320mm) aus Inconel 718 aus den Schlussfolgerungen der Studie zeigen die Möglichkeit der Integration der additiven Fertigung für die Realisierung von Wärmetauschern mit Leistungen, die mindestens denen der aktuellen Wärmetauscher entsprechen.

Endgültiger Wärmetauscher aus Inconel 718

Überwundene technologische Hürden im Rahmen des Projekts :

Ausstatten
Fertigungsstrategie für dünne Wände Fertigungsstrategie zur Reduzierung der
Oberflächenrauhigkeit Erzeugung eines hohen Luftstroms bei -15°C
Abbildung der Temperaturmessung
Korrelation zwischen Simulationen und experimentellen Messungen Berechnungen auf der Grundlage von experimentellen Messungen zur Vorhersage der aerothermischen Leistung von hergestellten Wärmetauschern
Verwaltung von großen Dateien
CAD-Methodik angepasst an komplexe Strukturen Berechnungsmethodik angepasst an komplexe Strukturen
Die Fertigungsstrategie ermöglicht den Einsatz von 4 Lasern auf demselben Teil

NATHENA: das Konsortium

SOGECLAIR Luft- und Raumfahrt

Die SOGECLAIR-Gruppe hat ihre Wurzeln in der Luftfahrt und entwickelt, fertigt und unterstützt innovative Lösungen und Produkte für den zivilen und militärischen Verkehr.

Seine Forschungs- und Entwicklungspolitik unterstützt seine Beteiligung an wichtigen Zukunftsprogrammen wie der Entwicklung des Flugzeugs der Zukunft und autonomer Fahrzeuge.

Die Tochtergesellschaft SOGECLAIR aerospace ist ein international führendes Unternehmen in der Entwicklung und Integration von Lösungen mit hohem Mehrwert für die Luft- und Raumfahrtindustrie. Sie entwirft, fertigt und wartet die wichtigsten Komponenten von Flugzeugstrukturen und Flugzeuginnenräumen.

SOGECLAIR aerospace entwickelt und verwendet fortschrittliche Materialien und Technologien wie Thermoplaste und additive Fertigung. Mit mehr als 1600 Mitarbeitern weltweit verfügt SOGECLAIR aerospace über anerkanntes Know-how in:

Entwurf und Architektur von Flugzeugstrukturen und –
systemen, Entwurf und Herstellung von Flugzeuginnenräumen,
Konfigurationsmanagement auf Programm-, Technik- und Industrieebene, Entwurf
und Herstellung von simulierten und eingebetteten Geräten.

AddUp

AddUp wurde 2016 gegründet und ist ein Joint Venture zwischen Fives und Michelin. Es ist ein Anbieter von kompletten industriellen Metall- 3D-Drucklösungen. AddUp ist beteiligt an:

Entwicklung und Herstellung von Maschinen, die in eine komplette Produktionslinie integriert sind, vom Pulvermanagement bis zum fertigen Teil, Kundenunterstützung für die Produktion von 3D-gedruckten Metallteilen zur Unterstützung von Investitionsprojekten in der additiven Fertigung für die Luft- und Raumfahrt oder für zusätzliche Produktionsanforderungen,

Funktionsübergreifende Serviceleistungen, einschließlich der Neukonstruktion von Teilen und zusätzlicher Dienstleistungen im Zusammenhang mit dem Maschinenangebot, helfen den Unternehmen, die am besten geeigneten technischen und finanziellen Lösungen zu finden.

TEMISTh

TEMISTh ist ein Unternehmen, das sich auf die Entwicklung und Lieferung maßgeschneiderter thermischer Lösungen spezialisiert hat. Zu diesem Zweck entwickelt das Unternehmen numerische Simulations- und Optimierungswerkzeuge für die automatisierte Konstruktion von Wärmetauschern. Dies ermöglicht es dem Unternehmen, neue Wärmetauscherkonzepte zu entwickeln, die mittels additiver Fertigung hergestellt werden können.

Dank seines Standorts im TEAM Henri Fabre Technocentre bietet TEMISTh verschiedene fortschrittliche Fertigungstechnologien wie die additive Fertigung von Metallen und Polymeren, die Gießerei, die spanende Bearbeitung und die Montage für die Funktionshybridisierung durch Löten oder Reibschweißen. Die Beherrschung all dieser Verfahren ermöglicht es TEMISTh, allen Kunden optimierte und erfolgreiche Lösungen anzubieten. Alle entwickelten und produzierten Teile können anschließend auf den thermischen Prüfständen von TEMISTh getestet werden.

Das Unternehmen ist in zahlreichen Industriezweigen tätig: Luft- und Raumfahrt, Verkehr, Öl und Gas sowie Elektronik.

Von-Karman-Institut für Strömungsmechanik

Das Von Karman-Institut für Fluiddynamik (VKI) wurde 1956 von Professor Theodore Von Karman als internationales Zentrum gegründet, das Bildung und Forschung für die Bürger der NATO-Länder unter seinem Motto „Ausbildung in der Forschung durch Forschung“ verbindet.

Angebotene Bildungsprogramme: Konferenzen / Kurse / Kolloquien, Kurzkurse, Masterarbeit, Master of Research in Fluid Dynamics, Doktorandenprogramm und Programm für angewandte Forschung.

Der VKI erforscht und fördert experimentelle, rechnerische und theoretische Aspekte von Flüssigkeits- und Gasströmungen in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Turbomaschinen, Umwelt sowie Industrie- und Sicherheitsprozesse. Es stehen etwa 50 spezialisierte Versuchsanlagen zur Verfügung, von denen einige einzigartig sind oder zu den größten der Welt gehören.

Die Forschung wird unter der Leitung von Dozenten und Forschungsingenieuren durchgeführt und hauptsächlich von staatlichen und internationalen Stellen und Unternehmen gefördert.

Liebherr Luft- und Raumfahrt

Liebherr Aerospace entwirft, entwickelt und fertigt Flugsysteme, Flugsteuerungssysteme und Fahrwerke sowie Getriebe und Elektronik für die Luft- und Raumfahrtindustrie. Liebherr Aerospace bietet einen umfassenden OEM-Kundenservice über ein globales Netzwerk, das Reparatur und Überholung von Geräten, technische Unterstützung und Dokumentation, Ersatzteilversorgung und AOG-Service bietet.

August 19, 2022 by Newsdesk

AddUp, ein Hersteller von 3D-Druckern aus Metall, bietet nicht nur Dienstleistungen für die Teilefertigung an, sondern nutzt auch seine eigenen Maschinen zur Herstellung von Komponenten für seine 3D-Drucker.

AddUp ist ein Hersteller von Metall-3D-Druckern, der in seinen Werkstätten eigene Maschinen betreibt, um seinen Kunden die Herstellung von Teilen anzubieten. Aber wussten Sie, dass diese Werkstätten auch zur Herstellung von Bauteilen genutzt werden, die in unseren 3D-Druckern verwendet werden? Der FormUp 350 verfügt über zahlreiche 3D-gedruckte Teile, die stellvertretend für die verschiedenen Möglichkeiten stehen, die diese Technologie bietet.

Auf der FormUp350 gefertigte Teile für die FormUp 350

AddUp ist einer der einzigen Hersteller von 3D-Metalldruckern, der dank mehrerer Werkstätten in Europa und den Vereinigten Staaten auch Dienstleistungen für die Teileproduktion anbietet. Wenn sie nicht zur Herstellung von Teilen für Kunden verwendet werden, stellen FormUp-Maschinen Teile für neue FormUp-Maschinen her. „Die Schaffung von Mehrwert durch Teile, die mehrere Funktionen kombinieren, eine bessere Leistung aufweisen oder kürzere Vorlaufzeiten haben, ist nicht nur eine Ansprache, die wir an unsere Kunden richten. Es ist auch ein Tugendkreis, den wir intern anwenden“, sagt Léopold Barry, Projektleiter der zweiten Generation der FormUp 350 bei AddUp. „All diese Entwicklungen zielen darauf ab, diese Maschine zu einem Schaufenster der verschiedenen Möglichkeiten zu machen, die der 3D-Druck bietet.“

Viele Teile dieser Maschine werden von Additive Fertigung, beginnend mit dem Pulverzufuhrsystem, das allein aus vier gedruckten Komponenten besteht. Erstens, die Dosierbunker. Dabei handelt es sich um Pulvertanks, die eine Unterbrechung der Pulverzufuhr zur Fertigungskammer verhindern. Das Design dieser Teile wurde so angepasst, dass sie entweder in einer Gießerei oder in der additiven Fertigung hergestellt werden können, um die Anforderungen an kurze Lieferzeiten zu erfüllen.

Im Inneren dieser Dosiertrichter befindet sich ein Teil, das ebenfalls 3D gedruckt. Dieses Teil ist dafür verantwortlich, das Pulver in Bewegung zu halten, um eine Verklumpung zu vermeiden, die die Produktion unterbrechen könnte. Für dieses Teil mit komplexer Geometrie ist die additive Fertigung ideal. Auf der FormUp-Bauplatte mit den Maßen 350 x 350 mm können wir etwa zwanzig dieser Teile auf einmal drucken, was dazu beiträgt, bei Bedarf einen Vorrat an Ersatzteilen anzulegen.

Direkt unter den Dosiertrichtern befinden sich die Dosierschnecken, die das Pulver präzise und gleichmäßig auf die Oberfläche der „Schubladen“ auftragen, die das Pulver vor die Schichteinrichtung transportieren. Diese Dosierschnecken sind in einer ebenfalls 3D-gedruckten Hülse untergebracht. „Dieses System, das in einem einzigen Arbeitsgang gedruckt wurde, stellt eine interessante

Alternative zum Gussäquivalent, da es uns erlaubt, neue Designs schnell zu testen, ohne zusätzliche Kosten für die Entwicklung von Spritzgussformen. Außerdem erfordert dieses einteilige Teil keine Montagevorgänge mehr und hat eine bessere Abdichtung“, kommentiert Léopold Barry.

Ein weiteres wesentliches Element des Pulverversorgungssystems sind die Schienen, auf denen die Schubladen, die das Pulver in die Fertigungskammer bringen, geführt werden. Sie werden ebenfalls auf FormUp-Maschinen in AddUp- Werkstätten hergestellt. Die Der Vorteil liegt hier in der gewonnenen Autonomie bei der Verwaltung dieses Teils, wobei die Lieferzeiten so weit wie möglich verkürzt werden, da sowohl der Druck als auch die Bearbeitung im Haus erfolgen.

Topologieoptimierung und Funktionsintegration

Während die AddUp-Ingenieure in der Lage sind, die additive Fertigung für das Pulverzufuhrsystem zu nutzen, das eine der Schlüsselfunktionen der Maschine ist, haben sie dies auch für einige einfachere Teile getan, wie z. B. für die Kamerahalterungen. Beim FormUp 350 sind beide Kameras auf gedruckten Halterungen installiert. Zunächst wird die Kamera, die Bilder vom Ende des Schmelzvorgangs und vom Ende des Pulverauftrags aufnimmt, auf einer Halterung angebracht, die mit Hilfe der Topologieoptimierung entworfen wurde. Diese Technik besteht in der Verwendung einer Simulationssoftware, die automatisch eine optimale Form für das Teil generiert, wobei nur die Menge an Material verwendet wird, die notwendig ist, um die Positionierungsfunktion der Kamera zu gewährleisten.

Zweitens wurde die Videokamerahalterung mit Hilfe einer weiteren Möglichkeit des 3D-Drucks entworfen: der Integration von Funktionen. „Während der Entwicklung dieser Maschine haben unsere Teams an der Kühlung der Videokamera gearbeitet, die oberhalb des Fertigungsgehäuses angebracht ist“, erklärt Leopold Barry. Wir haben eine neue Version dieser Halterung entworfen, die sowohl die Funktion des Haltens der Kamera in Position als auch die Kühlfunktion integriert.“ Die letztere Funktion wird durch Metalllamellen gewährleistet, die wie ein Kühler wirken. Ihre Oberfläche, die unmöglich durch herkömmlichen Techniken, hat eine große Austauschfläche mit der Umgebungsluft und vermeidet eine Überhitzung der Kamera.

Teile für Serienmaschinen, aber auch für Prototypen

AddUp ist auch in der Lage, die Möglichkeiten der additiven Fertigung in allen Phasen der Entwicklung seiner neuen Maschine zu nutzen, auch während der Prototyping-Phasen. Dies bot die Gelegenheit, einen neuartigen Hydraulikblock zu testen. Dieses Bauteil, das für die Verteilung der Kühlflüssigkeit in der Maschine zuständig ist, war Gegenstand einer kompletten Redesign-Studie. Aus einem imposanten Stück Rohmetall, das von geradlinigen Kanälen durchbohrt war, ist ein optimiertes System geworden, das sich durch die Verringerung der Masse und die Steuerung der Flüssigkeiten im Inneren der Kanäle auszeichnet. Die Arbeiten zur weiteren Verbesserung dieses Teils sind noch im Gange, bevor es in die Produktionsmaschinen integriert wird.

In der Zwischenzeit dienen die Arbeiten an diesem Hydraulikblock und die unter realen Betriebsbedingungen durchgeführten Tests jedoch als Demonstrationsobjekt für Hersteller in anderen Sektoren, die bei ähnlichen Systemen eine Verringerung der Masse fordern.

Schließlich ist ein 3D-gedruckter Türgriff für den FormUp eine perfekte Möglichkeit für diese Maschine, ihre DNA zu zeigen und zu beweisen, dass sie „für die additive Fertigung mit additiver Fertigung konzipiert ist“.

AddUp ist stolz darauf, unsere eigenen Komponenten mit unserer additiven Technologie zu beziehen. Das FormUp 350 ist wirklich für die additive Fertigung MIT additiver Fertigung konzipiert! Unsere Ingenieure werden weiterhin nach Möglichkeiten suchen, die 3D-Druck und Verbesserung der AddUp 3D- Druckmaschinen!

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