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Fertigungstechnik (Fach) / 3d Generative Fertigungsverfahren (Lektion)

3d

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  • 3 Elemente von Rapid Technology erläutern Rapid Prototyping (in Phase der Produktentwicklung)   Herstellung von Modellen und Prototypen (vom physischen Bauteil ohne Produktcharakter)   weisen nur besonders repräsentative Eigenschaften aufRapid Manufacturing (in Phase der Fertigung)   Herstellung von Bauteilen, die die Eigenschaften von Endprodukten aufweisen Rapid Tooling   generative Herstellung von Werkzeugeinsätzen
  • Grundlagen + Motivation Generativer Fertigungsverfahren + Möglichkeiten der Digitalisierung + 2 Besondere Kennzeichen Grundlagen:   Auf- oder Aneinanderfügen von Volumenelementen   meist schichtenweise (2 ½ D Verfahren)   gewährleisten direkte Umsetzung vom virtuellen zum physischen Bauteil Besondere Kennzeichen   Generierung aus 3D-CAD-Daten+ leich skalierbar Motivation   Reduktion der Herstellkosten komplexer Bauteile bei kleinen Stückzahlen   Verkürzung der Entwicklungszeiten   schnelle Visualisierungshilfe im Prototypenstadium   Realisierung von auf anderem Wege nicht herstellbaren Strukturen Möglichkeiten der Digitalisierung   CAD-Konstruktion: direkte Konstruktion; gängigste Methode   Digitalisieren von realem Modell:
  • Genereller Verfahrensablauf generativer Fertigungsverfahren 1.  Generieren einer Schicht (x-y-Ebene) 2.  Verbinden mit der vorheriger Schicht (z-Richtung)   Verklammerung in z-Richtung genau wie in x-y-Ebene   notwendige Energie so bemessen, dass auch Teile der vorherigen Schicht beeinflusst werden und so mit neuer Schicht verbunden werden
  • 3 Grundlegende Physikalische Verfahren o  Generieren aus flüssiger Phase o  Generieren aus fester Phase o  Generieren aus Gasphase
  • Problematik durch Schichtaufbau   Formgebung in x-y-Ebene, 3. Dimension durch Schichtaufbau -> stufiges Schichtmodell   Prozesse in Bauebene x-y sehr genau   Genauigkeit in z-Richtung durch Schichtdickte bestimmt -> Orientierung der geometrischen Objekte extrem wichtig   reduzierte Schichtdicken erhöhen Prozesszeit
  • Verfahrensarten Flüssig nennen   lokale Polymerisation von flüssigem Kunstharz durch geeignete Energieträger o  Laserstrahl im Fokus (Laser-Scanning-Verfahren) o  Kreuzen von zwei jeweils unterkritischen Laserstrahlen (Mikrotechnik) o  starke UV-Lampe (Projektionsverfahren) o  Wärme (Thermal Polymerization)
  • Was ist bei der Polymerisation mittels Laserstrahlung zu beachten?   Energieverteilung im Laserstrahl inhomogen  verfestigte Volumina durchdringen sich (Overcure) -> Festigkeit   Belichtungsstrategie für zu verfestigende Flächen o  zunächst Randkurven (Borders) o  anschließend geeignete Schraffuren im Innern (Hatches)
  • Vorteile & Nachteile Laser-Scanning   genauestes aller generativen Fertigungsverfahren   Hohlräume möglich (Drainageöffnung)   Wiederverwendung von nicht vernetztem Monomer   Zusammenfügen großer Bauteile möglich    verfahrensbedingt an photosensitives Material gebunden   2-stufiges Verfahren   bei freien Strukturen Stützen notwendig
  • Strahlschmelzen erläutern   Pulver oder Granulate werden durch Energiequelle an- oder aufgeschmolzen und erstarren nach Abkühlung zu festem Körper   Energiequellen: Laserstrahl, Elektronenstrahl, Infrarot Flächenstrahler   meist verbreitetes Verfahren: Lasersintern (LS)
  • Vor und Nachteile Strahlschmelzen   mögliches Materialspektrum   besonders geeignet für massive, große Bauteile   schnell bezogen auf das Bauteilvolumen   kontinuierliche Konturierung in z-Richtung möglich   keine Stützkonstruktionen notwendig   stark heterogene Materialeigenschaften   innen liegende Bereiche müssen manuell entfernt werden   hoher Nachbearbeitungsaufwand   Maschinen meist nur für eine Schichtdicke ausgelegt
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  • Erläutern Fused Layer Modelling und nennen der 2 grundlegenden arten   Aufschmelzen aus der festen Phase und definiertes Aufbringen auf das Bauteil   Erstarren des Materials auf dem Bauteil durch Wärmeleitung   Unterteilung in  o  extrudierende Verfahren (bedeutender): Fused Deposition Modeling (FDM) o  ballistische Verfahren   Werkstoffe: Wachse oder thermoplastische Kunststoffe mit geringer Wärmeleitfähigkeit
  • Vor und Nachteile von Fused Layer Modelling   Materialien den Produktionswerkstoffen sehr ähnlich   einfache technische Umsetzung   vollständige Materialnutzung   unterschiedliche Materialien gleichzeitig verwendbar   Aufstellen in Büroumgebung möglich   darstellbarer Detaillierungsgrad   Ansetz bei Beginn der Extrusion verbleibt   Reinigungsmechanismus der Düsen notwendig
  • Erläuterung 3-D-Printing   Pulver-Binderverfahren   erzeugt feste Schichten durch Verkleben von Granulaten mit flüssigem Binder (entweder chemisch oder thermisch)   Werkstoffe: Pulver (theoretisch alle Materialien); Binder (meist wasserbasierte Systeme, Kunstharze)
  • Vor und Nachteile 3-D Printing   mögliches Materialspektrum   unterschiedliche Binder im Prozess möglich   Möglichkeit auch Pulver im Prozess zu variieren   nicht belastetes Pulver kann wieder verwendet werden   Festigkeit lediglich gestaffelt -> 2-stufiges Verfahren   Robustheit der Druckköpfe

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