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PBF

August 11, 2023 by

Lesen Sie die Fallstudie, um zu verstehen, wie man einen brauchbaren Wärmetauscher mit guten thermischen und mechanischen Eigenschaften in einem kurzen Zeitrahmen herstellen kann.

AddUp und PrintSky schließen sich zusammen, um den Technology Readiness Level (TRL) eines Wärmetauschers der neuen Generation zu erhöhen. Sie produzierten ein Hochleistungsbauteil mit komplexen Geometrien aus Aluminium mit Hilfe der additiven Fertigung von Metallen. Lesen Sie die Fallstudie, um zu verstehen, wie man einen brauchbaren Wärmetauscher mit guten thermischen und mechanischen Eigenschaften in einem reduzierten Zeitrahmen herstellen kann.

INDUSTRY

Aeronautics

CHALLENGE

To 3D print a heat exchanger with complex geometries and internal channels

KEY BENEFITS
  • Good corrosion resistance.
  • Mass reduction.
  • Complex geometries
icon addup
Mass Reduction
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Creative Shape
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Performance

Geschichte

Wärmetauscher werden in der Regel zu Kühl- oder Heizzwecken eingesetzt. Ein Wärmetauscher ist ein System zur Übertragung von Wärmeenergie zwischen zwei Fluiden (Gas oder Flüssigkeit). Je nach Anwendung können die Flüssigkeiten getrennt werden, um zu verhindern, dass sie sich vermischen oder in direkten Kontakt kommen. In der Luftfahrtindustrie können Wärmetauscher zur Kühlung d e r Triebwerke oder zur Erwärmung des Treibstoffs eingesetzt werden.

PrintSky ist ein Joint Venture zwischen der AddUp-Gruppe, die auf die additive Fertigung von Metallen spezialisiert ist, und Sogéclair, einem führenden Unternehmen für die Integration von Lösungen mit hohem Mehrwert in der Luft- und Raumfahrt sowie im zivilen und militärischen Verkehr. PrintSky hat die Expertise von AddUp und Sogéclair zusammengeführt, um den Technology Readiness Level (TRL) eines Wärmetauschers der neuen Generation zu erhöhen. Das innovative Design von PrintSky ermöglicht den W ä r m e a u s t a u s c h zwischen Glykolwasser auf der einen und einem Luftstrom auf der anderen Seite. Der Wärmetauscher ist so konzipiert, dass er in einem Luftstrom auf einem Rahmen in einem Hubschrauber installiert werden kann.

Herausforderungen

Die Konstruktion von Wärmetauschern mit traditionellen Verfahren wie Stanzen, Löten, Zerspanen usw. schränkt die Gestaltungsmöglichkeiten stark ein. Außerdem müssen für die Herstellung von Wärmetauschern mit diesen Verfahren teure Werkzeuge hergestellt werden.

Die Unabhängigkeit von diesen Werkzeugen durch die Verwendung des 3D-Drucks von Metall reduziert die Kosten und die Markteinführungszeit. Die Befreiung von Konstruktionszwängen ermöglicht es uns, nach effizienteren Konzepten zu suchen, die besser an den jeweiligen Fall angepasst sind.

Lösung

Die Technologie der additiven Fertigung von Metallen ermöglicht die Herstellung kompakter und effizienter Wärmetauscher. Es gilt, die Leistung zu verbessern, den Druckverlust während der Strömung zu verringern, die Austauschflächen zu vergrößern und gleichzeitig die Bildung einer dicken Grenzschicht zu vermeiden. Die Kombination von Kenntnissen in der additiven Fertigung und thermo-fluidischen Gesetzen ermöglicht die Schaffung innovativer Strukturen, die all diese Einschränkungen in Einklang bringen können, um eine optimale Leistung zu erzielen.

Das Drucken von Metallteilen auf einer AddUp FormUp® 350 Pulverbettfusionsmaschine (PBF) ermöglicht die Optimierung der Produktionszeiten. Beispielsweise erfordert eine Konstruktionsaktualisierung zur Erhöhung oder Verringerung der Wärmetauscherkapazität keine Neukonstruktion des Werkzeugs und keine Ingangsetzung der Schwerindustrie. Ein Ausdruck kann auf eine einfache Designaktualisierung folgen, um einen brauchbaren Wärmetauscher in einem kürzeren Zeitrahmen zu erhalten.

Die große Auswahl an Pulvern, die auf den FormUp 350-Maschinen verwendet werden können, ermöglicht die Anpassung des Materials an die jeweilige Anwendung. In diesem Fall haben uns die Temperatur-, Masse- und Korrosionsvorgaben dazu veranlasst, Aluminiumlegierungspulver AlSi7Mg zu verwenden. Die guten mechanischen und thermischen Eigenschaften dieser Legierung und die feine Korngröße ermöglichen glatte Oberflächen und optimierte Dicken.

Ergebnisse

Der Wärmetauscher wurde mit 0,5 mm dünnen Wänden und 0,2 mm Außen- und 0,35 mm Innenlamellen hergestellt. Das Walzenbeschichtungssystem des FormUp 350 in Verbindung mit der Verwendung eines feinkörnigen Pulvers ermöglicht den Druck von Teilen mit einer sehr guten Oberflächengüte.

Der Druck eines Wärmetauschers mit Powder Bed Fusion hat mehrere Vorteile:

  • Unabhängigkeit von Zulieferern
  • Leichtere Systementwicklung
  • Weniger Werkzeugkosten
  • Ein einziger Entwurf kann eine breite Palette von Anwendungsfällen abdecken 

Die Herausforderung besteht darin, ein neu optimiertes Metallteil mit m ö g l i c h s t geringem Materialeinsatz herzustellen. Darüber hinaus ermöglicht die additive Fertigung von Metallen dem Industriellen, sich von den Zwängen der Gießerei oder Schmiede zu befreien und hochleistungsfähige Teile mit komplexen Geometrien herzustellen.

August 11, 2023 by

AddUp hat einen kugelförmigen Tank 3D-gedruckt, der den Betriebsdruck von 60 bar für Zweiphasen-Flüssigkeitskreislaufanwendungen mit Flüssigkeiten im überkritischen Zustand bei maximaler Nicht-Betriebstemperatur des Systems halten kann.

ADS (Airbus Defence and Space) arbeitet mit AddUp zusammen, um einen kugelförmigen Tank herzustellen, der den Betriebsdruck von 60 bar für Zweiphasen- Flüssigkeitskreislaufanwendungen mit Flüssigkeiten im überkritischen Zustand bei maximaler Nichtbetriebstemperatur des Systems halten kann. Lesen Sie die Fallstudie über die Herausforderungen und Lösungen von 3D-gedruckten Metallteilen.

INDUSTRY

Aerospace

CHALLENGE

3D print a plate of tibia implants in Titanium

KEY BENEFITS
  • A single component
  • Part printed with no support inside
  • Reduce the mass of the part
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Mass Reduction
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Performance

Geschichte: AddUp und ADS

ADS (Airbus Defence and Space) ist ein Geschäftsbereich des Airbus-Konzerns, der zu den zehn weltweit führenden Unternehmen der Verteidigungs- und Raumfahrtindustrie gehört. Das Unternehmen ist auf Militärflugzeuge, Drohnen, Raketen, Trägerraketen und künstliche Satelliten spezialisiert. ADS möchte die Machbarkeit der additiven Fertigung von Teilen wie Hohlkugeln aus Edelstahl prüfen. Ziel ist die Herstellung eines versiegelten Behälters, der den Betriebsdruck von 60 bar für Zweiphasen-Fluidkreislaufanwendungen mit Fluiden im überkritischen Zustand bei maximaler Nichtbetriebstemperatur des Systems halten kann.

Dieser Tank kann in einem Zweiphasen-Wärmetauscher verwendet werden. Bei Umgebungstemperatur liegt das im System enthaltene Arbeitsmittel über seiner kritischen Temperatur, d. h. es ist vollständig gasförmig. Der Zweck dieses Tanks besteht darin, das Volumen des Flüssigkeitskreislaufs zu erhöhen, um den Innendruck bei einer bestimmten Temperatur zu begrenzen.

Herausforderungen beim Drucken eines geschlossenen Tanks

Die bestehende Technik zur Herstellung des Tanks besteht aus einem Zylinder und bearbeiteten halbkugelförmigen Schalen, die miteinander verschweißt werden. Bei dieser Konstruktion ist das fertige Teil zu massiv, und die geschweißten Bereiche werden während des Druckaufbaus zu stark beansprucht. ADS beauftragte AddUp mit der Lösung dieser Probleme und der Herstellung eines Tanks im 3D-Metalldruckverfahren, um sich von den Beschränkungen herkömmlicher Verfahren zu befreien. Mit dieser neuen Designfreiheit kann der Tank kugelförmig sein, eine ideale Geometrie, um dem Druck standzuhalten. Die größte technische Herausforderung bei diesem Projekt bestand darin, eine Kugel ohne innere Stützstrukturen zu drucken.

Die Herstellungsspezifikationen:

  • Material Edelstahl 316L
  • Widersteht einem Druck von 60 bar
  • Ein einziges Bauteil ohne Montage
  • Keine inneren Stützen
  • So leicht wie möglich bei gleichzeitiger Erfüllung der Druckanforderungen
  • Sphärisches Design

Lösung für einen 3D-gedruckten Kugeltank

Für die Herstellung der Kugel wurde die FormUp® 350 gewählt, weil sie mit einem Walzenbeschichtungssystem und feinem Pulver ausgestattet werden kann. Diese Maschine in dieser Konfiguration ermöglicht es, große überhängende Flächen ohne Stützen zu bauen.

Der rostfreie Stahl 316L wurde für diese Anwendung wegen seiner Korrosionsbeständigkeit gewählt, die eine lange Lebensdauer ermöglicht.

Ergebnisse und Vorteile der additiven Fertigung

AddUp , ein Hersteller von 3D-Metallteilen, hat die von ADS bereitgestellte neue Geometrie erfolgreich gedruckt und musste sie dank der Fähigkeiten des FormUp® 350 nicht verändern. Die endgültigen Abmessungen betragen 78 mm Innendurchmesser und eine Dicke von 2,2 mm.

Weitere Informationen über Airbus Defence and Space finden Sie hier.

chart addup
  • Der kombinierte Einsatz der Walze und des feinen Pulvers ermöglichte es, die Herstellung von dünnen Wänden mit perfekter Oberflächengüte. Die Oberfläche im Inneren des Teils ist sauber und muss nicht nachbearbeitet werden.

  • Die 3D-gedruckten Teile hielten dem Wasserdruck von 60 bar zwei Minuten lang stand, was ausreichte, um die Druckbeständigkeit zu überprüfen.

  • Die Außenseite des neuen Metallteils wurde maschinell bearbeitet, um eine gleichmäßige Dicke über die gesamte Kugel zu gewährleisten und die mit dem Verfahren verbundenen Oberflächenfehler zu beseitigen.

"Airbus Defence and Space SAS verfügt über große Erfahrung in der Entwicklung innovativer additiv gefertigter Produkte mit AddUp. Dieser neue Demonstrator zeigt die technische Kompetenz von AddUp bei der Herstellung innovativer Designs, die es Airbus DS ermöglichen, bahnbrechende und hochwertige Anwendungen vorzuschlagen. Dieses Design wäre ohne die von AddUp entwickelte Feinpulver-Rollen- Technologie nicht möglich gewesen. Es öffnet eine neue Tür für weitere innovative Designs."

~ Delphine Carponcin, Projektleiterin Additive Fertigung, Airbus Defence and Space

October 17, 2019 by

Verbesserung der Hotspots von Spritzgießwerkzeugen für optimale Kühlung mit additiver Fertigung

INDUSTRY

Tooling & Molding

CHALLENGE

Improving injection mold hotspots for optimal cooling capabilities with additive manufacturing.

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INCREASED PRODUCTIVITY
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REDUCED MANUFACTURING TIME
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CONFORMAL COOLING

Geschichte

Als führender deutscher Modell- und Formenbauer bietet Siebenwurst für Ihre Kunden mehr als nur eine gute Form. Sie verbinden Tradition mit Hightech und bieten intelligente und innovative Komplettlösungen.

Siebenwurst steht seit über einem Jahrhundert für höchste Qualität im Modell- und Formenbau und liefert vom Designmodell bis in die Serienproduktion perfekte Werkzeuge. Modernen Methoden und Fertigungstechnologien garantieren schnellste Werkzeuganfertigungen. Erste AM-Tooling Anwendungen wurden in den letzten zwei Jahren mit AddUp entwickelt und ausgewertet.

Herausforderung

Die konventionelle Auslegung von Kühlsystemen stößt bei kritischen Formteilen aufgrund der Komplexität der Geometrie an ihre Grenzen. Deshalb ist es mit einer konventionellen Innenkühlung schwierig, alle Konturenabschnitte ausreichend und gleichmäßig zu kühlen. Dies kann zu einer inhomogenen Temperaturverteilung in der Anwendung führen und es können Hot-Spots im Bauteil entstehen.

Hot-Spots sind entscheidend für die Zykluszeit und die Qualität in der Produktion und müssen für gute Ergebnisse vermieden werden. Bei unzureichend temperierten Formen und gewünscht gleicher Qualität, steigt die Zykluszeit und das Werkzeug wird unweigerlich unproduktiver.

Lösung

Das Pulverbettschmelzen ermöglicht neue Gestaltungsfreiheiten, an die die konventionelle Bearbeitung nicht heranreicht. Formen können mit parallelen Kühlkreisläufen gebaut werden, die den Konturen der Formoberfläche folgen, unabhängig von der Form des fertigen Teils. Diese neue Art von Kühlkreisläufen wird als Conformal Cooling bezeichnet.

Die konforme Kühlung ermöglicht es, die Querschnitte der Kanäle zu reduzieren. Dies ist möglich, weil mehrere Kanäle parallel vom Einlass zum Auslass verlaufen können und so die Formoberfläche homogen abbilden. Die Kanäle können leicht so gestaltet werden, dass sie perfekt in die komplexen Zonen der Form passen. Die Haltbarkeit und Herstellbarkeit der Formen soll mit der konventionellen Methode vergleichbar, wenn nicht sogar besser sein.

Die additive Herstellung des Werkzeugs selbst ist zwar mitunter teurer als die Herstellung mit anderen Verfahren, aber diese Mehrkosten werden durch die erhöhte Produktivität und Langlebigkeit des Werkzeugs bei der Herstellung des Endprodukts wieder wettgemacht.

Prozess

Um die Vorteile des 3D-Drucks voll auszunutzen zu können, musste der Schieber neu konstruiert und die CAD-Datei geändert werden. Das neue Design beinhaltet balancierte Kühlkreisläufen mit einzelnen, parallel angeordneten Kanälen. Auf diese Weise kann das Kühlmittel näher an die zu kühlenden Teile heranfließen, unabhängig von ihrer Form. Die Abkühlungsraten sind schneller, aber auch homogener im gesamten Teil, da die Kanäle einen gleichmäßigen Abstand zu den Merkmalen haben. Mit anderen Worten: keine heißen Stellen mehr.

Der Arbeitsablauf der Additiven Fertigung erfordert auch einige Anpassungen am CAD-Modell. Alle Referenzen und Spannflächen, die in nachgelagerten Bearbeitungsprozessen verwendet werden sollen, müssen in das Modell integriert werden. Diese Merkmale müssen möglicherweise angepasst werden, wenn sich das Design des Teils ändert.

Produktion

Die Schieberkopfeinsätze werden mit der folgenden Maschinenkonfiguration gedruckt:

  • FormUp 350 mit 4 Lasern
  • Werkzeugstahl 1.2709 / Maraging 18Ni300 (46-50HRC)
  • Feines Pulver (5-25µm)
  • Roller Recoating Technologie

Für ein Werkzeug werden verschiedene Schieberformen benötigt, von denen alle 8 auf eine FormUp-Bauplattform (350x350mm) passen, die noch Platz für Prüfkörper bietet. Dank der großen Bauplatte und 4 Lasern können alle Einsätze in einem Produktionsauftrag gedruckt werden. Die Fertigstellung aller benötigten Teile in einem Arbeitsgang bedeutet eine enorme Zeit- und Kostenersparnis bei der Inbetriebnahme des Druckers.

Die Roller Abziehtechnologie ermöglicht die Verwendung von feinem Pulver, das in Verbindung mit einem herkömmlichen Klingen- oder Schaberbeschichter verklumpt. Die Verwendung des Rollers ist einzigartig für AddUp.

Die Roller Abziehtechnologie hat den Vorteil, dass durch eine höhere Verdichtung und gleichmäßige Verteilung der einzelnen Pulverschichten beste Oberflächen- und Konturqualitäten erzielt werden. Bei dieser Anwendung konnte Siebenwurst die Oberflächenbearbeitung deutlich reduzieren, was zu einer Kosteneinsparung von 42% in diesem Bereich führte.

Ein weiterer Schwerpunkt bei diesem Bauteil ist die Konturqualität mit dem Ziel, die Nachbearbeitung auf ein Minimum zu beschränken und die geometrische Abweichung so gering wie möglich zu halten.

Die Bounding Box des Teils ist 100x65x50 mm3 und die maximale Abweichung von der Konturdefinition beträgt 0,12mm Siebenwurst führte die komplette Nachbearbeitung der Schieber und die Bemusterung der Kunststoffteile durch. Die vorherige Bemaßung und Fertigbearbeitung funktionierte einwandfrei und die Bemusterung konnte problemlos im Originalwerkzeug durchgeführt werden.

Die folgenden Bilder zeigen die erzeugte Oberfläche und die Präzision der gedruckten Kontur.


Results

Early trials show the maximum temperature recorded at the insert dropping by 16°C, a clear mark of improvement and a sign that the hot spot was eliminated in the new design. The printed part held to the expected geometric tolerance and allowed for a significant reduction in surface finishing expenses. As the study continues, cycle time and tool longevity will be studied as well.

The success of this project inspired further cooperation between AddUp and Siebenwurst in the near future, and has opened the doors for Siebenwurst to pursue more AM applications.

Siebenwurst Door Handle
Siebenwurst Door Handle 2
  • Reduction of the slide valve temperature from 62°C to 46°C

  • Elimination of temperature hotspot in slide gate area

  • Surface finishing cost reduction of 42%

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