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Die FormUp 350 Powder Bed Fusion (PBF) Maschine revolutioniert die Herstellung von großen Wirbelsäulenfusionsgeräten und bietet eine höhere Effizienz, Präzision und Kosteneffizienz.

Einführung

Wirbelsäulenfusionsvorrichtungen spielen in der Medizin eine entscheidende Rolle, da sie bei Wirbelsäulenoperationen für die notwendige Unterstützung und Stabilität sorgen. Traditionell wurden große Wirbelsäulenfusionsvorrichtungen mit kleinformatigen Pulverbettfusionsmaschinen (Powder Bed Fusion, PBF) hergestellt oder aus Poly-Stangenmaterial gefräst. Diese Methoden waren zwar effektiv, brachten jedoch einige Herausforderungen mit sich, darunter hohe Kosten und lange Produktionszeiten. Das Aufkommen fortschrittlicher Fertigungstechnologien, wie z. B. der FormUp 350 PBF-Maschine, hat den Produktionsprozess jedoch revolutioniert und bietet höhere Effizienz, Präzision und bessere Patientenergebnisse.

Traditionelle Herstellungsmethoden: PBF und PEEK

Das herkömmliche Herstellungsverfahren für große Wirbelsäulenfusionsvorrichtungen stützte sich auf PBF oder die maschinelle Bearbeitung von PEEK- Stangenmaterial. Diese Methoden waren zwar effektiv, aber auch nicht ohne Nachteile. Der Produktionsprozess war langsam und kostspielig, was zu höheren Preisen für das fertige Implantat führte. Darüber hinaus fehlten bei der Herstellung von PEEK-Implantaten die idealen integrativen Osseo-Eigenschaften, die für den Erfolg des Implantats entscheidend sind. Darüber hinaus stellte die instabile Materiallieferkette für PEEK eine weitere Herausforderung im Herstellungsprozess dar.

Die Einführung der additiven Fertigung

Die Einführung der additiven Fertigung bedeutete einen bedeutenden Wandel in der Produktion von großen Wirbelsäulenfusionsgeräten. Die Herstellung dieser Geräte auf kleineren Plattformen mit 1-2 Lasern erhöhte jedoch die Kosten für das fertige Implantat. Diese Implantate waren groß in Z, was zu längeren Bauzeiten führte, die sich mit einer geringen Anzahl von Lasern noch weiter erhöhten. Darüber hinaus trugen die Verwendung eines Schaber-/Bürstenbeschichtungsprozesses und die Notwendigkeit der Drahterodierung (EDM) zum Entfernen der LLIFs von der Bauplatte zu den Gesamtproduktionszeiten und -kosten bei.

Das FormUp 350: Ein Sprung nach vorn bei der Herstellung von Wirbelsäulenfusionsgeräten

Die FormUp 350 PBF-Maschine hat sich als überlegene Alternative zu kleineren Plattformen mit 1-2 Lasern erwiesen. Dank einer 350 Millimeter großen quadratischen Bauplatte kann die FormUp 350 im Vergleich zu kleineren Plattformen die 1,5-fache Menge an großen Wirbelsäulenimplantaten aufnehmen. Durch den Einsatz von 4 Lasern können 152 große Wirbelsäulenimplantate in nur 32 Stunden gedruckt werden, was die Produktionszeit erheblich verkürzt und den Ausstoß erhöht.

Das FormUp 350 verwendet eine Pulverwalzen-Technologie, die geometrische Komplexität mit minimalen Stützen ermöglicht und zu einer optimalen Oberflächengüte führt. Mit dieser Technologie lassen sich komplexe Strukturen und Oberflächenrauhigkeiten realisieren, die zu besseren Patientenergebnissen beitragen. Es besteht keine Notwendigkeit mehr für ein plasmaporöses Spray oder eine trabekuläre Oberfläche auf Plattenbasis, und die Oberflächenrauhigkeit ist kein Nebenprodukt des Prozesses. Dies trägt dazu bei, die für die Fertigstellung eines Endprodukts erforderlichen Herstellungsprozesse zu verringern, was die Kosten in allen Teilen der Lieferkette senkt und effizientere Patientenergebnisse unterstützt.

Die Auswirkungen des FormUp 350 auf die Medizinprodukteindustrie

Der Einsatz des FormUp 350 bei der Herstellung von großen Wirbelsäulenfusionsgeräten hat weitreichende Auswirkungen auf die Medizinprodukteindustrie. Durch die Verkürzung der Vorlaufzeiten und die Erhöhung der Präzision können die Hersteller mit dem FormUp 350 schneller auf die Marktanforderungen reagieren und qualitativ hochwertigere Produkte herstellen. Darüber hinaus wird durch die Möglichkeit, komplexe Strukturen zu drucken und eine optimale Oberflächenrauheit zu erzielen, die Leistung der Implantate verbessert, was wiederum zu besseren Ergebnissen für die Patienten führt. Dies ist ein bedeutender Fortschritt, da er nicht nur die Lebensqualität der Patienten erhöht, sondern auch die Notwendigkeit von Revisionseingriffen verringert, was zu Kosteneinsparungen sowohl für die Patienten als auch für die Gesundheitsdienstleister führt.

Ergebnisse

Große Wirbelsäulenimplantate, die mit einer kleinen Baukapazität, einer geringen Anzahl von Lasern und herkömmlichen Wiederbeschichtungssystemen hergestellt werden, kosten mehr als solche, die mit dem FormUp 350 hergestellt werden.

Die FormUp 350 Maschine ist ideal für medizinische Anwendungen, da sie ein verbessertes und kosteneffizientes Verfahren für die Massenfertigung hochkomplexer und/oder kundenspezifischer medizinischer Teile bietet.

Per Laser gefertigte Teile auf dem FormUp 350:

  • 2 Laser – 76
  • 4 Laser – 38

Zeit, auf dem FormUp 350 aufzubauen:

  • 2 Laser – 52,95
  • 4 Laser – 32,35

Jährlicher Durchsatz auf dem FormUp 350:

  • 1 Schicht pro Tag für
  • 52 Wochen im Jahr

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Erfahren Sie, warum Zertifizierungen in der Fertigungsindustrie, und speziell in der additiven Fertigung, wichtig sind. AddUp hat einen starken Fokus auf Qualität und glaubt, dass unsere Zertifizierungen unseren Ruf und unsere Glaubwürdigkeit verbessern, ein wichtiger Aspekt, um das Vertrauen unserer Kunden zu gewinnen.

Autor: Mark Huffman, Luft- und Raumfahrt und Verteidigung , AddUp

Förderung der Sicherheit

Sicherheit ist in jeder Branche von größter Bedeutung, so auch in der Fertigung. Mit Hilfe von Zertifizierungen können Hersteller sicherstellen, dass ihre Verfahren und Produkte strenge Sicherheitsstandards erfüllen. In der AM bieten Zertifizierungen die Gewissheit, dass die verwendeten Produktionsmethoden, Materialien und Geräte den Sicherheitsprotokollen entsprechen. Durch die Einhaltung von Sicherheitszertifizierungen können Hersteller die Risiken im Zusammenhang mit potenziellen Gefahren, wie Materialintegrität, strukturelle Festigkeit und Teileversagen, mindern.

Sicherstellung von Qualität und Zuverlässigkeit

Zertifizierungen dienen als Maßstab für Qualität und Zuverlässigkeit in der Fertigungsindustrie. Sie legen Standards und bewährte Verfahren fest, an die sich die Hersteller halten müssen, um sicherzustellen, dass die Produkte bestimmte Anforderungen erfüllen. Für AM sind Zertifizierungen aufgrund der Einzigartigkeit der Technologie von entscheidender Bedeutung, um konsistente und vorhersehbare Ergebnisse zu erzielen. Mit Zertifizierungen können Hersteller nachweisen, dass sie in der Lage sind, zuverlässige und qualitativ hochwertige Teile herzustellen, was das Vertrauen von Kunden und Verbrauchern stärkt.

Einhaltung von Vorschriften

Zertifizierungen in der Fertigungsindustrie, einschließlich AM, erfordern häufig die Einhaltung bestimmter Vorschriften und Normen, die von den zuständigen Behörden festgelegt wurden. Diese Vorschriften umfassen verschiedene Aspekte, wie Materialeigenschaften, Prozesskontrolle und Umweltauswirkungen. Durch die Einhaltung von Zertifizierungen wird sichergestellt, dass die Hersteller innerhalb des gesetzlichen Rahmens arbeiten und Strafen und Haftungen vermeiden. Darüber hinaus helfen Zertifizierungen den Herstellern, mit den sich weiterentwickelnden Vorschriften auf dem Laufenden zu bleiben, und tragen so zur allgemeinen Einhaltung der Vorschriften und zur Nachhaltigkeit der Branche bei.

Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt

Hersteller können sich durch Zertifizierungen in der Fertigungsindustrie einen erheblichen Wettbewerbsvorteil verschaffen. Sie zeigen, dass sich ein Hersteller für Qualität, Sicherheit und Einhaltung von Vorschriften einsetzt, und heben sich damit von Konkurrenten ab, die nicht über die gleichen Zertifizierungen verfügen. In einem zunehmend wettbewerbsintensiven Markt haben zertifizierte Hersteller einen Vorteil, wenn es darum geht, Kunden zu gewinnen, Partnerschaften zu sichern und Angebote für Projekte abzugeben. Zertifizierungen dienen auch als Marketinginstrument, das potenziellen Kunden die Fähigkeit eines Herstellers versichert, hervorragende Produkte und Dienstleistungen zu liefern.

Innovation und Fortschritt vorantreiben

Die Hersteller werden kontinuierlich dazu angehalten, ihre Prozesse und Technologien zu verbessern. Im Fall von AM fördern Zertifizierungen die Forschung und Entwicklung in Bereichen wie Materialwissenschaft, Prozessoptimierung und Designrichtlinien. Durch die Festlegung strenger Kriterien für die Zertifizierung werden die Hersteller motiviert, ihre Verfahren zu erneuern und zu verfeinern. Dieses Streben nach Innovation kommt nicht nur den einzelnen Unternehmen zugute, sondern trägt auch zum allgemeinen Fortschritt der Fertigungsindustrie bei.

Umweltverantwortung und Nachhaltigkeit

Umweltverantwortung wird in der Fertigungsindustrie, einschließlich AM, immer wichtiger. Hersteller, die die AM-Technologie einsetzen, einschließlich OEMs, sind angehalten, sich an Umweltmanagementstandards und -praktiken zu halten, um ihre Umweltauswirkungen zu verringern und die Nachhaltigkeit zu fördern.

AddUps Zertifizierungsschwerpunkt

AddUp arbeitet mit einem starken Fokus auf Qualität, Effizienz und Kundenzentrierung. Die Prozesse und Systeme von AddUp wurden auf ihre Übereinstimmung mit den geltenden ISO-Normen überprüft und validiert. Dies bedeutet, dass unabhängige Dritte die Systeme und Prozesse von AddUp in Übereinstimmung mit den definierten Anforderungen qualifiziert haben. Wir sind davon überzeugt, dass unsere Zertifizierungen unseren Ruf und unsere Glaubwürdigkeit stärken, ein wichtiger Aspekt, um das Vertrauen unserer Kunden zu gewinnen.

AddUp Inc. North America ist zertifiziert für:

In Europa ist AddUp SAS zertifiziert für:

Die Zertifizierungen nach ISO 9001, ISO 13485, International Traffic in Arms Regulations (ITAR) und Cybersecurity Maturity Model Certification (CMMC) spielen eine wichtige Rolle bei der Unterstützung von AddUp bei der Herstellung von Proof of Concept (POC) Teilen für Kunden, um die Fähigkeiten der FormUp 350 LPBF Technologie zu demonstrieren. Hier erfahren Sie, wie jede Zertifizierung zu einem erfolgreichen Einsatz der Technologie beitragen kann:

ISO 9001:

Die ISO 9001-Zertifizierung unterstreicht das Engagement von AddUp für die Grundsätze des Qualitätsmanagements und die Kundenzufriedenheit. Bei der Herstellung von POC-Teilen gibt diese Zertifizierung potenziellen Käufern die Sicherheit, dass die LPBF-Technologie von AddUp robusten Qualitätskontrollprozessen folgt, was zu konsistenten und zuverlässigen Ergebnissen führt. Es zeigt, dass AddUp ein effektives Qualitätsmanagementsystem implementiert hat, das es ihnen ermöglicht, spezifische Anforderungen zu erfüllen und qualitativ hochwertige Teile zu liefern, die die Fähigkeiten der LPBF-Technologie von AddUp demonstrieren.

ISO 13485:

Mit der Zertifizierung nach ISO 13485 beweist AddUp die Einhaltung strenger Qualitätsmanagementsysteme, die speziell auf die Medizinprodukteindustrie zugeschnitten sind. Bei der Herstellung von POC-Teilen für potenzielle Käufer im Gesundheitswesen schafft diese Zertifizierung Vertrauen in AddUps Fähigkeit, regulatorische Anforderungen zu erfüllen, Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten und zuverlässige und sichere Medizinprodukte zu liefern. Sie gibt die Gewissheit, dass die LPBF- Technologie von AddUp für die Herstellung von Medizinprodukten mit gleichbleibender Qualität eingesetzt werden kann und den besonderen Anforderungen der Gesundheitsbranche gerecht wird.

ISO 14001:

Die ISO 14001-Zertifizierung, auch bekannt als Umweltmanagementsystem (EMS), konzentriert sich auf Umweltverantwortung und Nachhaltigkeit. Mit der Zertifizierung nach ISO 14001 demonstriert AddUp sein Engagement für Umweltverantwortung und umweltfreundliche Herstellungspraktiken. Diese Zertifizierung stellt sicher, dass die Technologie von AddUp umweltbewusst arbeitet, die Auswirkungen auf das Ökosystem reduziert, die Umweltvorschriften einhält und den Umweltschutz fördert.

Ressourceneffizienz und Abfallmanagement. Durch die Integration von Umweltaspekten in Betrieb und Technologie ermutigt AddUp die Endnutzer der AM-Technologie, umweltbewusst zu bleiben und zur allgemeinen Nachhaltigkeit der AM-Industrie beizutragen.

ITAR:

Für die Teilnahme von AddUp an der Unterstützung des Verteidigungs- und Luftfahrtsektors in den USA ist die ITAR-Konformität und -Zertifizierung entscheidend. Mit der ITAR-Registrierung und -Zertifizierung kann AddUp nachweisen, dass wir die strengen Vorschriften für den Export und Import von verteidigungsbezogenen Artikeln und Dienstleistungen einhalten. Diese Zertifizierung stellt sicher, dass

Die von AddUp hergestellten POC-Teile werden in einer sicheren Umgebung produziert, in der sensible Informationen und geistiges Eigentum geschützt sind. Potenzielle Käufer im Verteidigungssektor können darauf vertrauen, dass AddUp sensible Projekte in Übereinstimmung mit den ITAR-Anforderungen abwickeln kann, was die Vertraulichkeit und Sicherheit verstärkt.

CMMC:

Die CMMC-Zertifizierung befasst sich mit dem entscheidenden Aspekt der Cybersicherheit in den USA. Bei der Herstellung von POC-Teilen muss AddUp sensible Daten schützen und d i e Integrität kritischer Informationen sicherstellen. Mit der CMMC-Zertifizierung kann AddUp gegenüber potenziellen Käufern nachweisen, dass es angemessene Cybersicherheitsmaßnahmen implementiert hat, um Informationen im Zusammenhang mit Verteidigungsverträgen oder anderen kontrollierten nicht klassifizierten Informationen (CUI) zu schützen. Diese Zertifizierung stärkt das Vertrauen in AddUps Fähigkeit, die geschützten Entwürfe der Kunden zu schützen und die Sicherheit und Vertraulichkeit der Projekte zu gewährleisten.

Unterstützung unserer Kunden während des Qualifizierungsprozesses

Durch den Besitz dieser Zertifizierungen kann AddUp potentiellen Käufern die Fähigkeiten unserer Technologie durch POC Teile effektiv demonstrieren. Sobald die Entwicklung der POC-Anwendung abgeschlossen ist, erlauben diese Zertifizierungen AddUp, Kunden bei der Qualifizierung ihrer Prozesse zu begleiten, um die erforderlichen Standards zu erfüllen. AddUps Fachwissen, unterstützt durch diese Zertifizierungen, stellt einen reibungslosen Qualifizierungsprozess sicher, indem es Anleitungen zur Prozesskontrolle, zum Risikomanagement, zur Rückverfolgbarkeit, zur Dokumentation und zur kontinuierlichen Verbesserung bietet. Ganz gleich, ob Kunden medizinische Teile in einer ISO 13485-Umgebung oder flugtaugliche Hardware unter AS9100 herstellen, diese Partnerschaft zwischen AddUp und dem Kunden fördert eine kollaborative Umgebung, die die Einhaltung von Industriestandards, die Einhaltung von Vorschriften und die Produktion von qualitativ hochwertigen, zertifizierten Teilen unterstützt.

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Die kritische Rolle der Oberflächenbeschaffenheit in strömungstechnischen Luft- und Raumfahrtanwendungen: Enthüllung ihrer Bedeutung für Wärmetauscher und Turbogehäuse.

Author: Mark Huffman, Aerospace and Defense , AddUp

Wärmetauscher: Optimierung der thermischen Leistung

In der Welt der Luft- und Raumfahrttechnik, wo Sicherheit und Zuverlässigkeit an erster Stelle stehen, können selbst kleinste Details erhebliche Auswirkungen haben. Ein entscheidender Aspekt, der oft unbemerkt bleibt, ist die Rolle, die die Oberflächenbeschaffenheit von Bauteilen und Proben spielt, insbesondere von solchen, die mit der Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Technologie hergestellt wurden. Die Oberflächenbeschaffenheit spielt eine entscheidende Rolle für das Ermüdungsverhalten von LPBF-Bauteilen und beeinflusst die Spannungskonzentration, die Rissausbreitung, die Eigenspannung, die Kontaktermüdung und die Probenvorbereitung. In diesem Blog gehen wir darauf ein, wie sich die Oberflächenbeschaffenheit auf die Ermüdung, die thermische Integrität und die aerodynamische Effizienz von LPBF-Bauteilen auswirkt, und heben ihre immense Bedeutung für die Luft- und Raumfahrtindustrie hervor.

Im Bereich der Wärmeübertragung ist ein effizienter Luftstrom entscheidend für einen optimalen Wärmeaustausch zwischen den Fluiden. Die Oberflächenbeschaffenheit der von LPBF gefertigten Wärmetauscherkomponenten spielt eine entscheidende Rolle bei der Erleichterung und Optimierung der Luftstrom, wodurch die Effizienz der Wärmeübertragung maximiert wird.

Eine glatte und gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit, die durch LPBF erreicht wird, reduziert Oberflächenunregelmäßigkeiten wie Rauheit, Grate oder Oberflächenfehler. Diese Unregelmäßigkeiten können den Luftstrom stören, was zu Turbulenzen und erhöhten Druckverlusten führt. Durch die Minimierung von Oberflächenunregelmäßigkeiten ermöglicht die LPBF-Technologie einen gleichmäßigeren Luftstrom über die Wärmeaustauschflächen.

Durch die verbesserte Oberflächenbeschaffenheit ermöglichen LPBF- Wärmetauscher einen besseren Kontakt zwischen der Flüssigkeit und den Wärmeaustauschflächen. Dieser verbesserte Kontakt fördert eine effizientere Wärmeübertragung, da er die Bildung von Grenzschichten minimiert.

Grenzschichten sind dünne Schichten aus stagnierenden oder langsam fließenden Flüssigkeiten, die sich entlang der Wärmeaustauschflächen bilden können. Diese Schichten wirken als Wärmeisolatoren und behindern die Effizienz der Wärmeübertragung. Indem die Grenzschichtbildung durch eine glatte Oberfläche minimiert wird, ermöglichen LPBF-gefertigte Wärmetauscher eine effektivere Wärmeabfuhr und Temperaturregelung.

Darüber hinaus trägt eine hochwertige Oberflächenbeschaffenheit, die mit der LPBF-Technologie erreicht wird, dazu bei, das Potenzial für Fouling oder Ablagerungen auf Wärmetauscheroberflächen zu verringern. Fouling tritt auf, wenn sich Verunreinigungen oder Ablagerungen auf den Oberflächen ansammeln, die Wärmeübertragung behindern und die Gesamtleistung verringern. Die glattere Oberflächenbeschaffenheit von LPBF minimiert die Anhaftung von Verunreinigungen und erleichtert die Reinigung, was eine langfristige thermische Leistung und Effizienz gewährleistet.

Turbo-Gehäuse: Verbesserung der aerodynamischen Effizienz

Turbolader sind entscheidende Komponenten in Antriebssystemen der Luft- und Raumfahrt, die die Leistung und Effizienz von Triebwerken steigern. Die Oberflächenbeschaffenheit von Turboladergehäusen wirkt sich erheblich auf ihre aerodynamische Leistung aus. Glatte und gut bearbeitete Innenflächen verringern die Reibung und verbessern den Luftstrom, was den Wirkungsgrad des Turboladers erhöht. Eine hochwertige O b e r f l ä c h e n b e s c h a f f e n h e i t minimiert Turbulenzen, Druckverluste und Energieverschwendung. Sie gewährleistet einen optimalen Gasfluss, was sich in einer verbesserten Motorleistung, Kraftstoffeffizienz und Gesamtleistung niederschlägt. Durch die sorgfältige Kontrolle der Oberflächenbeschaffenheit von Turboladergehäusen können Luft- und Raumfahrtingenieure die aerodynamische Effizienz verbessern, was zu einer besseren Motorleistung und einem geringeren Kraftstoffverbrauch führt.

AddUp’s Lösung

Die Integration von feinem Pulver und einem Walzenbeschichtungssystem in AddUps LPBF-Technologie im FormUp350 kann die Oberflächenbeschaffenheit von Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt revolutionieren. Durch die Verwendung von feinem Pulver mit kleineren Partikelgrößen und den Einsatz eines Walzenbeschichtungsgeräts für eine kontrollierte und gleichmäßige Pulverabscheidung können Hersteller eine hervorragende Oberflächenqualität erzielen, Spannungskonzentrationspunkte abmildern und die Ermüdungsbeständigkeit der mit der FormUp350 hergestellten Teile und Proben verbessern. Diese Fortschritte ebnen den Weg für eine verbesserte Zuverlässigkeit, Sicherheit und Leistung von Luft- und Raumfahrtkomponenten unter zyklischen Belastungsbedingungen.

Bei strömungstechnischen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt kann die Bedeutung der Oberflächenbeschaffenheit nicht hoch genug eingeschätzt werden. Ob bei Wärmetauschern oder Turbinengehäusen, die Optimierung der Oberflächenbeschaffenheit wirkt sich direkt auf die thermische Leistung, die aerodynamische Effizienz, die Grenzschichtabscheidung und die Korrosionsbeständigkeit aus. Wenn Hersteller in der Luft- und Raumfahrtindustrie Wert auf eine hochwertige Oberflächenbeschaffenheit legen, können sie die Wärmeübertragung maximieren, die Triebwerksleistung verbessern, die Kraftstoffeffizienz erhöhen, den Luftwiderstand verringern und die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit wichtiger Komponenten sicherstellen. Die sorgfältige Kontrolle und Optimierung der Oberflächenbeschaffenheit in strömungstechnischen Anwendungen der Luft- und Raumfahrt ebnet den Weg für sicherere, effizientere und zuverlässigere Flugzeuge und Antriebssysteme, was letztlich die Fähigkeiten und den Erfolg der Luft- und Raumfahrtindustrie fördert

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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

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Dieser Artikel diskutiert die Bedeutung der Pulverhandhabung in der Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Technologie und stellt AddUps Autonomous Powder Module (APM) als eine umfassende Closed-Loop-Lösung vor.

Geschrieben von: Mark Huffman, Anwendungsingenieur – Luft- und Raumfahrt & Verteidigung

Die Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Technologie hat die Fertigungsindustrie revolutioniert, da sie die Herstellung komplexer Geometrien mit hoher Präzision und Genauigkeit ermöglicht. Bei der LPBF-Technologie wird Metallpulver mit Hilfe eines Hochleistungslaserstrahls geschmolzen und verfestigt, so dass die Pulverpartikel Schicht für Schicht zu dem gewünschten Teil verschmelzen. Die Qualität und Zuverlässigkeit des fertigen Teils hängt jedoch stark von der Qualität des verwendeten Pulvers und seiner Handhabung ab.

Die Handhabung des Pulvers ist ein kritischer Aspekt des LPBF-Prozesses, der den Transport, die Lagerung und die Handhabung von Metallpulver umfasst. Die Qualität des Pulvers kann durch verschiedene Faktoren wie Feuchtigkeit, Temperatur, Partikelgröße und das Vorhandensein von Verunreinigungen beeinflusst werden. Im Folgenden werden einige Gründe genannt, warum die Handhabung des Pulvers beim Einsatz der LPBF-Technologie wichtig ist:

Das Problem

Qualitätskontrolle

Die Qualität des im LPBF-Verfahren verwendeten Pulvers hat einen erheblichen Einfluss auf die Qualität und Zuverlässigkeit des Endprodukts. Daher müssen geeignete Verfahren zur Handhabung des Pulvers eingeführt werden, um sicherzustellen, dass das Pulver die erforderliche Qualität aufweist. Dazu gehören ordnungsgemäße Lagerungsbedingungen, z. B. Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle, sowie regelmäßige Inspektionen und Tests, um sicherzustellen, dass das Pulver immer noch Ihren Pulverspezifikationen in Bezug auf PSD, Chemie und Morphologie entspricht, die die Eigenschaften des endgültigen Teils beeinträchtigen könnten.

Prozesskontrolle

Eine ordnungsgemäße Handhabung des Pulvers gewährleistet auch, dass der LPBF-Prozess konsistent und wiederholbar ist. Eine uneinheitliche Pulverqualität kann zu Schwankungen im Schmelz- und Erstarrungsprozess und damit zu Defekten im fertigen Teil führen. Daher ist es wichtig, Verfahren zur Handhabung des Pulvers zu implementieren, die sicherstellen, dass das Pulver homogen ist und die Partikelgrößenverteilung innerhalb des erforderlichen Bereichs liegt.

Sicherheit

Metallische Pulver, die im LPBF-Verfahren verwendet werden, können bei unsachgemäßer Handhabung gefährlich sein. Einige Pulver sind entflammbar, explosiv oder können beim Einatmen Atemprobleme verursachen. Richtige Handhabungsverfahren wie die Verwendung persönlicher Schutzausrüstung, gute Belüftung und die Sicherstellung, dass das Pulver geerdet ist, können die mit der Handhabung von Metallpulvern verbundenen Risiken minimieren.

Kosten

Die Kosten für das im LPBF-Verfahren verwendete Metallpulver sind relativ hoch. Eine ordnungsgemäße Handhabung des Pulvers kann dazu beitragen, den Pulverabfall zu minimieren und sicherzustellen, dass das Pulver effizient genutzt wird. Dazu gehören der richtige Transport, die richtige Lagerung und die richtige Dosierung des Pulvers, um Verschüttungen und Verunreinigungen zu vermeiden.

Die Verfahren zur Handhabung des Pulvers stellen sicher, dass die Qualität des Pulvers erhalten bleibt, der LPBF-Prozess konsistent und wiederholbar ist, die Sicherheit im Vordergrund steht und die Kosten minimiert werden. Die kontinuierliche Implementierung von Verfahren, Technologien und Geräten für die Pulververarbeitung, die den Industriestandards entsprechen, ist unerlässlich, um sicherzustellen, dass der LPBF-Prozess optimiert wird, was zu qualitativ hochwertigen und zuverlässigen Teilen führt.

Die Lösung

Das Autonomous Powder Module (APM) von AddUp ist ein Wendepunkt im LPBF-Prozess und bietet mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Pulverhandhabungsmethoden. Das APM hat mehrere Fähigkeiten, die es zu einer idealen Lösung für das Pulverhandling in der LPBF-Technologie machen.

Qualität sichern

AddUp hat den APM mit Blick auf die Qualität durch die Wiederverwendung von Pulver gemäß der Norm ASTM F3456-22 entwickelt, die sich auf die Kriterien Rückverfolgbarkeit, Siebung, Pulverlagerung und Altpulver konzentriert. Die Rückverfolgbarkeit der Chargennummer in der AddUp Manager Software ermöglicht eine einfache Verfolgung und Überwachung des verwendeten Pulvers und stellt sicher, dass die Qualität des Pulvers erhalten bleibt. Der APM siebt und regeneriert das Pulver automatisch, wodurch sichergestellt wird, dass das Pulver die erforderliche Qualität aufweist und die Notwendigkeit manueller Eingriffe reduziert wird.

Prozesskontrolle beibehalten

Das APM ermöglicht die Pulverbefüllung während der Produktion, so dass die Bediener die Produktion nicht mehr unterbrechen müssen, um Pulver

hinzuzufügen, was die Stillstandszeiten reduziert und die Produktivität erhöht. Das APM verflüssigt das Pulver, wodurch es weniger kohäsiv wird, was die Fließfähigkeit des Pulvers während des LPBF-Prozesses verbessert und sicherstellt, dass das Pulver gleichmäßig verteilt wird. Die APM-Funktion zur Rückverfolgbarkeit von Pulververlustenstellt sicher, dass das Pulver immer verfolgt werden kann, wodurch das Risiko eines Verlusts oder einer Verlagerung minimiert wird.

Mehr Sicherheit

Die vollständige Inertisierung des APM für die Pulverlagerung, -förderung und -handhabung mit dem Einsatz einer Handschuhbox während des Be- und Entladens des Pulvers stellt sicher, dass das Pulver weder der Umwelt noch dem Bedienpersonal ausgesetzt ist. Die Pulverentnahmevorrichtung des APM ermöglicht jederzeit eine einfache Entnahme von Pulverproben durch die Handschuhbox, wodurch das Risiko einer Exposition gegenüber reaktiven Pulvern minimiert wird. Die automatischen Zyklen des APM für die Kreislaufspülung und -entleerung stellen sicher, dass das Pulverhandhabungssystem immer sauber ist, was ebenfalls das Risiko einer Kontamination und Exposition verringert.

Kosten minimieren

Das Pulverhandhabungssystem des APM ermöglicht eine einmalige Befüllung, wodurch der Pulverabfall minimiert und die effiziente Nutzung des Pulvers sichergestellt wird. Das geschlossene System des APM stellt sicher, dass überschüssiges Pulver während der Produktion und der Regeneration automatisch zurückgewonnen wird, was den Pulverabfall minimiert und die Kosten für den Pulverbestand reduziert. Zusätzliche Kosteneinsparungen sind auch durch den Wegfall der Nachverfolgung von Pulvermengen für laufende Produktionen möglich. Das Vakuumsystem des APM macht ein separates Gerät zum Absaugen am Ende der Produktion überflüssig, was die Kosten senkt und die Effizienz erhöht. Der Lagerkoeffizient des APM von 1,4 stellt sicher, dass das Pulver effizient gelagert wird, was den Lagerplatzbedarf und die Kosten reduziert.

Insgesamt bietet das APM eine rationalisierte und effiziente Lösung für das Pulverhandling, die die Qualität, Kosteneffizienz, Sicherheit und Produktivität der LPBF- Technologie verbessert.

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Es wird erwartet, dass die Sektoren Medizintechnik und Luft- und Raumfahrt aufgrund ihrer hochwertigen Produkte und relativ geringen Stückzahlen auch weiterhin führend bei der Einführung der additiven Fertigung von Metallen sein werden.

Die Metall-Additive-Manufacturing-Industrie (AM) hat in den letzten Jahren aufgrund von reichlich Finanzkapital, technologischen Fortschritten und erweiterten Möglichkeiten im gesamten Ökosystem ein erhebliches Wachstum erfahren. Einem Bericht von Research And Markets zufolge wird die Größe des globalen Metall-AM- Marktes voraussichtlich auf $11,1 Milliarden bis 2026, mit einer jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 17,9% von 2021 bis 2026. Der nordamerikanische Markt wird während des Prognosezeitraums voraussichtlich den größten Marktanteil halten, was durch Regierungsprogramme wie AM Forward weiter gestützt wird.

Die Medizin- und die Luft- und Raumfahrtindustrie sind aufgrund des hohen Werts und der relativ geringen Stückzahlen ihrer Produkte die führenden Anwender der Metall-AM-Technologie. Der weltweite Markt für medizinisches AM wurde im Jahr 2020 auf 1,5 Mrd. USD geschätzt und wird bis 2025 voraussichtlich 3,7 Mrd. USD erreichen, mit einer CAGR von 20,5 % von 2020 bis 2025. In dieser Branche wird die Technologie zunehmend für die Herstellung maßgeschneiderter und komplexer medizinischer Implantate wie Wirbelsäulenimplantate und Hörgeräte eingesetzt. Eine wachsende Zahl bedeutender Hersteller von Medizinprodukten nutzt beispielsweise die Laser-Pulverbett-Fusion (L-PBF), um Wirbelsäulenimplantate mit einer einzigartigen Struktur herzustellen, die die Wirbelsäule nachahmt mechanischen Verhalten des natürlichen Knochens. Dies führt zu besseren Behandlungsergebnissen und höherer Patientenzufriedenheit bei gleichzeitiger Einhaltung der Anforderungen von A u f s i c h t s b e h ö r d e n und der strengen Anforderungen von Qualitätssystemen mit Zertifizierungen wie ISO 13485. AM verkürzt auch die Produktionszeiten und die Lagerbestände in der gesamten Wertschöpfungskette, was zu Kosteneinsparungen für die Gesundheitsdienstleister führt. All dies rechtfertigt weiterhin Investitionen in AM durch führende medizinische Unternehmen.

Maximierung des Durchsatzes für medizinische Hersteller

Die Wirbelsäulenindustrie setzt AM schon seit Jahren in großem Maßstab ein. Dies ist der Größe und Menge der Implantate zu verdanken, die auf einer Bauplatte untergebracht werden können, sowie dem Volumen der vom Markt benötigten Implantate. Bei anderen medizinischen Implantaten besteht die Herausforderung darin, den erforderlichen Durchsatz zu erreichen, wenn die Größen groß und die Formen vielfältig sind. Der Durchsatz ist heute ein wesentlicher Bestandteil der Fertigung. Wenn der Platz begrenzt und der Bedarf hoch ist, bieten AM-Maschinen mit größeren Bauplatten und mehreren Lasern die Möglichkeit, den Bedarf der Industrie zu decken. Die FormUp 350 zum Beispiel ist ein 4-Laser-System mit einer 350 mm x 350 mm großen Bauplatte und einem Pulvermodul, das die Zeit für die Handhabung des Pulvers reduziert. Diese Merkmale sorgen für hohe Produktivität, Zeitersparnis und geringere Gesamtproduktionskosten, was zu einem verbesserten Verfahren für die Massenproduktion hochkomplexer und/oder kundenspezifischer medizinischer Teile führt.

Der weltweite Markt für AM in der Luft- und Raumfahrt wurde im Jahr 2020 auf 0,9 Milliarden US-Dollar geschätzt und wird bis 2026 voraussichtlich 3,3 Milliarden US- Dollar erreichen, mit einer CAGR von 21,6 % von 2020 bis 2026, so ein Bericht von Research And Markets. In dieser Branche ermöglicht Metall-AM die Herstellung von leichteren und effizienteren Komponenten, was zu einer höheren Treibstoffeffizienz und geringeren Betriebskosten führt. So hat Boeing beispielsweise bekannt gegeben, dass die Herstellung von Strukturteilen aus Titan für den 787 Dreamliner mittels Metal AM schätzungsweise 2 Millionen Dollar pro Flugzeug an Gewichtsreduzierung und Herstellungskosten einsparen wird.

In Process Monitoring ~ Ein Wendepunkt für die Luft- und Raumfahrtindustrie

In der Luft- und Raumfahrtindustrie ist die Qualifizierung und Regulierung von Komponenten obligatorisch. Qualitätssicherungssoftware wird in dieser Branche eine entscheidende Rolle spielen, da die additive Fertigung so strenge Tests und Prüfungen erfordert, die oft teuer und langwierig sind und sich auf die Vorlaufzeit und Produktivität auswirken. Unternehmen wie AddUp sind führend bei der Prozessüberwachung und bieten mit einer kompletten Suite von Qualitätssicherungssoftware Vertrauen in die Qualität der Teile, um den Bedarf an strengen Tests nach dem Drucken eines Teils zu verringern oder sogar zu eliminieren. Die Software-Suite von AddUp besteht beispielsweise aus 3 Schlüsselelementen. Das erste ist eine Makroansicht der Vorgänge in der Maschine, die auf einer intuitiven Plattform namens AddUp Dashboards visualisiert wird. Als Nächstes wird die Ausführung der Produktion auf mikroskopischer Ebene mit Meltpool Monitoring analysiert, um Dutzende von Parametern mit sehr hoher Frequenz zu messen. Schließlich überprüft und korrigiert das Recoat Monitoring proaktiv und automatisch das Pulverbett während der Produktion. Diese Art von Software-Innovation wird entscheidend dazu beitragen, die Industrialisierung von AM voranzutreiben, insbesondere in stark regulierten Märkten wie der Luft- und Raumfahrt.

Es gibt viele Gründe, die dafür sprechen, dass die Metall-AM-Branche in den kommenden Jahren ihren Wachstumskurs fortsetzen wird, da die Nachfrage aus verschiedenen Sektoren steigt. Für die richtigen Anwendungen bietet die Technologie eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Fertigungsmethoden, darunter schnellere Produktionszeiten, weniger Abfall, höhere Designflexibilität und letztlich eine höhere Produktwirksamkeit. Zwar ist kurzfristig mit einer Verlangsamung zu rechnen, die auf die restriktivere Finanzpolitik und die Auswirkungen von Finanzmarktaktivitäten wie SPAC-Finanzierungen zurückzuführen ist, doch wird die Entwicklung neuer Materialien und Verfahren die Herstellung von Produkten mit verbesserter Leistung vorantreiben, und die Branche wird ihren Aufstieg zu einer immer weiter verbreiteten Fabriktechnologie fortsetzen.

Wir bei AddUp sind weiterhin zuversichtlich, dass die additive Fertigungsindustrie ein schnell wachsender Bereich mit einer vielversprechenden Zukunft bleibt. Die Sektoren Medizin und Luft- und Raumfahrt werden weiterhin die führenden Anwender der fortschrittlichen Technologien bleiben und die Nachfrage nach komplexen und maßgeschneiderten Komponenten ankurbeln. Trotz einiger kurzfristiger Widrigkeiten wird die Branche in den kommenden Jahren weiter expandieren und voraussichtlich eine immer wichtigere Rolle bei der Gestaltung der Zukunft der Fertigung spielen. Mit ihrem Potenzial, die Art und Weise, wie Produkte entworfen, hergestellt und ausgeliefert werden, zu revolutionieren, hat die additive Fertigung das Potenzial, erhebliche wirtschaftliche Vorteile zu bringen und neue und spannende Möglichkeiten für Unternehmen, Fachleute und Verbraucher gleichermaßen zu schaffen.

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