Additive Fertigung Flashcards
Additive Fertigung (AF)
Anwendung additiver Fertigungsverfahren, synonym verwendet (Generative Fertigung, Additive Manufacturing)
Additives Fertigungsverfahren
Fertigungsverfahren, bei dem das Werkstück element- oder
schichtweise aufgebaut wird.
Rapid Prototyping
Additive Herstellung von Bauteilen mit eingeschränkter Funktionalität, bei denen jedoch spezifische Merkmale ausreichend gut ausgeprägt sind.
Einteilung der Rapid-Verfahren nach Einsatzzweck
▪ Rapid Prototyping → Prototypen
▪ Rapid Tooling → Werkzeuge
▪ Rapid Manufacturing → Serienprodukte
Prozessablauf von additiver Fertigung
- Erzeugung der CAD-Daten
▪ Fertigungsgerechte Konstruktion
▪ Umwandlung der CAD-Daten in Austauschformat
▪ schichtweise Geometriezerlegung - Slicing - Auswahl des AF-Materials und des AF-Verfahrens
▪ Basierend auf den Anforderungen an das Bauteil
▪ Festlegung der materialabhängigen Prozessparameter - Additiver Fertigungsprozess
▪ Bauteilstrukturen
▪ Supportstrukturen - Nachbehandlung
▪ Supportstrukturen entfernen
▪ Nachbearbeitung chemisch/mechanisch
Verfahrensprinzip der Stereolithographie (SL)
▪ flüssig bis pastöses Ausgangsmaterial in Behälter
▪ fotoreaktive Prepolymer-Kunstharze auf Acryl- oder Epoxydharzbasis
▪ lokales Verfestigen durch einen spiegelgeführten Laserstrahl
▪ schichtweise Absenkung der Bauplattform
Prozesskette der Stereolithographie (SL)
Bauteil generieren
-Selektive Polymerisation
-Werkstück absenken
-definierte Schicht aufbringen
Post Processing
-Ablösen
-Stützen entfernen
-Aushärten (Restpolymerisation)
-Waschen
Vor- und Nachteile von Stereolithographie (SL)
Vorteile:
▪ Oberflächenqualität
▪ Bauteilgröße nur abhängig von der Größe
des Harzbades
▪ minimale Auflösung 10 μm
▪ variable Schichtdicken
Nachteile:
▪ nur eine Werkstoffklasse
▪ Nacharbeit
▪ toxischer Abfall
▪ Stützen notwendig
▪ geringe Festigkeit
Vektorverfahren
Kontur wird aus Grundelementen
wie Geraden und Bögen erzeugt
Rasterverfahren
Zeilenweise Generierung der Kontur;
besteht wie beim Vektorverfahren aus Grundelementen
Verfahrensprinzip von Laser-Sintern (LS)
Verfahrensprinzip
▪ pulverförmige Werkstoffe in Behälter
▪ lokales Sintern eines pulverförmigen Ausgangsmaterials mit Hilfe eines Lasers
▪ vektororientierte Konturierung
▪ schichtweise Absenkung der Bauplattform
Laser-Sintern Vor- und Nachteile
Vorteile:
▪ große Auswahl an Werkstoffen und
Anwendungen
▪ recyclebarer Werkstoff
▪ Mechanisch und thermisch belastbar
▪ Stützstrukturen für Kunststoffe verzichtbar
Nachteile:
▪ Modellgenauigkeit abhängig von Pulver,
Strahldurchmesser
▪ sehr große Teile nur durch Fügen herstellbar
▪ Verzugsproblem
▪ Notwendige Beheizung des Druckraums
Verfahrensprinzip Laser-Strahlschmelzen (LBM)
▪ lokales Aufschmelzen des pulverförmigen Ausgangsmaterials im Laserfokus
▪ Verbindung des Pulvers im Schmelzbad
▪ sehr hohe Dichte des Werkstücks (≥99%)
▪ vektororientierte Konturierung
▪ Einkomponenten-Metallpulver und Keramiken
Laser-Strahlschmelzen (LBM) Vor- und Nachteile
Vorteile:
▪ Materialeigenschaften ähnlich wie bei
konventionellen Fertigungsverfahren
▪ keine Nachbehandlung zur Dichtesteigerung
notwendig
▪ Filigrane oder hochkomplexe Strukturen
realisierbar
▪ große Auswahl an Werkstoffen und Anwendungen
Nachteile:
▪ große Teile nur durch Fügen herstellbar
▪ Gesundheitsgefährdung durch die Partikel
▪ Verzug durch Eigenspannungen
▪ hohe Werkstoffkosten & Energiebedarf
Verfahrensprinzip Layer Laminated Manufacturing (LLM)
▪ Schicht-für-Schicht-Bauprozess durch Ausschneiden der Schichtkontur mittels Laser, Messer oder
Wasserstrahl sowie Verkleben der Folien oder Fügen durch Ultraschall
▪ Nicht zur Form gehörendes Material wird in feine Strukturen zerschnitten und bleibt als
Stützstruktur im Bauvolumen
Layer Laminated Manufacturing (LLM) Vor- und Nachteile
Vorteile:
▪ große Bauteile
▪ keine Stützkonstruktion
▪ Keine Nachhärteprozesse
▪ keine inneren Spannungen → keine Schrumpfung
Nachteile:
▪ begrenzte Werkstoffe und Anwendungen
▪ begrenzte Langzeit-Bauteilgenauigkeit bei
Papier
▪ aufwendige Nacharbeit
Verfahrensprinzip Fused Layer Modelling/Manufacturing (FLM)
▪ Beim FDM-Verfahren wird drahtförmiges Material (z.B. Wachs) in einer beheizten Düse in einen
zähflüssigen Zustand versetzt und schichtweise aufeinandergelegt
▪ i.d.R. kunststoffbasierte Materialien: Polylactide (PLA), ABS
▪ Für Stützstrukturen steht i.d.R. ein leicht zu entfernendes zweites Material zur Verfügung, das über
eine zweite Düse verarbeitet wird
Fused Layer Modelling/Manufacturing (FLM) Vor- und Nachteile
Vorteile:
▪ einsatzfähige Muster
▪ relativ kostengünstig
▪ mehrfarbige Bauteile möglich
▪ Stützen lassen sich leicht entfernen (Auswaschen)
Nachteile:
▪ Stützen erforderlich
▪ begrenzte Werkstoffe/ Anwendungen
▪ begrenzte Bauteilkomplexität und Auflösung
▪ geringer Baufortschritt
3D-Drucken (3DP) Verfahrensprinzip
▪ Direktes selektives Aufbringen der Schichten durch Pulver-Binder Verfahren.
▪ Der 2. Druckkopf bringt Stützstrukturen auf, die anschließend durch Schmelzen einfach entfernt werden können
▪ Mehrere Druckköpfe für verschiedenfarbige Binder
▪ Infiltrierung mit Epoxidharz zur Erhöhung der mechanischen Belastbarkeit
3D-Drucken (3DP) Vor- und Nachteile
Vorteile:
▪ einsatzfähige Muster und Designstücke
▪ kostengünstiges Verfahren
▪ Wiederverwendbare Reste
▪ mehrfarbige Modelle möglich
▪ i.d.R. keine Stützstrukturen notwendig aufgrund der Stützwirkung der Pulver
Nachteile:
▪ begrenzte Werkstoffe / Anwendungen
▪ begrenzte Bauteilkomplexität und Auflösung
▪ Aufwändige Nachbearbeitung zur Erhöhung der mechanischen Belastbarkeit
Poly-Jet Modelling (PJM) Verfahrensprinzip
▪ Schicht-für-Schicht-Bauprozess durch Linie-für-Linie-Auftragen von Fotopolymer-Flüssigharzen
▪ unmittelbares Aushärten durch UV-Strahler
▪ chemischer Bindungsmechanismus durch UV-Vernetzung
▪ rasterorientierte Schichtkonturierung
Poly-Jet Modelling Vor- und Nachteile
Vorteile:
▪ extrem hohe Auflösung
▪ sehr glatte Oberflächen
▪ hohe Genauigkeit (Schichtstärke von 0,016 mm)
d.h. nahezu keine Treppenstufen sichtbar
▪ gute Stabilität (ab 0,5 mm Stärke)
▪ keine Nacharbeit der Objektkonturen notwendig
Nachteile:
▪ Begrenzte Materialauswahl
▪ Hohe Materialkosten
▪ Stützkonstruktion nötig
▪ Ausschmelzen der Stützkonstruktion nötig
