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Additive Fertigung > Alles > Flashcards

Alles Flashcards

1
Q

neue Möglichkeiten mit additiver Feritung

A
  • Ortsunabhängige Fertigung
  • komplett neue Design Richtlinien
  • Aufhebung der Beschränkungen etablierter Fertigungsmethoden
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2
Q

Anlagenaufbau SLA

A
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3
Q

Indirekte Verfahren: Beispiele

A
  • Vakuumgießen
    • Positivfertigung - Ziel sind Bauteile
    • Additive Fertigung des Endbauteils und Erstellen einer Silikonform zur Kleinserienfertigung
  • Feingießen
    • Negativfertigung (Ziel ist das Werkzeug)
    • Additive Fertigung der Form, sequenzielle Abformung bis zur Feingussform
  • Harzabgießen
    • Negativfertigung (Ziel ist das Werkzeug)
    • Additive Fertigung der Form, sequenzielle Abformung bis zum Harzabguss
  • Keltool-Prozess
    • Negativfertigung (Ziel ist das Werkzeug)
    • Additive Fertigung der Form, Abgießen mit einer Metall / Harzmischung
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4
Q

Anlagenaufbau Poly Jet Modeling

A
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5
Q

Infiltrieren 3D Druck:

A
  • Festigkeitswerte und Eigenschaftsspektrum nach dem Druckprozess beschränkt -> Zielkonflikt aus Druckgeschwindigkeit und Infiltration
  • Bauteileigenschaften hängen im stark von dem Matrixsystem ab
  • Nachträgliche Infiltration mit einem geeigneten Matrixsystem steigert Festigkeitswerte und geben dem Bauteil seine späteren Eigenschaften
  • Übliche Harzsysteme (Epoxid-Harze, Acryl-Harze, Polyurethane)
  • Oberflächen können mittels Wachsinfiltration gesteigert werden.
  • Gleichzeitig ist ein erheblicher Dichteanstieg zu verzeichnen.
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6
Q

Multi Jet Modeling: Zeilensprungverfarhren

A
  • Hohe Auflösung möglich
  • Höherer Bindereintrag
  • Verhindert, dass Tropfen durch Kohäsionskräfte ineinanderfließen
    • höhere Konturschärfe
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7
Q

Vakuumgießen Ablauf:

A
  1. Erstellen des Urmodells
  2. Vorbereiten der Silikonform
  3. Gießen der Silikonform und Aushärten unter Vakuum
  4. Öffnen der Silikonform
  5. Gießen der Teile unter Vakuum
  6. Entformen des fertigen Teiles
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8
Q

Kriterien bei der Auswahl des Antriebssystem

A
  • Kinematische Kriterien: Geschwindigkeit…
  • Dynamische Kriterien: Momente
  • Technologische Kriterien: Erwärmung, Laufruhe
  • Technisch-wirtschaftliche Kriterien: Kosten
  • Marketing Kriterien: Innovation, Trends
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9
Q

Maßnahmen zur Herstellung guter Bauteile:

A
  • Plane Bauplattform
  • Definierte Abkühlung der Schmelzestränge
  • Temperierung: Bauplattform und / oder Bauraum
  • Temperaturdifferenz zwischen Heizbett und Düse verringern
  • Haftung an der Bauplattform:
    • Aufrauen der Oberfläche
    • Haftvermittler (PET-Folie, Klebestift, Klebeband,..)
    • Regelmäßige Reinigung des Druckbetts
  • Konstruktive Änderung am Bauteil
  • Prozessparametervariation (Ablagestrategie, Temperaturen, Infill, etc.)
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10
Q

Topologieoptimierung

A

Ob eine Topologieoptimierung sinnvoll ist, hängt vom Fertigungsverfahren ab

  • FDM: häufig nicht sinnvoll
    • Geometrien sind nicht uneingeschränkt fertigbar
    • Beeinflusst Optik
    • Beeinflusst teilweise Funktionsflächen
  • Alternativen:
    • Infill nutzen
    • Lastpfadgerechtes Infill
    • Virtuelle Fasern
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11
Q

Thermotransfer-Sintern (TTS) Verfahren

A

Verfahrensprinzip: Schichtweises Auf- bzw. Anschmelzen von thermoplastischem Pulver mittels Einwirkung von Wärmestrahlung

  • Ausgangsmaterial
    • Unverstärkte Polymere, Polymermischungen
  • Darbietungsform
    • Pulver
  • Bindungsmechanismus
    • Physikalisch (thermisch)
  • Aktivierungsenergie
    • Erwärmung durch Wärmestrahlung des Thermotransfer-Druckkopfs
  • Post-Prozess
    • Reinigen mittels Druckluft
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12
Q

Sicherheit in der Produktion

A
  • Offener Zugang.
    • Bediener oder Dritte können direkt in den Bauraum oder Materialvorlage eingreifen
  • Gesicherter Zugang:
    • Bediener oder Dritte können nicht direkt in den Bauraum oder Materialvorlage eingreifen
  • Übernachtbetrieb muss möglich sein:
    • Sicherheitskonzept notwendig, wie CO2 Löschanlage
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13
Q

Stereolithographie (SLA) Verfahren

A

Verfahrensprinzip: Polymerisation von flüssigen Harzsystemen durch UV-Bestrahlung Transparente Bauteile möglich

  • Ausgangsmaterial
    • UV-aktivierbare Kunstharze ohne und mit Füllstoffen
  • Darbietungsform
    • Flüssig, pastös
  • Bindungsmechanismus
    • Chemisch (kovalente Bindung)
  • Aktivierungsenergie
    • UV-Strahlung durch Laser oder Lampen
  • Post-Prozess
    • Reinigen, Nachvernetzen und –härten im UV Ofen
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14
Q

Continuous-Inkjet-Verfahren: Materialaustrag - Technologien

A
  • Piezo-Jet:
    • Piezoplättchen, Piezoröhrchen oder Piezolamelle
    • Ruhephase - Abschussphase - Ladephase
  • Bubble-Jet-Prinzip:
    • Heizelemente im Düsenbereich
    • Blasenentstehung Austreiben der Tröpfchen
  • Druckventil Druckkopf
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15
Q

Fluid- mechanischer Antrieb

A
  • Veränderliche Bewegungsabläufe
  • Hydraulisches Medium notwendig
  • Synchronisation mehrerer Bewegungen
  • sehr aufwendig und unsicher
  • Bevorzugt diskrete Endlagen

Hydraulik:

  • Große Kräfte
  • Sehr aufwendige Steuerung

Pneumatik:

  • Flexibel
  • Relativ schnelle Bewegungen
  • Geringe Haltekräfte
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16
Q

Etablierte Bauplattformen

A
  • Glas
  • Granit
  • Thermoplast
  • Beschichtung
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17
Q

Vor und Nachteile STL

A
    • unabhängig vom CAD Programm
    • Dateigröße kleiner als CAD Datei
    • es werden nur Basisinformationen übernommen (keine Texturen)
    • nicht jedes 3D Modell in .STL direkt druckfähig -> “Reparatur” notwendig
    • nur Transformation 3D-Modell zu .STL möglich, nicht anders herum
    • STL-Datensätze enthalten nur die Geometrieinformation und keine Informationen über Farbe, Texturen, Material oder sonstige Bauteileigenschaften
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18
Q

Feingießen Verfahrensablauf:

A
  1. 1 Urmodel
  2. 2 Silikonform für Wachsmodell
  3. Wachsmodell
  4. tauchen (Schlicker)
  5. besanden
  6. mehrfach getaucht und besandet
  7. brennen und ausschmelzen
  8. gießen
  9. Bauteil = Wachsmodell aus Metall

Einsparpotenzial:

  • Additive Fertigung eines Wachsmodells (weiter ab 2.)
  • Additive Fertigung einer Keramikform (weiter ab 5.)
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19
Q

Additive Fertigung zur Fertigteilproduktion

A
  • Kleine Stückzahlen flexibel wirtschaftlich herstellen:
    • Anlagenbestandteile
    • Therapievorbereitung
    • Fixatoren
    • Lehrzwecke
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20
Q

Wie funktioniert Slicen?

A
  1. 3D Geometrie erzeugen
  2. zu .STL konvertieren - Oberfläche durch Dreiecke annähern
  3. Reparieren - Volumen fehlerfrei umschlossen
  4. Im Bauraum platzieren
  5. Stützstrukturen konstruieren
  6. Slicing: Durch Schneiden in parallelen Ebenen entstehen Konturen aus Polygonzügen
  7. Hatching: Füllen der Konturen
  8. Bauauftrag erzeugen: + Info Maschine, Material, Prozess
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21
Q

Anlagenaufbau FDM

A
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22
Q

Wirtschaftlichkeit additiver Fertigungsverfahren im Vergleich

A
  • Tendenziell konstante Stückkosten über die Stückzahl bei additiven Fertigungsverfahren
  • Anlagenauslastung wird über Kombination mehrerer Bauaufträge erzielt
  • Keine Werkzeugkosten
  • Keine Entwicklungs- und Abmusterungszeiten
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23
Q

Anlagen Aufbau CLIP

A
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24
Q

Vor und Nachteile Spritzgießen

A
    • Hohe Maßhaltigkeit und hohe Oberflächenqualitäten
    • Hohe Fertigungsgeschwindigkeit
    • Manueller Aufwand pro Bauteil sehr gering
    • Hohe Werkzeug- und Anlagenkosten
    • Individualisierung nur bedingt möglich
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25
Q

Phänomene der Alterung - Veränderungen am Bauteil

A

Belastungen des Polymerwerkstoffes führen zu:

Sichtbare Veränderungen

  • Verfärbung
  • Ablagerungen, Bewuchs
  • Zersetzung
  • Bruch, Spannungsrisse
  • Nachschwindung

Chemische Veränderungen

  • Molekulargewicht (Abbau, Vernetzung)
  • Reaktionen an Polymer und Additiven (z.B. Oxidation)

Veränderung technischer Eigenschaften

  • Gewicht
  • Festigkeit, Bruchdehnung
  • Schlagfestigkeit
  • Morphologie
  • thermische, elektrische, optische Eigenschaften

Viele Polymere sind anfällig für Einflüsse bei der Verarbeitung bzw. Nutzung. Beispiele:

  • UV-Beständigkeit
  • Sprödheit
  • Neigung zur Hydrolyse (Feuchte)
  • (thermo-)oxidativer Abbau
  • niedrige Temperaturbeständigkeit

►Additivierung notwendig

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26
Q

Einordnung additiver Fertigungsverfahren:

A

Materialkosten: 0,002 - 1,05 €/cm^3 Granulat

  • sehr günstig (AKF)
  • Pulver ist teuer aufgrund der aufwendigen Herstellung (SLS, SLM)
  • Momofilament und Photopolymer liegen im Mittelfeld (FDM, SLA)

Genauigkeit: 0,05 - 0,2 mm ca. 0,1mm

  • AKF ungenau (0,2mm)
  • SLM und SLA sehr genau (0,05mm)

Minimale Wandstärke: 0,05 - 0,4 mm

  • SLS benötigt hohe Wanddicken (0,4 mm)
  • mit SLM sind sehr feine Wandstärken möglich (0,05mm)
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27
Q

Beschichtete Bauplattformen

A

Vorteile:

  • Keine Vorbehandlung / Reinigung notwendig
  • Einfaches Ablösen des Bauteils
  • Geringes Gewicht

Nachteile:

  • Ebenheit hängt von Druckbett ab
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28
Q

Eichen und Kallibrieren

A

Spitzen / Ausschläge an Quadrantenübergängen

  • Haftreibung (und anschließendes Losreißen)
  • Umkehrspiel
  • Reglereinstellung

Oval, 45° geneigt, in UZS gleich wie gegen UZS

  • die an der Bewegung beteiligten Achsen stehen nicht senkrecht zueinander

Rauschen in gegenüberliegenden Quadrantenübergängen

  • Stick-Slip-Effekt (z.B. durch unzureichende Schmierung) in der Achse, an der der Quadrantenübergang mit Rauschen ist
  • Defekte Führung

kompletter Kreis verrauscht

  • Vibrationen in der Maschine

kompletter Kreis wellig (zyklisch)

  • Spindelsteigungsfehler
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29
Q

Anforderungen Druckköpfe

A

Anforderungen

  • Hohe Druckfrequenzen
  • Hohe Viskosität der Druckmaterials im Vergleich zu 2D Drucktinten
  • Ausrichtung der Druckköpfe muss exakt prüfbar sein
  • Zusätzliche thermische Energiezufuhr an den Düsen, um die Verarbeitbarkeit über die Viskosität zu beeinflussen

Technische Lösungen

  • Angepasste Prozesstechnik
    • Z.B. Zeilensprungverfahren
  • Angepasste Druckkopftechnik
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30
Q

Sie entscheiden sich für das Fused Deposition Modeling. Nennen Sie 5 Gestaltungsregeln, auf

die sie bei der Erstellung der CAD-Daten achten müssen.

A
  • Bahnverlauf anpassen (Krafteinleitung etc.)
  • Winkel dem Bauverfahren und Material anpassen
  • Schichten zur geschlossenen Fläche berücksichtigen
  • Minimale Restwanddicken beachten (Austragsbreite..)
  • Spitzenkonturen an Fertigungsgenauigkeit anpassen
  • So genau wie nötig so ungenau wie möglich
  • Die Gestaltungsfreiheit ausnutzen
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31
Q

Taktizitäten

A
  • isotaktisch
  • syndiotaktisch
  • ataktisch
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32
Q

Herstellung Monofilament

A
  1. Mischung der einzelnen Komponenten diskontinuierlich oder kontinuierlich möglich
  2. Compoundierung im Einschnecken- oder Doppelschneckenextruder
  3. Kühlstrecken mit Qualitätskontrolle und Filamentabzug
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33
Q

Materialanforderung hinsichtlich Erstarrungsverhalten und Schmelzverhalten

A

Erstarrungsverhalten:

  • Großes Delta zwischen TG bzw. TK und der Verarbeitungstemperatur
  • Material kann lange schwinden
  • Wenig Eigenspannungen
  • Wenig Verzug
  • Geringe Volumenschwindung?

Schmelzverhalten:

  • Günstige Viskosität: nicht zu zäh, nicht zu flüssig ca. 1000 Pa s
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34
Q

Eigenschaften von Pulver - Einflüsse

A

Fließeigenschaften abhängig von der inneren Reibung bzw. der Haftung zwischen den Körnern

Relevante Pulverparameter:

  • Feuchtigkeitsgehalt
  • Korngröße
  • Elektrische Aufladung
  • Oberflächenbeschaffenheit
  • Schüttwinkel als Maßzahl zur Charakterisierung der Fließfähigkeit
  • Bei passender Anregung verhalten sich pulverförmige Schüttgüter wie eine Flüssigkeit
    • Effekt der Fluidisierung
  • Gezieltes Einleiten von Druckluft lockert die Schüttung und erhöht die Fließfähigkeit
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35
Q

Harzabgießen Verfahrensablauf:

A
  1. Urmodel
  2. Einformen (Einbettung)
  3. Eintrennen und Gelcoat auftragen
  4. Abgießen der 1. Werkzeughälfte
  5. Entformen der Einbettung
  6. Eintrennen und Gelcoat auftragen
  7. Abgießen der 2. Werkzeughälfte
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36
Q

Vor und Nachteile 3D Druck

A

Vorteile:

  • Mehrfarbiger Druck möglich
  • Keine Stützstrukturen nötig
  • Breite Materialpalette
  • hohe Geschwindigkeit

Nachteile:

● Eingeschränkter Detaillierungsgrad

● Eingeschränkter Anwendungsbereich

● Nachträgliche Infiltration nötig

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37
Q

Je nach Anwendung können direkte Verfahren in drei große Bereiche aufgeteilt werden.

Benennen Sie diese 3 Bereiche!

A
  • Pulverbettbasierte Verfahren
  • Plastifizierende Verfahren
  • Polymerisierende Verfahren
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38
Q

Vor und Nachteile CLIP

A

Vorteil:

  • Sehr kurze Prozessdauer
  • Gute oberfläche
  • Transparente Bauteile möglich

Nachteil:

  • Anforungen an die Polymere: Sauerstoff inhibitierbar
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39
Q

Übliche Plastifiziereinheit für das Fused Deposition Modeling

A
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40
Q

Optimierung eines Bauteils für FDM

A
  • Ausrichtung im Bauraum
  • Angepasste Wandstärke
    • n x Austragsbreite
  • Keine Überhänge
    • ca. 45° Winkel
  • Weglassen von z.B. einer Vertiefung die auf der Bauplattform aufliegt
  • Gerade Wände
    • Vermeidung des Stufeneffektes
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41
Q

Lasersspotprobelmatik - vgl. Wandstärke FDM

A
  • Die Geometrie des Laserstahls und der schichtweise Aufbau von SLS Bauteilen verursachen geometrische Ungenauigkeit.
  • Ausgelassene Stege
  • Zu breite Stege
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42
Q

Was kann durch das Füllmuster beeinflusst werden?

A
  • Materialverbrauch
  • Kosten
  • Fertigungsdauer
  • Bauteilfestigkeit
  • Bauteilsteifigkeit
  • Anisotropie
  • Bauteilgewicht
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43
Q

Bauteileigneschaften Maßhaltigkeit:

A
  • Toleranzklassen
  • Warping
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44
Q

Prototype Tooling

A
  • Herstellung von Formeinsätzen für Prototypen-Werkzeuge durch additive Fertigungsverfahren
  • Motivation:
    • Herstellung von Funktionsprototypen
    • Serien-Material
    • Serien-Verfahren
    • Kosten- und Zeitersparnis im Vergleich zu konventionellen Metallformen
  • Anforderung: < 100 Zyklen
  • Verschleißfestigkeit nur untergeordnet von
  • Bedeutung Erreichbare Kühlzeit nur untergeordnet von Bedeutung
  • Deshalb: Verwendung von Kunststoff- Formeinsätzen möglich
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45
Q

Anwendungsarten Additive Fertigung:

A
  1. Rapid Prototyping: Prototyp (Eigenschaften ungleich Endbauteil)
  2. Rapid Tooling: Herstellung von Werkzeugen (z.B. Konturnahe Temperierung)
  3. Rapid Repair: Reparatur von Verschleißteilen (Schichtauftrag) - Ersatzteile
  4. Direct Manufacturing: Herstellung von Endbauteilen
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46
Q

Polymerisierende Verfahren: Beispiele

A
  • Stereolithographie (SLA)
    • Harzbettverfahren
    • Lokales punktuelles Verfestigen von fotoprepolymeren Kunstharzen mittels Laser
  • Poly-Jet
    • Tröpfchenablage
    • Auftragen und unmittelbares Verfestigen von fotoprepolymeren Kunstharzen
  • Digital Light Processing
    • Harzbettverfahren
    • Lokales Verfestigen von fotoprepolymeren Kunstharzen mit Lichtmaske
  • Continuous Liquid Interface Production (CLIP)
    • Harzbettverfahren
    • Lokales Verfestigen von fotoprepolymeren Kunstharzen mit O2-Inhibition
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47
Q

Vor und Nachteile SLS

A

Vorteile:

  • mechanisch belastbar
  • es sind keine Stützstrukturen nötig (Pulver)
  • flexible Bauteile
  • Materialvielfalt
  • komplexeste Formgebung möglich
  • thermisch belastbar
  • hohe Detailgenauigkeit
  • Wiederverwendbare Reste

Nachteile:

  • leicht raue Oberfläche (Korngrößenabhängig)
  • langsamer Fertigungsprozess
  • nur einfarbige Modelle sind möglich
  • Nachbeartbeitung - Entfernung anhaftendes Pulver
  • Energiebedarf
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48
Q

Technologie- / Innovationskurve Fertigungsverfahren

A
  • Etablierte Technologien (Spritzgießen, Spanen, etc.) kurz vor Grenze des Entwicklungspotenzials
  • Neue Technologien (Additive Fertigung) haben noch viel Entwicklungspotenzial
  • ! Kein Vergleich welche Technologie besser ist
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49
Q

Vor und Nachteile 3D Keltool Prozess

A

Vorteile:

    • Formeinsätze hoher Festigkeit und Steifigkeit und Wärmeleitfähigkeit
    • hohe Verschleißfestigkeit
    • hohe Prozessähnlichkeit

Nachteile:

    • aufwendige Prozesskette
    • Sinterschwindung muss berücksichtigt werden
    • begrenzte Abmaße möglich
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50
Q

Wofür wird das Handling System beim Arburg Freeformer eingesetzt?

A

Das 5-Achs-Handling ermöglicht eine Bauteilerstellung ohne Stützkonstruktionen, da die Tröpfchenablage immer entlang des Gewichtkraftsvektors erfolgt.

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51
Q

Einhärtungstiefe Stereolithographie (SLA)

A
  • Einhärtungstiefe = Bauschichtdicke + Overcure
  • Einhärtetiefe ist Abhängig von der Energiedichte
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52
Q

Wie werden die Tribologischen Bauteileigenschaften beeinflusst?

A
  • Prozesseigenschaften
  • Materialeigenschaften
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53
Q

Additiv gefertigtes Extrusionswerkzeug

A
  • Individualisierte Leitung der Formmassen
  • Definierte Temperierung aufgrund hoher Kanalgeometriefreiheit
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54
Q

Direkte Verfahren Definition:

A

Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielbauteil direkt mittels additiver Fertigung hergestellt wird.

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55
Q

Was ist ein Slicer?

A
  • Software zur Erzeugung des G-Codes
  • Legt Prozessparameter zur Fertigung fest
  • Input: STL-Datei, Maschineninformationen
  • In der Regel sind Slicer Verfahrensabhängig
  • Slicer für das FDM-Verfahren sind im Regelfall mit allen FDM-Maschinen kompatibel
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56
Q

Umformen

A

Fertigen durch plastisches Ändern der Form eines festen Körpers

  • Masse und Zusammenhalt werden beibehalten
  • Thermoformen
  • Blechumformung
  • Schmieden
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57
Q

Fehlerbild Unterextrusion

A

Fehler:

  • Zu wenig Kunststoff wird extrudiert

Ursache:

  • Falscher/inkonsistenter Filamentdurchmesser
  • Materialförderung falsch kalibriert

Lösung:

  • Filamentdurchmesser korrekt angeben
  • Materialförderung in Firmware korrigieren (Schritte pro mm)
  • Materialförderung im Slicer korrigieren (Extrusionsfaktor/Flow)
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58
Q

Fehlerbild: Regelmäßige Muster an der Außenseite des Bauteils

A

Fehler:

  • Regelmäßige Muster an der Außenseite des Bauteils

Ursache:

  • Mechanische Probleme
  • Gebogene Spindel
  • Lagerung des Antriebs der Z-Achse
  • Schlechte Regelung des Heizelements

Lösung:

  • Modifikation der Lagerung und Führung
  • Austausch der Spindel
  • Bestimmen der Regelparameter
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59
Q

Urformen

A

Fertigen eines festen Körpers aus formlosem Stoff durch Schaffen des Zusammenhalts

  • Spritzgießen
  • Extrusion
  • Metallgießen
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60
Q

Plastifizierende Verfahren: Bespiele

A
  • Fused Deposition Modelling
    • Strangablageverfahren
    • Lokales Auftragen thermoplastischen Materials
  • Arburg Kunststoff Freiformen
    • Tröpfchenablage
    • Lokales Auftragen thermoplastischen Materials
  • Jet Modelling Multi-Jet Modelling
    • Tröpfchenablage
    • Lokales Auftragen von niedrigviskosen Thermoplasten
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61
Q

Schwindung

A

Je nach verwendetem Fertigungsverfahren und Material unterliegen Bauteile einer Schwindung

SLS/SLM:

  • Schwindung hervorgerufen durch Poren
    • Schwindung je nach Material 2 % bis 5 %
  • Orientierung im Bauraum: Kanten der Bauteile nach Möglichkeit nicht quer zur Bewegungsrichtung des Wischers ausrichten
    • erhöht Widerstand
    • kann verschieben der Bauteile verursachen

FDM:

  • manche Kunststoffe können durch Tempern in ihren Eigenschaften verändert werden
  • Bsp.: höhere Temperaturfestigkeit Vergleich PLA: etwa 55 °C zu 120 °C
  • Verzug abhängig von Bauteilorientierung

Fazit: Schwindung muss bei der Konstruktion des Bauteils berücksichtigt werden!

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62
Q

Einordnung Additive Feritung DIN 8580

A

Fertigungsverfahren, bei denen das Werkstück element - oder schichtweise aufgebaut wird.

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63
Q

Was wird im Materialprofil eingestellt?

A

Durchmesser:

  • Üblicherweise 1,75 mm oder 2,85 mm
  • Besser: nachmessen!

Extrusion Multiplier:

  • Wird nach der Berechnung des Materialaustrags mit diesem multipliziert
  • Bei korrekt kalibrierter Maschine genau

Temperaturen des Hotends und des Heizbettes

  • Materialabhängig

Bauteilkühlung zur Beschleunigung der Erstarrung

  • Kühlung fördert Formtreue, aber auch Bauteilverzug
  • Geschwindigkeiten sind Materialabhängig
  • Um Ablösen des Bauteils zu vermeiden, sollten die ersten Schichten nicht gekühlt werden

Minimale Schichtzeit garantiert das Erstarren der letzten Schicht

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64
Q

Zugmittelgetriebe

A

Vorteile:

  • Günstig
  • flexibel auf den Bauraum anpassbar
  • Rotatorisch in Translatorisch oder umgekehrt

Nachteile:

  • Geringere Genauigkeit bedingt durch Trägheitseffekte
  • Vorspannung notwendig Wellenbelastung
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65
Q

Continuous-Inkjet-Verfahren: Genauigkeit und Materialauftrag

A

Gängige Abweichungen:

  • Abweichung der Tropfengröße
  • Winkelabweichung Tropfenflug

Materialauftrag:

  • Je öfter meine Düse öffnet desto mehr Material wird ausgetragen
    • linearer Anstieg
  • Je größer der Tropfendurchmesser ist desto mehr Material kann ich austragen
    • kontinuierliche Fluss = rechter Randwert
    • parabel Anstieg
  • Je geringer die Relativgeschwindigkeit zwischen Düse und Bauplattform, desto höher ist der Auftrag
    • Annäherung an 0 von Startwert
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66
Q

Konstruktionsrichtlinien FDM Stützstrukturen

A
  • Sollte die gewünschte Geometrie weder durch Überhänge noch durch Bridging fertigbar sein, können Stützstrukturen eingesetzt werden
  • Stützstrukturen sollten nach Möglichkeit vermieden werden
    • Zusätzlicher Materialaustrag
    • erhöht Kosten
    • verlängert Fertigungsdauer
    • Zusätzlicher Arbeitsschritt
    • Stützstrukturen müssen entfernt werden
    • Verringerung der Oberflächenqualität
    • Anbindung an Bauteil sichtbar
  • Wenn Stützstrukturen nicht vermieden werden können, sollten sie minimiert werden
  • Zu hohe Stützstrukturen neigen dazu, sich abzulösen oder umzufallen
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67
Q

Vor und Nachteile SLA

A

Vorteile:

  • Sehr hoher Detaillierungsgrad
  • Sehr gute Oberflächen
  • Etablierte Technologie - know how

Nachteile:

  • Teures Verfahren
  • Langsames Verfahren
  • Stützstrukturen nötig
  • Nachträgliche UV-Aushärtung des Modells nötig
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68
Q

Evolution der Spritzgießwerkzeugtemperierung

A
  1. Gebohrte Kühlkanäle
  2. „Um die Ecke bohren“
  3. Konturangepasste Kühlung
  4. Parallelkühlung
  5. Effektive Flächenkühlung
  6. Luftkühlung
  7. Thermomechanisch optimiert
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69
Q

Jet Modeling / Multi Jet Modeling: Verfahren

A

Verfahrensprinzip: Aufschmelzen thermoplastischen Materialien gefolgt vom Austragen und Ablegen von Tröpfchen durch eine beheizte Düse

  • Ausgangsmaterial
    • Wachse, niedrigviskose Poylmere
  • Darbietungsform
    • Strang, flüssig
  • Bindungsmechanismus
    • Physikalisch (thermisch)
  • Aktivierungsenergie
    • Erwärmung durch Wärmeleitung in der Düse
  • Post-Prozess
    • Mechanische Entfernung der Stützkonstruktion
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70
Q

Antriebstechnik:

A

Erzeugung von Bewegung mittels Kraftübertragung über den Antriebsstrang

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71
Q

Wesentliche Einflüsse der Werkzeugtemperierung

A

Verarbeitungsverhalten

  • Fließverhalten
  • Erstarrungsverhalten
  • Entformungsverhalten

Formteileigenschaften

  • Optik
  • Morphologie
  • Mechanik
  • Geometrie
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72
Q

Vor und Nachteile SLM/EBM

A

Punktuelles Aufschmelzen von Materialpartikeln via Laserstrahl / Elektronenstrahl

Vorteile:

  • Keine Stützstrukturen nötig
  • extrem dichte und belastbare Modelle

Nachteile:

  • Begrenzte Baustufengenauigkeit
  • Genauigkeit abhängig von Korngröße
  • Nur für wenige Metalle einsetzbar (Edelstahl, Aluminium, Titan, Kunststoffe, Keramik)
  • thermische Nachbehandlung nütig

Energetisch aufwändiges Verfahren

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73
Q

Konstruktionsrichtlinien FDM Wandstärke

A
  • Bei der Konstruktion muss die Austragsbreite des abgelegten Strangs beachtet werden
  • Austragsbreite entspricht meist Düsendurchmesser
  • Achtung! Einstellung im Slicer
  • Wandstärke sollte ein Vielfaches der Austragsbreite sein
  • Andernfalls entstehen Lücken oder Füllstrukturen zwischen Strängen
  • zu geringe Wandstärken können nicht abgebildet werden
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74
Q

Materialvorlage / Darbietungsformen

Monofilament vs. Granulat

A

Variante 1: Monofilament

    • Einfache Handhabung
    • Einfache Plastifizierung kleiner Austragsmengen
    • Austrag relativ gut steuerbar
    • Zusätzlicher Compoundierprozess
    • Einschränkung der Materialpalette
    • Materialmodifikationen auf der Anlage schwierig
    • Erschwerte Plastifizierung großer Austragsmengen

Variante 2: Granulat

    • Großes Materialspektrum
    • Günstig und gut verfügbar
    • Serienmaterial mit bekannten Eigenschaften
    • Materialmodifikationen auf der Anlage möglich
    • Komplexe Verarbeitung
    • Erfordert tieferes Prozessverständnis
    • Plastifizierung und Dosierung kleiner Mengen problematisch
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75
Q

Custom G-Code

A

G-Code, der unabhängig von Bauteil oder sonstigen Einstellungen immer an bestimmten Stellen eingefügt wird

Start G-Code:

  • Wird am Anfang der Datei eingefügt
  • Sollte Anfahren der 0-Position enthalten

End G-Code

  • Wird am Ende der Datei eingefügt
  • Sollte Abschalten der Heizelemente enthalten
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76
Q

Warum benutzen wir Kunststoffe zur Produktherstellung? (allgemein)

A
  • Funktionsintegration
  • Skalierbare Fertigung
  • Reproduzierbare Fertigungsprozesse
  • Spritzgießen bedient diese Kriterien
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77
Q

Additive Fertigung zur Prototypenproduktion - Entwicklungsprozess

A

Produktentwicklungsprozess nach VDI 2221:

    1. Anforderungen
    1. Konzept - Konzeptprototyp
      * Überprüfen des ästhetischen Eindrucks
    1. Entwurf - Geometrieprototyp
      * Beurteilung von Maß, Form und Lage
    1. Ausgestaltung - Funktionsprototyp Prototyp
      * Definierte Produktfunktionen werden abgebildet
  • Technischer Prototyp
    • Keine wesentlichen Unterschiede vom späteren Endprodukt

Agile Methode:

  • Anforderungen: Konzept, Test, Iteration - Wiederholung
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78
Q

Um einen Prototyp der Lüftereinheit herzustellen, nutzen Sie Ihre FDM-Anlage. Welche Kunststoffarten können Sie mit einer solchen Anlage verarbeiten? Nennen Sie zudem zwei typische Kunststofftypen. Aus welchem Grund können nicht alle thermoplastischen Materialien auf einer FDM Anlage verarbeitet werden?

A

Amorphe Kunststoffe

  • TPE
  • ABS
  • PC
  • PLA
  • PET

Aufgrund der höheren Schwindung und des sich einstellenden Verzugs können typischerweise teilkristalline Thermoplaste schwer bis nicht verarbeitet werden.

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79
Q

Ist die Additive Fertigung nur für Prototypen geeignet?

A
  • Nein!
  • Mehr als ein drittel der Produktion ist Rapid Manufacturing
  • Fast zwei drittel des Umsatzes werden mit der Produktion von Endprodukten gemacht
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80
Q

Selektives Laserschmelzen (SLM / SLS) Verfahren:

A

Verfahrensprinzip: Schichtweises Auf- bzw. Anschmelzen von thermoplastischem Pulver mittels Laserstrahlung

  • Ausgangsmaterial
    • Teilchenverstärkte Kunststoffe, Kunststoffmischungen, Metalllegierungen, Keramiken mit Füllstoffen oder Binder
  • Darbietungsform
    • Pulver
  • Bindungsmechanismus
    • Physikalisch (thermisch)
  • Aktivierungsenergie
    • Erwärmung durch Laser oder Strahler
  • Post-Prozess
    • Kontrolliertes Abkühlen
    • Reinigen mittels Druckluft
    • Gleitschleifen, Strahlen, Lackieren
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81
Q

Hybride Technologien

A

Hybride Prozesse… Prozesse als Kombination unterschiedlicher Wirkprinzipien, bei denen unterschiedliche Energieformen zeitgleich in einem Prozessschritt, in einer Wirkzone eingekoppelt werden.

Hybride Prozesse… als Kombination von Prozessschritten, bei denen eine parallele Durchführung üblicherweise sequentiell stattfindender Prozessschritte erfolgt.

Hybride Maschine… als eine Integration von verschiedenen Fertigungsverfahren in eine Maschine, in der entweder einzelne Verfahrensschritte sequenziell durchgeführt oder parallel verschiedene Verfahren an unterschiedlichen Orten des Bauteils angewendet werden.

Hybride Produkte… die unabhängig von deren Herstellung charakterisiert werden durch hybride Strukturen oder hybride Funktionen

  • Additive Feritung: hybrider Prozess über hybride Maschine
  • Beispiel: Sonderspritzgießverfahren In Mould Labeling:
    • Urformen
    • Fügen
    • Beschichten
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82
Q

Hybride Fertigungszelle: Ebenen

A
  • Antriebsebene
  • Getriebe und Schnittstellenebene
  • Applikationsebene
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83
Q

Vom „Polymer“ zum Werkstoff „Kunststoff“

A

Kunststoff = Polymer + Zuschlagstoff + Verstärkungsstoff

Polymereigenschaften:

  • Chemische Architektur
  • Seitenketten
  • Molekulargewicht
  • Molekulargewichtsverteilung

Polymere allein sind i.A. weder lebens- noch verarbeitungsfähig

  • Zugabe von Zuschlagstoffen (Additiven)
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84
Q

Was sind Einflüsse auf die Umweltbeständigkeit

A
  • Medien
    • Wasser
    • Säure
    • Base
  • UV Licht
  • Sauerstoff
  • Temperatur
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85
Q

Continouos Liquid Interface Production (CLIP) Verfahren:

A

Verfahrensprinzip: Polymerisation von flüssigen Harz- systemen durch UV-Bestrahlung mithilfe von Sauerstoff-Inhibition

Vernetzung wird durch Sauerstoff verhindert. Vernetzungsebene erst kurz über der Bauplattform

  • Ausgangsmaterial
    • Unterschiedliche UV-aktivierbare und 02-inhibierbare Monomermischungen
  • Darbietungsform
    • Flüssig, pastös
  • Bindungsmechanismus
    • Chemisch (kovalente Bindung)
  • Aktivierungsenergie
    • UV-Strahlung durch Lampe zum Aushärten Post-Prozess Reinigen des Modells
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86
Q

Spitzen und Kanten fertigungsgerecht auslegen

A
  • Spitzen und Kanten, die parallel zur Baurichtung ihr Maximum haben können oft nur schlecht abgeformt werden.
  • Hier muss das Produktdesign angepasst werden
    • Verwenden von Kegelstümpfen
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87
Q

Maßnahmen zu Reduzierung der Maschineschwingung

A
  • Reduzierung der bewegten Masse
    • Filamentförderung nicht an der Düse
    • Kunststoffaufbau der Düse statt Metall
    • Realisierung der Kühlung
  • Erhöhung Anlagensteifigkeit / Dämpfung
  • keine Biegebalken sonder Stützstreben
  • Auf Maschine angepasstes Maschinenbett
  • Erhöhung Anlagenträgheit
    • Niedriger Schwerpunkt
    • kurzer Hebelarm
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88
Q

Vor und Nachteile 3D Druck

A

Vorteile:

  • schnelle Fertigung
  • es sind keine Stützstrukturen nötig (Pulver stützt)
  • vollfarbige Modelle sind darstellbar
  • komplexeste Formgebung möglich

​Nachteile:

  • mechanisch nur teilweise belastbar wenn die Bauteile mit Verbundstoffen nachbehandelt werden
  • leicht raue Oberfläche wie sandgestrahlt.
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89
Q

Antriebsarten:

A
  • Mechanisch
  • Elektrisch / magnetisch
  • Fluidmechanisch:
    • Hydraulisch
    • Pneumatisch
  • Piezo-elektrisch
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90
Q

Glasplattformen:

A

Vorteile:

  • Günstig und gut verfügbar
  • Skalierbar
  • Gleicht Unebenheit in Druckbett aus (Nutzung der Stellschrauben)

Nachteile:

  • Schlechte Wärmeleitung
  • Haftung muss meist nachträglich angepasst werden
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91
Q

STL Dateiformat:

A
  • Importfile Format für Slicing-Programme: “.STL “(StereoLithography)
  • Oberflächen eines CAD Körpers werden mit Dreiecksfacetten beschrieben
  • Eckpunkte sowie Flächennormale werden gespeichert
  • STL Dateien unabhängig vom CAD Programm
  • Dateigröße viel kleiner verglichen mit CAD Dateien
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92
Q

Hybride Stragetie mit autom. Werkzeugwechsel

A
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93
Q

Anlagenaufbau 3D Druck

A
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94
Q

Amorphe Thermoplaste

A
  • ABS
  • PC
  • PMMA
  • PS
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95
Q

Additve Feritung in der Werkzeugtechnik

A
  • Werkzeugtemperierung
    • konturnah, komplex
    • Hybride Bauweise, Hülle Kern
  • Druckluftauswerfer
  • Heißkanaltechnik
  • modulare Werkzeugkonzepte
    • Stammwerkzeug
    • Kunststoffeinsatz
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96
Q

Mechanische Eigenschaften von im FLM verarbeiteten Materialien

A

Bedeutendste Einflüsse:

  • Abkühlung
  • Ablagestrategie
  • Materialformulierung

Mechanische Eigenschaften:

  • signifikant mit dem Vorhandensein von Fehlstellen verknüpft
  • Additiv gefertigte Proben ohne Fehlstellen haben ebenfalls anisotrope Eigenschaften
    • Lokal unterschiedliche Abkühlhistorie
  • Anisotropie sowohl auf molekulararer Ebene als auf struktureller Ebene begründet
  • ►strukturelle Anisotropie ist dominant
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97
Q

Benennen Sie drei wesentliche Bauteileigenschaften, die mit Nachbearbeitungsprozessen beeinflusst werden können sowie jeweils ein Nachbearbeitungsverfahren

A

Oberfläche

  • Schleifverfahren, thermischen Entgraten, chemisches Entgraten

Physikalische Eigenschaften

  • Infiltrationsverfahren, Wärmebehandlung

Oberfläche als Grenzfläche

  • Beschichten, Metallisieren

Haptik

  • Wassertransferdruck, Beledern, etc.
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98
Q

Vernetzung Poly Jet Verfahren

A
  1. Frisch gedruckte Schicht (Monomer + Fotoinitiatoren)
  2. UV-Belichtung (gespaltene Radikale)
  3. Start der Polymerisation
  4. Vernetzte Monomerketten
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99
Q

Welchen Einfluss hat die Scanstrategie (Aufbaurichtung)?

A

Starker Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften:

  • Deutlicher Anstieg der Zugfestigkeit in Scanrichtung / Aufbaurichtung
  • Aufbaurichtung FDM vergleichbar mit Faserorientierung
  • Isotroperes Verhalten durch “Kreuz-Strategie”
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100
Q

Einordnung der direkten Verfahren Graphik 2

A
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101
Q

Überhängende Radien

A
  • Radien dürfen einen Maximalwert nicht überschreiten, wenn eine Fertigung ohne Stützkonstruktion möglich sein soll
  • Laserschmelzen: ri ≦ 4,5 mm
  • Fused Deposition Modeling: ri ≦ 5,0 mm
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102
Q

Nach innen geformte Spitzen und Kanten

A
  • In Spitzen oder Ecken können Pulverrückstände verbleiben
  • Aus diesem Grund sollten Radien vorgesehen werden
  • Dadurch lassen sich Pulverrückstände mittels Druckluft leichter entfernen
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103
Q

Möglichkeiten der Förderung und Plastifizierung

A

Monofilament

  • Plastifizierung über Wärmeleitung
  • Reibförderung

Granulat:

  • Plastifizierung über Wärmeleitung und Scherung
  • Schneckenförderung
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104
Q

Maßnahmen zur Reduzierung des Bauteilverzugs

A

Eigenspannungsprofil homogenisieren -> Temperaturprofil homogenisieren:

  • Heizbett nutzen
  • Bauraumbeheizung nutzen
    • Eigenspannungen und Verzug können gleichsam reduziert werden
  • Haftung auf der Bauplattform erhöhen:
    • Verzug kann reduziert werden
    • Eigenspannungen werden aber im Bauteil eingefroren.
    • Diese können nachträglich relaxieren.
  • Materialien mit niedrigen Schwindungspotenzial verwenden: amorphe Kunststoffe
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105
Q

Fügen

A

Auf Dauer angelegtes Zusammenbringen von zwei oder mehreren Werkstücken geometrisch bestimmter fester Form oder von eben solchen Werkstücken mit formlosem Stoff

  • Montage
  • Schweißen
  • Infrarotschweißen
106
Q

Anwendungsfelder der additiven Fertigung

A
  • Prototypenbau
    • Schneller und sicherer zum Serienbauteil Fertigteilproduktion
  • Kleine Stückzahlen flexibel wirtschaftlich herstellen
  • Werkzeuge und Formen Stückzahl 1 und Skalierungseffekte nutzen
  • Ersatzteilfertigung Fertigung nach Bedarf und vor Ort zur wirtschaftlichen Ersatzteilfertigung
107
Q

Bauteileigenschaft Optische Eigenschaften:

A
  • Optische Eigenschaften sind stark abhängig von der Schichtdicke
  • Rauheit wird maßgeblich durch die Aufbaurichtung / Scanstrategie beeinflusst
  • Optische Eigenschaften werden durch innere Eigenschaften beeinflusst
  • Hochglanzbearbeitung möglich (elastische Kunststoffe problematisch)
108
Q

Infill von additv gefertigten Bauteilen:

A

Anisotropien im Bauteil:

  • Durch Prozess oder Infill eingebracht
  • Können gezielt eingesetzt werden

Nachteil von Infillstrukturen:

  • Richtungsorientierte mechanische Eigenschaften
  • Häufig nicht in Konstruktion berücksichtigt
109
Q

Anlagenaufbau TTS

A
110
Q

Kunststoffe - konventiell vs. additive Fertigung

A

Konventionelle Fertiung:

  • Hohes Leichtbaupotenzial
  • Hohe Funktionsintegration möglich
  • Komplexe Strukturen in großer Masse herstellbar
  • Kosten werden auf große Massen umgelagert

Additive Fertigung

  • Hohes Leichtbaupotenzial
  • Hohe Funktionsintegration möglich
  • Komplexe Strukturen abbildbar
  • (Achtung: Post-Processing)
  • Kostenumlagerung zumeist nicht möglich
111
Q

Anlagenaufbau EBM

Elektronenstrahlschmelzen

A
112
Q

Einordnung und Vergleich der einzenen Verfahren

A
113
Q

Was für Slicer Profile gibt es?

A
  • Maschinenprofile
    • Einmal pro Maschine
  • Materialprofile
    • Einmal pro Material
  • Druckprofile
    • Einmal pro Druckauftrag
114
Q

Spindelgetriebe

A

Vorteile:

  • Selbsthemmend
  • Hohe Übersetzungen möglich
  • Rotatorisch in Translatorisch oder umgekehrt

Nachteile:

  • Starre Drehmomentübertragung
  • Selbsthemmung fordert Losbrechkraft
115
Q

Fehlerbild Überextrusion

A

Fehler:

  • Zu viel Kunststoff wird extrudiert

Ursache:

  • Falscher/inkonsistenter Filamentdurchmesser
  • Materialförderung falsch kalibriert

Lösung:

  • Filamentdurchmesser korrekt angeben
  • Materialförderung in Firmware korrigieren (Schritte pro mm)
  • Materialförderung im Slicer korrigieren (Extrusionsfaktor/Flow)
116
Q

Vor und Nachteile Vakuumgießen

A

Vorteile:

    • wirtschaftliche Herstellung größerer Stückzahlen möglich (50 - 100)
    • große Materialauswahl mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften („von gummielastisch bis hart-spröde“)
    • optisch klare und lebensmittelechte Prototypen möglich

Nachteile:

    • keine Verwendung des Serienmaterials (Formmasse und Werkzeug)
    • keine wirtschaftliche Herstellung sehr großer Stückzahlen (>>100)
    • keine prozessabhängigen Eigenschaften möglich (Molekülorientierungen, Morphologie usw.)
    • kein Einsatz im Serienprozess möglich
117
Q

Piezo- elektrischer Antrieb

A
  • Geringer Hub
  • Hohe Dynamik
  • Hohe Genauigkeit
118
Q

Wirtschaftlichkeit additiver Fertigungsverfahren im Vergleich

A
  • Tendenziell konstante Stückkosten über die Stückzahl bei additiven Fertigungsverfahren
  • Anlagenauslastung wird über Kombination mehrerer Bauaufträge erzielt
  • Keine Werkzeugkosten
  • Keine Entwicklungs- und Abmusterungszeiten

–> Stückzahl / Preis Graphik

  • Preistreiber Additive Fertigung: Bauteilgröße
  • Preistreiber Spritzgießen: Bauteilkomplexität
119
Q

Vor und Nachteile Direct Tooling

A
    • kurze Fertigungszeiten
    • Kosten
    • Oberflächenrauigkeit
    • Standzeit
    • Wärmeleitung
    • Verschleiß
    • Materialanforderungen:
      • hohe Fließfähigkeit
      • geringe Verarbeitungstemperatur
120
Q

Radikalische Polymerisation

A

1) Startreaktion:
* Initiatoren zerfallen durch Energiezufuhr in ihre Radikale
2) Wachstumsreaktion

  • Radikale reagieren mit doppelgebundenen Kohlenstoff
  • Die neue Gruppe reagiert weiter mit anderen Doppelbindungen

3) Abbruch

  • Reaktion zweier Radikal-Enden von Polymerketten
  • Reaktion eines Radikal-Endstücks von Polymerketten mit dem Radikal des Initiators
  • Übertragung eines Wasserstoffatoms von einem Makroradikal zum anderen
  • Eliminierung eines bindungsfähigen Wasserstoffatoms
121
Q

Stoffeigenschaften ändern

A

Fertigen durch Veränderung der Eigenschaften des Werkstoffes, aus dem ein Werkstück besteht

  • Härten
  • Tempern
  • Glühen
122
Q

Vor und Nachteile FDM

A

Vorteile:

  • Günstiges Verfahren
  • Schnelles Verfahren

Nachteile:

  • Sehr eingeschränkter Detaillierungsgrad
  • Eingeschränkte Materialpalette
  • Stützstrukturen nötig
  • Schichten gut sichtbar
123
Q

Zahnradgetriebe

A

Vorteile:

  • schlupflose Drehzahl- bzw. Drehmomentübertragung

Nachteile:

  • Starre Drehmomentübertragung
  • Hoher Fertigungsaufwand
  • benötigt Standardisierung
124
Q

Additiv gefertigter Werkzeugeinsatz

Vergleich Kunststoff Metall

A

Technisches Bauteil der Fa. Robert Seuffer GmbH & Co. KG

Verfahren: Selektives Laser-Sintern

Material: ABS-ähnliches Material der Fa. Stratasys Ltd.

  • Kosten: 1.000 Euro
    • Metallform: ca. 40.000 Euro
  • Fertigungsdauer: 24 Stunden
    • Metallform: ca. 8 Wochen
  • Standzeit: ca. 60 Teile
    • Metallform: > 10.000 Teile
125
Q

Wanddicken unterschiedlicher Fertigungsverfahren

A

FDM:

  • gerades Vielfache der Extrusionsbreite (abh. von Düsendurchmesser)

SLS/SLM:

  • abhängig von Korngröße

SLA:

  • abhängig von Laserdurchmesser

DLP:

  • abhängig von Pixelgröße der Maske
126
Q

Vor und Nachteile Poly Jet Verfahren

A

Vorteile:

  • hohe Genauigkeit
  • sehr glatte Oberflächen sind möglich
  • transparente Bauteile sind möglich
  • unterschiedliche Materialeigenschaften können auf einem Bauteil kombiniert werden
  • Gute Stabilität
  • Sehr schnelles Fertigungsverfahren.

Nachteile:

  • die Hitzebeständigkeit der Bauteile ist bei mehreren Materialien nur begrenzt
  • Hohe Fertigungskosten
  • Entfernung von Stützstrukturen
127
Q

Thermische Alterung bei pulverbettbasierten Verfahren

A
  • Material bei Aufbauprozess über lange Zeit Temperaturen knapp unter Kristallitschmelztemperatur ausgesetzt
  • thermische Alterung Stabilisierung notwendig
  • niedrige Wärmeleitfähigkeit vorteilhaft:
    • kein “wachsen”
    • Vermeidung von Agglomerationen: schwierige Entformung
  • nicht gesintertes Material verbleibt im Bauraum / wird von Bauteil getrennt
  • Zugabe von 30-50 % Neupulver nötig, um Stoffeigenschaften zu erhalten
128
Q

Vor und Nachteile Stereolithographie SLA

A

Vorteile:

  • sehr detaillierte und feine Oberfläche
  • mechanisch teilweise belastbar
  • hohe Fertigungsgenauigkeit
  • transparente Bauteile sind möglich
  • komplexeste Formgebung möglich.

Nachteile:

  • Es sind nur UV-härtbare Kunststoffe/ Harze verwendbar
  • hohe Fertigungskosten
  • nur einfarbige Modelle sind möglich
  • langsamer Fertigungsprozess
  • nicht alle Materialien sind thermisch belastbar
  • Es können nicht alle Geometrien problemlos hergestellt werden, da Stützstrukturen nachträglich entfernt werden müssen.
129
Q

Teilkristalline Thermoplaste

A
  • HDPE
  • LDPE
  • PA
  • PP
130
Q

Faktoren der Positionierung von X, Y und Z Richtung

A
  • Bauraumnutzung
  • Einfachheit (Aufbau und Steuerung)
  • Ergonomie
  • Auslegung der Plastifiziereinheit (Gewicht)
  • bewegte Masse (Düse und Plastifiziereinheit)
  • Dynamik
  • Flexibilität
  • Stützstrukturfreiheit (5-Achs Handling)
131
Q

Fehlerbild: Versatz im Bauteil

A

Fehler:

  • Versatz im Bauteil

Ursache:

  • Externe Einwirkung auf Positioniersystem
  • Aussetzen der Motortreiber

Lösung:

  • Maschine einhausen
  • Elektronik kühlen
  • Geschwindigkeit reduzieren
132
Q

Passungen in der Additiven Fertigung

A
  • Additive Fertigungsverfahren sind teilweise nicht in der Lage, exakte Passungen zu erzeugen
  • Problem kann durch geschickte Konstruktion umgangen werden
    • Spalt vorsehen
    • Federelement vorsehen
133
Q

Pulverbettbasierte Verfahren: Beispiele

A
  • Selektives Lasersintern
    • Schweißverfahren
    • Lokales Aufschmelzen pulverförmigen Materials mittels Laser und Verschmelzen (Verschweißen) beim Erstarren
  • 3D Drucken
    • Tröpfchenablage
    • Punkt-für-Punkt Auftragen von Bindern oder Copolymerisierung von pulverförmigem Material
134
Q

Multi Jet Modeling: Bewertung

A
  • Mechanische Eigenschaften –
  • Genauigkeit –
  • Oberflächenqualität –
  • Reinigungsaufwand –
  • Nachbereitung (Härten etc.) +
  • Material/Darreichungsform o
135
Q

Übermaß bei laserbasierten Verfahren

A
  • Das Schmelzebad beschränkt sich nicht auf eine Schicht, sondern erstreckt sich über tieferliegende pulverschichten.
  • So kommt es zu einem Übermaß an Stellen, die im Wesentlichen von einer Schichtdicke definiert werden.
  • Das Übermaß kann nachträglich entfernt werden.
  • Das Übermaß kann bei der Konstruktion berrücksichtigt werden.
136
Q

Polymerisierende Verfahren Definition:

A

Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass das schichtweise aufzubauende Material zunächst schichtweise aufgetragen sowie gleichzeitig oder sequenziell mittels Energieeintrag polymerisierend gefügt wird.

137
Q

Anlagenaufbau CLIP 1

A
138
Q

Allgemein bekannt sind grundlegende Vor- und Nachteile additiver Fertigungsverfahren gegenüber konventionellen Fertigungsverfahren. Nennen Sie jeweils drei Vor- und Nachteile.

A

V orteile:

  • Produktion nach Bedarf
  • Werkzeuglos
  • Ressourcenschonend
  • Wirtschaftlich für kleine bis mittlere Stückzahlen (abhängig vom Verfahren)

Nachteile:

  • Eingeschränkte Materialpalette
  • Hoher manueller Aufwand
  • Unproduktive Prozesse (vgl. SG)
  • Unreproduzierbare Prozesse
  • UngenauRaue Oberflächen
139
Q

3D-Printing Verfahren:

A

Verfahrensprinzip: Schichtweises Verkleben eines Pulvers mit einem Binder und anschließende Infiltration mit einem Harzsystem

  • Ausgangsmaterial
    • Anorganische Pulver, Kunststoffe, Metalle, Keramiken
  • Darbietungsform
    • Pulver: Modellmaterial
    • Flüssig: Binder
  • Bindungsmechanismus
    • Physikalisch (thermisch) oder/oder chemisch (Vernetzend)
  • Aktivierungsenergie
    • Ggf. Erwärmung der Düsen
  • Post-Prozess
    • Kontrolliertes Abkühlen
    • Reinigen mittels Druckluft
    • Imprägnieren mit flüssigem Wachs, Kleber, Harz oder Metallen
    • ggf. Sintern
140
Q

Fused Deposition Modeling (FDM)

A

Verfahrensprinzip: Aufschmelzen von strangförmigem Kunststoff gefolgt vom Austragen und Ablegen durch eine beheizte Düse

  • Ausgangsmaterial
    • Thermoplastische Kunststoffe ohne oder mit Füllstoffen
  • Darbietungsform
    • Strang
  • Bindungsmechanismus
    • Physikalisch (thermisch)
  • Aktivierungsenergie
    • Erwärmung durch Wärmeleitung in der Düse
  • Post-Prozess
    • Stützmaterial, z.B. mechanisch oder mit Laugen entfernen; Reinigen, Beschichten
141
Q

Elektronenstrahlschmelzen (EBM) Verfahren:

A

Verfahrensprinzip: Schichtweises, vollständiges Aufschmelzen von metallischem Pulver mittels Elektronenstrahlung

  • Ausgangsmaterial
    • Metalllegierungen
  • Darbietungsform
    • Pulver
  • Bindungsmechanismus
    • Physikalisch (thermisch)
  • Aktivierungsenergie
    • Bewegungsenergie der Elektronen
  • Post-Prozess
    • Kontrolliertes Abkühlen
    • Reinigen mittels Druckluft
    • Gleitschleifen, Strahlen, Lackieren
142
Q

Vor und Nachteile Subtraktiver Fertigung

A
    • Hohe Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität
    • Individualisierung möglich
    • Mittlere Fertigungsgeschwindigkeit
    • Verschnittreiche Fertigung
    • Eingeschränkte Bauteilkomplexität
    • In der Regel hohen manuellen Aufwand pro Werkstück
143
Q

Druckraum pulverbettbasierte Verfahren:

A
  • Wandung muss berücksichtigt werden, um den Bauraum physisch zu erhalten
  • Kann in zwei Varianten ausgeführt sein:
    • Wechselbehälter
    • Gedruckte Wandung
    • Gedruckte Wandung ermöglicht kontinuierlich laufende Prozesse
144
Q

Was sind Anwendungsbereiche der Additiven Fertigung (Industrie und Privat)?

A

Industrie:

  • Luft und Raumfahrt
  • Automobil
  • Gewebe
  • Medizintechnik
  • Spritzgießen
  • Maschinenbau

-> Individualisierte Produkte

Privat:

  • Gadgets
  • Ersatzteile
  • Schmuck
  • Spielzeug

-> Individualisierte Produkte

145
Q

PLA und ABS

A

PLA:

  • nicht reizend
  • geringer Verzug
  • nicht brennbar
  • E-Modul: 3500 MPa

ABS:

  • reizend
  • hoher Verzug
  • brennbar
  • E-Modul: 2300 MPa
146
Q

Einsatz der additiven Fertigung in der Heißkanaltechnik

A

Konventionell gefertigter Heißkanal

  • Totwassergebiete
  • Hohe Scherraten

Heißkanal mit Umlenkelementen

  • Reduzierung der Totwassergebiete
  • Reduzierung der Scherraten

Strömungsangepasstes Design

  • Weitere Reduzierung der Totwassergebiete und Scherraten
147
Q

Vorteile einer beheizten Bautplattform

A
  • Geringere Temperaturunterschiede im Bauteil
    • Geringere Schwindungsdifferenzen
  • Geringere Eigenspannungen
  • Geringerer Verzug
148
Q

Verfahrensablauf Multi Jet Modeling

A
  1. Drucken / Nivellieren
  2. Druckkopf anheben und um einen Düsenversatz verschieben
  3. Drucken / Nivellieren
149
Q

Problematik bei der Fertigung von Löchern in XZ/YZ-Ebene

A
  • Problematik 1: durch schichtbasierten Aufbau werden Löcher nicht ideal rund
    • Treppenstufeneffekt
  • Problematik 2: bei großen Radien sind Überhangwinkel am oberen Ende nicht fertigbar
    • Durchhängen der Kunststoffbahnen
  • Lösung: tränenförmige Löcher
    • falls der Anwendungsfall es erlaubt
150
Q

Arburg Kunststoff Freiformen (AKF)

A

Verfahrensprinzip: Plastifizierung von Granulat und Austragen von Tröpfchen durch eine Verschlussdüse mit Piezo-Elementen

  • Ausgangsmaterial
    • Thermoplastische Kunststoffe
  • Darbietungsform
    • Granulat
  • Bindungsmechanismus
    • Physikalisch (thermisch)
  • Aktivierungsenergie
    • Erwärmung durch Wärmeleitung und Scherung im Extruder und der Düse
  • Post-Prozess
    • Durch 5-Achs Base Plate kann weitestgehend auf eine Stützkonstruktion verzichtet werden, ggf. nachschleifen und polieren
151
Q

Digital Light Processing (DLP) Verfahren:

A

Verfahrensprinzip: Polymerisation von flüssigen Harz- systemen durch UV-Bestrahlung mittels einer Lichtmaske (Bsp. über Mikrospiegel)

  • Ausgangsmaterial
    • UV-aktivierbare Kunstharze ohne und mit Füllstoffen
  • Darbietungsform
    • Flüssig, pastös
  • Bindungsmechanismus
    • Chemisch (kovalente Bindung)
  • Aktivierungsenergie
    • UV-Strahlung durch Laser oder Lampen
  • Post-Prozess
    • Reinigen mit geeigneten Chemikalien
152
Q

Digital Light Processing (DLP) Varianten:

A
  • Bottom Up Prinzip
  • Top Down Prinzip:
      1. Belichten
      1. Absenken und Beschichten
      1. Belichten
  • DLP Zeilenprinzip:
    • UV- Lichtquelle fährt ein einer Richtung über die Bauplattform
153
Q

Fehlerbild: mangelnde Haftung in der ersten Schicht

A

Fehler:

  • Erste Schicht haftet nicht am Druckbett

Ursache:

  • Druckbett falsch ausgerichtet
  • Schlechte Haftung auf Oberfläche des Druckbetts
  • Erste Schicht bei zu hoher Geschwindigkeit

Lösung:

  • Druckbett ausrichten
  • Oberfläche Materialgerecht modifizieren
  • Geschwindigkeit reduzieren
154
Q

Zusammensetzung der Positionierunsicherheit

A

Die Positionierunsicherheit setzt sich aus drei Anteilen zusammen:

  1. Positionsabweichung Pa (systematische Abweichung)
  2. Umkehrspanne U (Hysterese bei Bewegungen aus verschiedenen Richtungen) –> Mutter / Gewindestange
  3. Positionsstreubreite PS (zufällige Abweichung)
155
Q

Materialförderung - Monofilament

A

Variante 1: Förderung am Maschinenbett

    • geringe bewegte Masse
    • Trägheit sinkt
    • Präzision in Bewegung steigt
    • Knicken des Materials möglich
    • Fertigungsabruch
    • Präzision in Extrusion sinkt

Variante 2: Förderung vor der Düse

    • Düsennahe Dosierung
    • Knicksicher
    • Präzision in Extrusion steigt
    • Hohes bewegtes Gewicht
    • Trägheit steigt
    • Präzision in Bewegung sinkt
156
Q

Exemplarische Stückkosten:

Vakuumgießen, Spritzgießen, Additive Fertigung

A
157
Q

Hybridbauweise von Spritzgießwerkzeugen und Erhöhung der Aufbaurate

A

Kostenanalyse im Einzelfall Additive Fertigung auf begrenzte Bereiche beschränkt Einsparungen:

  • Endkonturnaher Aufbau
  • Minimierung der Schrupp- bearbeitung (Fräsen / Erodieren)
  • konventionell gefertigte Basis additiv gefertigter Aufbau
  • Weitere Erhöhung der Laserleistung Einführung der Hülle-Kern-Strategie
    • Unterscheidung in Kern- und Randbereiche
    • Hohe Qualität in den Randbereichen
    • schneller Aufbau im Kern
    • Variation der Schichtdicke und der Größe des Laserfokus
  • Insgesamt: Erhöhung der Aufbaurate
  • Auch möglich:
    • Additiv gefertigte Hülle
    • gegossener Kern
158
Q

Konstruktionsrichtlinien FDM Stufeneffekt

A
  • Durch Schichtbauweise entsteht Stufeneffekt bei Steigungen
  • Abhängig von Höhe der Schichten
  • Wirkt sich negativ auf Funktionsflächen, Maßhaltigkeit und Optik des Bauteils aus
159
Q

Thermoplastplattformen:

A

Vorteile:

  • Günstig und gut verfügbar
  • Gute Haftung
  • Keine Reinigung der Druckplattform notwendig
  • Geringes Gewicht

Nachteile:

  • Platten müssen nach jedem Druck getauscht werden (Einmalteile)
  • Abweichung der Ebenheit möglich
160
Q

Verfahrensabauf Additive Fertigung

A
  1. CAD Daten
  2. CAM Daten STL Format
  3. CAM Daten Slicen
  4. Produktion
  5. Nachbearbeitung
  6. Montage
  7. Fertigteil / Fertige Baugruppe
161
Q

Sie möchten nun die additive Fertigung in Ihrem Betrieb integrieren und interessieren sich im Besonderen für die Verarbeitung von amorphen Thermoplasten.

b)
Benennen Sie das geeignete additive Fertigungsverfahren und begründen Sie Ihre Wahl.

A
  • AKF / FDM

Amorphe Thermoplaste lassen sich aufgrund des weiten Aufschmelzbereichs nicht in SLS Verfahren verarbeiten. Dieser breite Aufschmelzbereich ist für plastifizierende, additive Fertigungsverfahren gut, da die Schichtanbindung besser abläuft (guter Verbund)

Amorphe Thermoplaste weisen niedrige Schwindungswerte, weswegen amorphe Thermoplaste in plastifizierenden Verfahren gut eingesetzt werden können.

162
Q

Was sind innere Bauteileigenschaften?

A
  • Verbundfestigkeit
  • Zugfestigkeit
  • Wechselbelastbarkeit
  • Schichtenverbund
  • Morphologie
  • Orientierungen
  • Verstärkung?
  • Eigenspannungen?
163
Q

Materialförderung - Granulat

A

Variante 1: Förderung am Maschinenbett

  • Arburg Freeformer

Variante 2: Förderung vor der Düse

  • Hybride Fertigungszelle IKV
164
Q

Direkte additive Fertigungsverfahren werden in erster Linie hinsichtlich des Ausgangszustands des eingesetzten Materials unterteilt. Geben Sie die 3 Klassifizierungen mit jeweils einem Beispiel an!

A
  • Feststoff:
  • Flüssigkeit:
165
Q

Abtrieb beim 3D Drucker

A
  • Düse
  • Bauplattform
166
Q

Getriebearten:

A
  • Zahnradgetriebe
  • Zugmittelgetriebe
  • Schraubengetriebe
167
Q

indirekte Verfahren Definition:

A

Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis eines Urmodels, welches mittels additiver Fertigung hergestellt wurde, eine Negativform erstellt wird, um Zielbauteile urformend herstellen zu können.

168
Q

Vor und Nachteile Additiver Fertigung:

A
    • Ressourcenschonender Aufbau
    • Hohe Geometriefreiheit
    • Multimaterialanwendungen möglich
    • Mäßige Maßhaltigkeit
    • Niedrige Oberflächenqualität
    • Niedrige Automatisierung
169
Q

Mechanische Eigenschaften:
Vergleich zwischen FLM und Spritzgießen

A
  • Anisotropie der mechanischen Eigenschaften
  • Niedrigeres Eigenschaftsniveau als beim Spritzgießen
  • Literatur: Zwischen 10 - 90% der Spritzgießeigenschaften
  • Mechanischen Eigenschaften sind struktursensitiv
  • Prozessführung hat signifikanten Einfluss auf die Eigenschaften
170
Q

Materialbereitstellung: Schlauchpumpe

A

Vorteile

  • Förderschläuche verfügbar
  • Geeignet für den Dauerbetrieb
  • Vollständig geschlossenes System
  • Keine Ventile
  • Schonende Förderung
  • Genaue Dosierung auch von kleinen Mengen möglich
  • Minimaler Wartungsaufwand
  • Fähigkeit zur Förderung höherviskoser Fluide

Nachteile:

  • Kurze Schlauchlebensdauer
  • Fehlerhafte Auslegung möglich
171
Q

Additive Fertigung zur Fertigung von Werkzeugen und Formen

A
  • Stückzahl 1 und Skalierungseffekt nutzen:
    • Chirurgenwerkzeug
    • Operationsschablonen
  • Kleinserienwerkzeuge
  • Werkzeuge optimiert in Stahl
    • Beispiel: Montagehilfen Extreme Kosten und Projektzeit Ersparnis
172
Q

Fertigungsketten im Vergleich

A

Spritzgießen:

  • sehr lange Vorlaufzeit: Werkzeugkonstruktion…
  • Serienprozess läuft sehr lange

Addive Feritung:

  • Direkt: sehr kurze Vorlaufzeit, nur wenige Teile
  • Indirekt: lange Vorlaufzeit, mittlere Stückzahlen

Spanende Feritung:

  • kurze Vorlaufzeiten, Serienproduktion
173
Q

Trennen

A

Fertigen durch Aufheben des Zusammenhalts von Körpern

  • Zusammenhalt wird teilweise oder im Ganzen vermindert
  • Fräsen
  • Drehen
  • Schneiden
  • Wasserstrahlschneiden
174
Q

Vor und Nachteile Feingießen

A

Vorteile:

    • wirtschaftliche RP-Herstellung der Wachsmodelle (3D-Drucker, SLS) oder SLA-Urmodelle möglich
    • hohe mechanische Festigkeit
    • hohe Wärmeleitfähigkeit des Formeinsatzes

Nachteile:

    • aufwändige Prozesskette
    • häufig Probleme mit Entlüftung und Lunkerbildung
    • Vakuum beim Abgießen notwendig
175
Q

Vor und Nachteile DLP

A

Vorteile

  • hoher Detailierungsgrad
  • seht gute Oberflächen
176
Q

Differenzierung von Fehlstellen in FLM-Bauteilen

A
  1. Inter-road/inter-layer Defekte (zwischen Tröpfchen)
  2. Parametrische Leerstellen (zwischen Rand und Infill)
  3. Vektorlängeneffekte (Zwischen 2 parallelen Schichten)
  • Ablagestrategie beeinflusst thermische Historie
    • Temperaturgradient zwischen den Schichten ist von Bedeutug
  • Lokal unterschiedliche Schwindung führt zu Fehlstellen
  • → Fehlstellenverteilung ist deterministisch schwer erfassbar
  • Fehlstellen in realen FDM-Bauteilen sind inhomogen verteilt
177
Q

Prozessablauf Pulverbettbasierte Verfahren

A
  1. Materialbereitstellung und -auftrag
  2. Bestrahlung und Plastifizierung
  3. Abkühlung
  4. Pulverentfernung
178
Q

Vor und Nachteile Inirect Tooling

A

Vorteile:

    • Flexibilität bzgl. Größe
    • Unterschiedliche Verfahren zur Fertigung des Urmodells

Nachteile:

    • Hoher manueller Aufwand
    • Langwierige Prozesskette
    • Geringe Abformbarkeit geometrischer Details im Vergleich zum direct tooling
179
Q

Konstruktionsrichtlinien FDM Ausrichtung des Bauteils

A
  • Durch korrekte Ausrichtung des Bauteils auf dem Druckbett lässt sich häufig der Großteil der Stützstrukturen vermeiden
  • Bei der Ausrichtung spielen jedoch noch mehr Faktoren eine Rolle
    • Z.B. Krafteinleitung in Bauteil
  • Restriktionen des Feritungsverfahren müssen berücksichtigt werden.
    • SLA benötigt möglichst wenig Fläche pro Schicht
180
Q

Einflussgrößen auf das Formteil

A
  • Material
    • pvT-Verhalten
    • Viskosität
    • Temperaturleitfähigkeit
    • Mechanische Kennwerte
  • Prozess:
    • Anlagentechnik
    • Plastifiziertemperatur
    • Bauraumtemperatur
    • Fördergeschwindigkeit
  • Bauteilgestaltung:
    • Wanddickenverhältnisse
    • Fließweglängen
    • Materialanhäufung
    • Ecken
181
Q

Beispielhafte Füllmuster

A
  • Linien
  • Hexagon
  • Hilbert-Kurve
  • Konzentrisches Muster
182
Q

Anwendungsbereiche Direct Tooling

A
  • Additive Fertigung von Formeinsätzen für den Einsatz im Serien- Spritzgießwerkzeug

Motivation:

  • Technologischer Mehrwert für den Spritzgießprozess durch Nutzung der hohen Gestaltungsfreiheit
    • Temperiersystem
    • Druckluftauswerfer
    • Entlüftung
  • Anforderung: > 10.000 Zyklen
  • Relevanz der Verschleißfestigkeit
  • Wärmeleitung wird benötigt
  • Verwendung metallischer Formeinsätze erforderlich
  • Einsatz direkter Prozessketten, v.a. Selektives Laserschmelzen
183
Q

Vor und Nachteile SLS

A

Verbindung der Materialpartikel durch Anschmelzen via Laserstrahl

Vorteile:

  • Keine Stützstrukturen nötig
  • Breite Materialpalette (Kunststoffe, Verbundstoffe, Metalle,…)
  • Keine Eigenspannung => keine thermische Nachbehandlung
  • thermische und mechanische Belastbarkeit

Nachteile:

  • Begrenzte Werkstoffeigenschaften im Vergleich zu SLM/EBM
  • Sinterschwindung durch Poren
  • Raue Oberfläche, Pulverabhängig
184
Q

Was wird im Druckprofil eingestellt?

A

Grundsätzliche Angaben zum Druckauftrag

  • Schichthöhe:
    • Teilw. abhängig von Düsendurchmesser
    • Beeinflusst Oberflächenqualität
    • Beeinflusst Fertigungszeit

Anzahl Konturen, Deck- und Bodenschichten

Position der Naht: (Zufällig, Nah, Ausgerichtet, Hinten)

Bauteile werden im Regelfall nicht massiv hergestellt

  • Füllstruktur spart Material, Fertigungszeit und Gewicht
  • Art und Menge der Füllstruktur

Zusätzliche Konturen, die um das Bauteil herum erzeugt werden

  • Skirt: Eine oder mehrere Konturen, die das Bauteil nicht berühren
    • Dient der Füllung der Düse mit Material
  • Brim: Eine oder mehrere Konturen, die das Bauteil berühren
    • Dient der Steigerung der Haftung bei geringer Grundfläche des Bauteils

Stützstruktur zum Abstützen von anderweitig nicht fertigbaren Überhängen

  • Stützstruktur: Basierend auf maximal möglichem Überhangswinkel automatisch generierbar
  • Raft: X Schichten aus dichter Stützstruktur
    • Verbessert Haftung bei unebenem Untergrund und Minimiert Warping

Geschwindigkeiten der Achsen

  • Geschwindigkeiten beim Austragen von Kunststoff
  • Unterteilt nach zu fertigendem Merkmal
    • Geschwindigkeit bei reine Verfahrwegen
    • Geschwindigkeit der ersten Schicht:
    • Geringere Geschwindigkeit begünstigt Haftung

Weitere Einstellungen zur feineren Abstimmung des Profils

  • Extrusionsbreite: Entspricht grundsätzlich dem Düsendurchmesser
  • Kann zur Füllung kleiner Lücken minimal verringert werden Kann erhöht werden
  • Überlappung zwischen Konturen u. Füllstruktur:
    • Sorgt für optimale Verbindung und dichte Deckschichten
185
Q

Verfahrbewegungen und Druckköpfe Multi Jet Modeling

A
  • Vektorprinzip: verfährt beliebig
    • Geringe Düsenzahl
    • Hohe Anzahl an Beschleunigungen
    • Kräfte müssen aufgenommen werden
  • Zeilenprinzip Zeilendruckkopf: verfährt nur in 0° Richtung
    • Hohe Düsenzahl
    • Geringe Anzahl an Beschleunigungen
  • Rasterprinzip Rasterdruckkopf: verfährt in 0° und 90°
    • Mittlere Düsenzahl
    • Mäßige Anzahl an Beschleunigungen
186
Q

Metalle konventionell vs. Additive Fertigung

A

Konventionelle Fertigung

  • I.A. subtraktive Verfahren (Materialverschnitt)
  • Geringes Leichtbaupotenzial
  • Niedrige Funktionsintegration
  • Komplexe Strukturen nur kostenintensiv oder gar nicht herstellbar

Additive Fertigung

  • Hohes Leichtbaupotenzial
  • Hohe Funktionsintegration möglich
  • Komplexe Strukturen abbildbar
  • (Achtung: Post-Processing)

►Großer Mehrwert der additiven Fertigung

187
Q

Hybrides Fertigungszentrum am IKV - Anlagenkomponenten

A
  • Fördereinrichtung für Einlegeteile
  • Materialvorhaltung Thermoplastgranulat
  • Frässpindel mit Werkzeugwechselsystem
  • Extruder
  • Werkzeuglager (z.B. Fräserwerkzeug, Handlingwerkzeug)
  • Applikationstisch
188
Q

Positioniersystem:

A

Als Positioniersystem werden antriebstechnische, ein- und mehrachsige Systeme bezeichnet, welche zur Positionierung von Werkstücken oder Werkzeugen in Maschinen und technischen Anlagen verwendet werden.

189
Q

Beschichten

A

Fertigen durch Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus formlosem Stoff auf ein Werkstück

  • Lackieren
  • Galvanisieren
  • Pulverbeschichten
190
Q

Was sind Zukünftige Ziele der Additiven Fertigung

A
  • Bauteilqualität
  • Wirtschaftliche Skalierung
  • Produktivität
  • Sinkende Stückkosten
  • Steigerung des Automatisierungsgrades
  • Reproduzierbare Fertigung
191
Q

Anlagenaufbau Multi Jet Modeling

A
192
Q

Anlagenkomponenten:

A
  • Positioniersystem
  • Plastifiziereinheit
  • Materialförderung
  • Materialvorlage
  • Steuerung
  • Bauplattform
  • Maschinenbett
  • Peripherie:
    • Temperierung
    • Lüftung
    • Sicherheit
193
Q

Herausforderungen bei der Verarbeitung von Thermoplasten in Pulverbettbasierten Verfahren:

A
  • Thermische Alterung
  • Anschmelzen des Pulvers durch Wärmeabgabe des Pulvers
    • Bildung von Agglomeraten
    • schwierige Entformung
  • Schmelze gibt Wärme an umliegendes Pulver ab:
    • Anschmelzen des Pulvers
    • Bauteil wächst
    • schlechte Maßhaltigkeit
    • Schwierigkeiten beim Entfernen
194
Q

Fehlerbild: Ghosting / Ringing

A

Fehler:

  • Ringing/Ghosting

Ursache:

  • Bewegte Masse schwingt bei Beschleunigung
  • Vibration in der Maschine

Lösung:

  • Riemen spannen
  • Beschleunigung reduzieren
  • Bewegte Masse reduzieren
  • Steifigkeit des Maschinenbetts erhöhen
195
Q

Einfluss des Infills auf die mechanischen Eigenschaften und Virtuelle Fasern

A

Über ein lokal vertärktes Infill kann die Steifigkeit verbessert werden

  • Große Volumina werden mit Füllstruktur gefüllt
  • Durch das subtrahieren von dünnen Zylindern werden Hohlräume erzeugt, welche beim Slicen mit Konturen versehen werden
  • Höher belastbare Elemente eingebettet in weniger belastbare Struktur
  • Zufällige Orientierung, falls Lastfall nicht bekannt
    • Entspricht Fertigung mit Kurzfasern
  • Explizite Konstruktion, falls Lastfall bekannt
196
Q

Mögliche Prozesskette: Hybride Fertigungszelle

A
  1. Additive Fertigung
  2. Spanende Fertigung
  3. Montage
  4. Additive Fertigung
  5. Nachbearbeitung
197
Q

Was wird im Maschinenprofil eingestellt:

A
  • Maximale Geschwindigkeiten (1. Abl. des Weges)
  • Maximale Beschleunigungen (2. Abl. des Weges)
  • Maximaler Ruck (eigentlich 3. Abl. des Weges)
  • Angaben zum verbauten Werkzeug
    • Notwendig zur Berechnung des Austrags
  • Düsendurchmesser
  • Retraction:
    • Abbau des Drucks in der Düse durch Zurückziehen des Filaments
    • Verhindert ungewolltes Austreten von Kunststoff
  • Maße und Form des Bauraums
  • Anzahl Extruder
  • Art des G-Codes (z.B. Marlin)
  • Custom G-Code
198
Q

Wann sollte welches Feritungsverfahren eingesetzt werden?

A
  • Rahmenanforderungen an das Produkt müssen bekannt sein
  • Die einzelnen Fertigungsverfahren haben Vor- und Nachteile
  • Manchmal sind Kombinationen sinnvoll
  • Spritzgießen und Spanende Fertigung sind die wesentlichen Alternativverfahren in den sinnvollen Produktkategorien
  • Wichtige Merkmale der Verfahren sind:
    • Individualisierung
    • Funktionsintegration
    • Komplexität
    • Skalierbare Fertigung
    • Reproduzierbar Maßhaltigkeit
199
Q

Anlagenaufbau DLP

A
200
Q

Poly Jet Modeling: Verfahren

A

Verfahrensprinzip: Polymerisation von flüssigen Harzsystemen durch UV-Bestrahlung

  • Ausgangsmaterial
    • Unterschiedliche UV-aktivierbare Polymermischungen
  • Darbietungsform
    • Flüssig, pastös
  • Bindungsmechanismus
    • Chemisch (kovalente Bindung)
  • Aktivierungsenergie
    • Wärmeleitung in den Düsen zum Verflüssigen der Ausgangsstoffe
    • UV-Strahlung durch Laser oder Lampen zum Nachhärten
  • Post-Prozess
    • Reinigen des Modells
    • Abtrennen der Stützkonstruktion mittels Wasserstrahl
201
Q

Schwingung und Verzug bei Pulverbettbasierten Verfahren:

A
  • Wenn eine vorhergehende Schicht bereits geschrumpft ist, bewirken die aus der Schrumpfung der nächsten Schicht entstehenden Spannungen einen Bauteilverzug
    • = Curling
  • Ein derart verzogenes Bauteil wird beim Auftragen einer neuen Pulverschicht verschoben oder abgestreift
    • Siehe Klingenbeschichter
202
Q

Granitplattformen:

A

Vorteile:

  • Hohe Ebenheit
  • Gute Haftung einstellbar

Nachteile:

  • Schlechte Verfügbarkeit
  • Hohes Gewicht
203
Q

3D Keltool Prozess Verfahrensablauf:

A
  1. Urmodell des Werkzeugs
  2. Abformen einer Silikonform
  3. Abgießen eines Wolfram-Karbid- Pulver/Epoxidharz-Gemischs
  4. Debindern und Sintern (900°C)
  5. Infiltration mit einer Kupferlegierung
  6. Metallwerkzeug
204
Q

Prozessablauf 3D Drucken

A
  1. Ausgangsstellung
  2. Drucken - Binderauftrag mittels Druckkopftechnologie
  3. Absenken und Rückfahrt
  4. Beschichten - Auftrag einer pulverförmigen Schicht
  5. Bauprozess abgeschlossen
  6. Teilautomatisiertes Entpacken: Saugen und Abräumen des Pulvers in Sammeltrichter
  7. Pulveraufbereitung
  8. Infiltration mit Harz System
205
Q

Einsatz additiver Fertigungsverfahren im Spritzgießwerkzeugbau

A
  • Beschleunigte Fertigung von Prototypen- Spritzgießwerkzeugen
  • Erhöhtes technologisches Niveau des Spritzgießwerkzeugs
206
Q

Die Wärmequelle, um die die Lüftereinheit angeordnet ist, wird mit bis zu 340 °C betrieben. Über Wärmeleitung über die Wandung der Lüftereinheit kann sich die strömende Luft aufwärmen und somit eine Erwärmung der Bauplattform an der Düse ermöglichen.

d)
Für welche Prototypenaufgaben kann die mittels FDM gefertigte Lüftereinheit genutzt werden? Welche Einschränkungen bestehen und welche Funktionalitäten können nicht abgebildet werden.

A

Konzeptprototyp und Geometrieprototyp

Funktionsprototyp und technischer Prototyp nicht, da das eingesetzte Material weder den anliegenden Temperaturen standhalten kann , noch die Funktionalitäten der Wärmeleitung, Wärmeübertragung abbildet. Dadurch kann die grundsätzliche Funktionalität der Lüftereinheit nicht getestet werden .

207
Q

Geschäftsmodelle in der Additiven Fertigung

A

Anwendung etablierter GM-Muster

  • Maschinenhersteller erweitern Marktleistung um Werkstoffe und Prozessparameter;
    • dadurch erheblicher Umsatzanteil
    • Lediglich Vermittler von Produktionskapazitäten
  • Erweiterung von Schlüsselaktivitäten und Schlüsselpartnern
    • Z.B. Beratung zur Gestaltung von Bauteilen
    • Dienstleistern kommt als wesentliche Befähiger eine besondere Bedeutung zu
  • GM mit individuellem Nutzenversprechen
    • Individualisieren aus einem Grundstock bestehender CAD-Daten
    • Digitale Schnittstellen, um anderen Unternehmen Outsourcing anbietet (►dem Endkunden bleibt dies intransparent)
208
Q

Erläutern Sie direkte und indirekte additive Fertigungsverfahren und stellen Sie den wesentlichen Unterschied heraus.

A

Direkte Verfahren:

Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielbauteil direkt mittels additiver Fertigung hergestellt wird.

Indirekte Verfahren:

Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis eines Urmodels, welches mittels additiver Fertigung hergestellt wurde, eine Negativform erstellt wird, um Zielbauteile urformend herstellen zu können.

209
Q

RepRap Bewegung und Community

A
  1. Erster Bausatz
  2. Erkennen von Anlage Verbesserungspotenzial
  3. Entwicklung und Fertigung einer Modifikation
  4. Validierung
  5. Veröffentlichung
210
Q

Flüssigkeitsdrucksysteme

A

Diskotinuierliche Tropfenbildung - Drop on Demand

  • Piezo Jet
  • Bubble Jet
  • Druckventilkopf

Kontinuierliche Tropfenbildung - Continuous Incjet CIL

211
Q

Einsatz additiver Fertigungsverfahren und Begrifflichkeiten Graphik

A
212
Q

Wie wird der Warping Effekt gemessen?

A
  • Standard Test Objekt “Curtain”
  • Makieren von 5 Layern
  • Einscannen mit Flachbettscanner
  • Messen der Layerdurchbiegung mit Graphik Software
  • Berechnen von Warp (Z) - erstellen eines Graphen
  • Kleine Z-Werte = viel Warping
  • Warp (z) = Layerdurchbiegung / Layerlänge * 1000
213
Q

Positionierunsicherheit:

A

Eine Kenngröße der Positioniergenauigkeit ist die Positionierunsicherheit. Dies gibt die Abweichung der Ist-Position und der Soll Position wieder.

214
Q

Sie möchten Ihr Produkt mittels plastifizierender, extrusionsbasierter Fertigungsmethodik additiv aufbauen. Dazu können Sie auf drei Verfahren zurückgreifen, welche in der Vorlesung vorgestellt wurden. Nennen Sie die drei Verfahren und erläutern die wesentlichen Unterschiede bezüglich der Aspekte: Verfahrensprinzip, Material und Materialdarbietungsform.

A
215
Q

Wie verhält sich Additive Fertigung vor dem Hintergrund der Nutzungsgründe von Kunststoffen?

A
  • Funktionsintegration: ja!
  • Skalierbare Fertigung: nein
  • Reproduzierbare Fertigungsprozesse: mäßig
216
Q

Entwickung nach VDI 2221 : Skizze

A
217
Q

Positioniergenauigkeit:

A

Eine Eigenschaft bewegter mechanischer Systeme ist ein Maß, wie genau eine gewünschte Position angefahren oder erreicht werden kann.

218
Q

Vor und Nachteile Harzabgießen

A

Vorteile:

    • einfach und kostengünstig
    • hohe Abformgenauigkeit
    • flexible bezüglich der Größe
    • Einlegeteile möglich

Nachteile:

    • geringe mechanische Festigkeit und Verschleißfestigkeit
    • geringe Wärmeleitfähigkeit des Formeinsatzes
      • Zykluszeit
      • geringe Prozessähnlichkeit
219
Q

Was sind Anwendungen der additiven Feritung

A

Organersatz

Fixatoren

Lasttragende Strukturen

Wärmeleitfähige Strukturen

220
Q

Was sind Halbzeuge der Additiven Fertigung

A
  • Folie / Platte
  • Pulver
  • Monofilament / Granulat
  • Flüssigkeit
221
Q

Unter welchen Umständen macht der Einsatz indirekter additiver Fertigungsverfahren im Prototypenbau Sinn?

A

Es soll eine Prototypenserie hergestellt werden. Dies kann schneller und wirtschaftlicher mit indirekten Verfahren erfolgen.

Ähnliche Eigenschaften im Vergleich zum späteren Spritzgießserienbauteil gefordert.

222
Q

Additiv gerfertigte Temperierkanäle:

A
  • Nachbearbeitung interner Oberflächen i.d.R. nicht möglich
  • Erhöhte Rauigkeit im Bereich von Überhängen
  • Einfluss der Aufbaurichtung
  • 30-60 % höherer Druckverlust im Vergleich zu gebohrten Kanälen
    • aber Turbulent > Laminar für Wärmeübergang
  • Erhöhte Rauigkeit im Bereich von Überhängen
  • Oberflächenqualität:
    • Kanalverlauf parallel zur Aufbaurichtung > Kanalverlauf quer zur Aufbaurichtung
223
Q

Konstruktionsrichtlinien FDM Überhänge

A
  • Grundsätzlich kann bei plastifizierenden Verfahren nur kann Material abgelegt werden, wenn sich auf der vorherigen Schicht bereits Material befindet
  • Ausnahmen:
    • Überhänge
    • Bridging
  • Faustregel: Überhänge bis 45° sind fertigbar
  • Je nach Maschine, Material und Parametern sind größere Winkel möglich
    • Hierzu Testbauteil fertigen
  • Zu große Überhänge müssen über Stützstrukturen (Support) abgestützt werden
224
Q

Vor und Nachteile PolyJet

A

Vorteile:

  • Sehr hoher Detaillierungsgrad
  • sehr gute Oberflächen
  • Keine nachträgliche UV-Aushärtung des Modells nötig
  • Stützstrukturen in einem Zweitmaterial (auswaschbar)

Nachteile:

  • Teures Verfahren
  • Langsam
225
Q

Elektrisch / magnetischer Antrieb

A
  • Veränderliche Bewegungsabläufe
  • Haltekräfte gering
  • Regelung notwendig
226
Q

Sicherheit - Brandgefahr

Ursache und Folgen

A

Ursache:

  • schlecht fixierter Temperatursensor

Folgen:

  • Temperatursensor misst nach Herausfallen Umgebungstemperatur
  • Steuerung heizt bei maximaler Leistung, um Soll- Temperatur zu erreichen
  • Aluminium-Hotend schmilzt
  • Rahmen, Kabel fangen Feuer
227
Q

Sie wollen ein Ihnen vorliegendes bestehendes Bauteil mit mehreren Überhängen zum Vergleich der mechanischen Eigenschaften additiv fertigen. Geben Sie die 4 Schritte der dafür nötigen Prozesskette in der richtigen Reihenfolge an.

A
  1. Zu .STL konvertieren
  2. Slicen
  3. Fertigen
  4. Nachbearbeiten (Stützstrukturen)
228
Q

Vorteile konturnaher Temperierung

A
    • reduzierte Kühlzeit
    • schnelles Ansprechverhalten
      • große Oberfläche
      • geringe thermische Masse
    • verbesserte Oberflächenqualität
    • ermöglichen einer Variothermen Temperierung
229
Q

Beschichterbauweisen (Recoater)

A
  • Klingenbeschichter
    • Einfachste und günstigste Variante - Partikelgrößenunterschiede werden nur unzureichend erfasst
    • Fehler in der aufgetragenen Pulverschicht möglich
  • Walzenbeschichter
    • Kontinuierliche Durchmischung bis zum Ablagezustand
    • Erzeugt durch die gegenläufig rotierende Walze eine glatte Oberfläche
    • Selektiert nach Partikelgrößenunterschiede
    • Walzendurchmesser muss an die Pulverkorngröße angepasst werden (kleine Pulverkorngröße = kleiner Walzendurchmesser)
  • Vibrationsbeschichter
    • Nutzt Prinzip der Fluidisierung von Schüttgütern mittels hochfrequenter Anregung
230
Q

Fehlerbild Warping

A

Fehler:

  • Ecken des Bauteils lösen sich vom Druckbett ab

Ursache:

  • Interne Spannungen

Lösung:

  • Heizbett verwenden
  • Bauraum temperieren
  • Haftung des Druckbetts erhöhen
  • Bauteil nicht kühlen
  • Anderes Material verwenden
231
Q

Modulare Werkzeugkonzepte

A
  • Stammwerkzeug aus Stahl
  • Modular austauschbare Werkzeugeinsätze (Kunststoff)
  • Gefertigt in 6 Stunden
  • Schieberbewegung möglich
  • Schlechte Wärmeleitfähigkeit
  • Schlechte mechanische Eigenschaften (200-700 Zyklen)
  • Keine Kühlkanäle ► Lange Zykluszeiten
    • Thermische Bedingungen nicht gleich realen Bedingungen
  • Einsatzmöchkeiten:
    • Kleinserien
    • Prototypen
232
Q

Auslegung von angewinkelten Oberflächen beim Laserschweißen

A
  • Beim Laserschmelzen führen zu geringe Winkel (zwischen Bauteil und Bauplattform) zu Eigenspannungen im Bauteil
  • Laserschmelzen: δOf ≧ 45°
233
Q

Nennen Sie drei Wirkprinzipien zur Verbindung der Schichten oder Elemente in additiven Fertigungsverfahren. Benennen Sie zusätzlich jeweils ein konventionelles additiven Fertigungsverfahren.

A

Chemische stoffliche Bindung

  • SLA, DLP, CLIP, Poly-Jet

Thermische stoffliche Bindung

  • FLM, AKF, MDM, SLS

Thermische formschlüssige Bindung

  • 3D Drucken

Chemische formschlüssige Bindung

  • 3D Drucken
234
Q

Plastifizierende Verfahren Definition:

A

Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass das aufzubauende Material plastifiziert wird, um es anschließend schichtweise extrudierend und somit urformend und fügend aufzutragen.

235
Q

Fehlerbild: Schlechte Maßhaltigkeit

A

Fehler:

  • Schlechte Maßhaltigkeit

Ursache:

  • Prozentuale Abweichung:
    • Maschine falsch konfiguriert
  • Konstante Abweichung:
    • Über- oder Unterextrusion

Lösung:

  • Prozentuale Abweichung:
    • Maschine konfigurieren: (Schritte pro mm)
  • Konstante Abweichung:
    • Extrusion kalibrieren
    • Größenkompensation im Slicer
236
Q

Aufgaben eines Spritzgießwerkzeuges und Chancen / Herausforderungen für die Additive Fertigung

A

Technologische Aufgaben

  • Schmelze aufnehmen
  • Schmelze verteilen
  • Schmelze ausformen
  • Schmelze definiert abkühlen (Chance)
  • Das Formteil auswerfen (Chance)

Konstruktive Aufgaben

  • Kräfte übernehmen (Herausforderung)
  • Bewegungen übertragen (Herausforderung)
  • Werkzeugteile führen (Herausforderung)
237
Q

Pulverbettbasierte Verfahren Definition:

A

Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass das schichtweise aufzubauende Material in pulverförmiger Form schichtweise aufgetragen und anschließend gefügt wird.

238
Q

Warum nutzen wir additive Fertigungsverfahren zur Herstellung von Kunststoffprodukten?

A
  • Funktionsintegration
  • Individualisierung
  • Komplexität
239
Q

Kostenvergleich Spritzgießen Additive Fertigung

A
240
Q

Was zeichnet dabei ein additives Fertigungsverfahren per Definition aus? Wie kann der Begriff 3D-Drucken / 3D Printing gegenüber allen additiven Fertigungsverfahren abgegrenzt werden? Erläutern Sie zudem das 3D-Drucken / 3D-Printing, indem sie seine drei Verfahrensschritte nennen.

A

3D-Drucken ist die Definition für ein spezielles Verfahren aus den additive Fertigungsverfahren, welche sich durch einen element- oder schichtweisen Bauteilaufbau definieren.

Schichtweiser Pulverauftrag
Lokales Bindern des Pulvermaterials
Nachträgliches Infiltrieren des gebinderten Pulverkörpers

241
Q

Mechanischer Antrieb

A
  • Gleichbleibende Bewegungsabläufe
  • Starre Kopplung von An- und Abtrieb
  • Für schnelle Bewegung und / oder großer Kräfte
242
Q

Vor und Nachteile FDM

A

Vorteile:

  • kostengünstig
  • widerstandsfähige Bauteile sind möglich

Nachteile:

  • Es sind nur Oberflächen mit Rillen möglich
  • mittlere Fertigungsgenauigkeit
  • nur einfarbige Modelle sind möglich (außer mehr Extruder)
  • Stützkonstruktionen und Nacharbeit notwendig
  • sehr langsamer Fertigungsprozess.
243
Q

Fehlerbild Delamination

A

Fehler:

  • Schlechte Haftung zwischen den Schichten

Ursache:

  • Interne Spannungen
  • Zu geringe Extrusionstemperatur
  • Zu große Schichthöhe

Lösung:

  • Anderes Material verwenden
  • Bauraum temperieren
  • Extrusionstemperatur erhöhen
  • Schichthöhe reduzieren
  • Bauteil nicht kühlen
244
Q

Bestimmung der Positionierunsicherheit

A

Die Positionierunsicherheit kann mithilfe des Kreisformtests bestimmt werden. Dazu werden Soll-Positionen jeweils aus positiver und negativer Richtung angefahren.

Zwei Methoden:

  • Direkte Aufzeichnung der Bahnkurve mit dem maschineneigenen Messsystem
  • Double Ballbar Verfahren (2 Kugeln, 1 Stange)

Zweck:

  • Überprüfung der Positioniergenauigkeit
  • Beurteilung der Reglereinstellungen
245
Q

Schichtnivellierung Multi Jet Modeling

A
  • Durch die Schichtnevillierung werden Eigenspannungen in der Schicht abgebaut
  • Homogene Schichtdicke kann realisiert werden
  • Höhere Bauteildichte
  • Abgezogenes oder abgefrästes Material wird aufgenommen und der Entsorgung zugeführt
  • Nivellierung spanend oder thermisch möglich
246
Q

Anlagenaufbau SLS SLM

A
247
Q

Anlagenaufbau Arburg Freeformer

A
248
Q

Randbedingungen im industriellen Wettbewerb - Motivation Additive Fertigung

A
  • abnehmende Losgrößen
  • höhere Bauteilkomplexität
  • wachsende Teilevielfalt
  • zunehmende Qualitätsanfoderungen
  • Gewinnmaximierung eines Unternehmens
249
Q

Verarbeitungsbereich bei Thermoplasten - Bauraumtemperatur pullverbettbasierte Verfahren

A
  • Bauraumtemperatur und Pulver knapp (10°C) unter Schmelztemperatur der Thermoplasten
  • Laser bringt lediglich Temperaturdifferenz auf
    • Verzugminderung
  • Temperierung über Schutzgasatmosphäre:
    • Gas wird vorgewärmt
    • Zirkulation durch Pulver „Down-Draft“
    • Vermeidet Oxidation und verringert Explosionsgefahr (Mehlstaubexplosion)
  • Vorwärmen des Pulvers im Vorratsbehälter, um thermischen Schock beim Auftragen des Frischpulvers auf bereits gedrucktes Material zu verringern
    • andernfalls zu schnelle Abkühlung
  • Temperierung der Bauplattform verhindert Abkühlung des Material von unten
  • Abkühlphase: nach beenden des Sinterprozesses wird Temperatur im Bauraum langsam gesenkt um Verzug des Bauteils zu vermeiden
250
Q

Zukünftige Treiber der Additiven Fertigung

A
  • flexible Gestaltungsmöglichkeiten
  • kundenindividualisierte Produkte (Schuhsohle)
  • Mass Customization (Individualprodukte zum Preis von Massenprodukten)
  • dezentrale Fertigung (z.B. Luftfahrt, Raumfahrt)
  • Öffentliches Interesse durch Heimanwender
  • Online Communities
251
Q

Erläutern Sie den Weg von der Idee eines Produktes bis zum finalen Bauteil. Beschreiben Sie den Prozessablauf für die Fertigung mittels additiver Fertigungsverfahren. Gehen Sie hierbei gezielt auf die notwendigen Fertigungsschritte auf virtueller und realer Ebene im gesamten Fertigungsprozess ein.

A
  1. Produktentwicklung zum Produktdesign
  2. CAD Daten erstellen aus dem Produktdesign
  3. CAM Daten erstellen / Slicen
  4. Bauteil fertigen / Fertigungsprozess
  5. Nachbearbeitungsschritte (Spanende V erfahren, Montage, etc.)
252
Q

Anforderung an die additive Fertigung hinsichtlich Maßhaltigkeit:

A

Fertigung eines maßhaltigen Bauteils:

  • Vermeiden von Eigenspannungen
  • Vermeiden von Verzug
  • Vermeiden von Unebenheiten
  • Vermeiden von Schichtdickenvariation
253
Q

Nach positiv erfolgtem Prototypentest möchten Sie das finale Bauteil fertigen lassen.

e)
Welches Verfahren würden Sie zur Fertigung der Lüftereinheit wählen, um die grundsätzlichen Funktionen umzusetzen. Begründen Sie Ihre Entscheidung.

A

Metallbasiertes selektives Laserschmelzen (SLM) Funktionalitäten können abgebildet werden: Wärmeleitung
Wärmeübertragung auf das Medium Luft

Komplexe Struktur erlaubt keine Fertigung mit konventionellen Fertigungsverfahren

►Additive Fertigung►SLM s.o.

254
Q

Konstruktionsrichtlinien FDM Bridging

A
  • Auf gleicher Höhe kann ein Spalt über einen geringen Weg überbrückt werden
  • Die maximal mögliche Brückenlänge hängt von Material, Bauteilkühlung, Druckgeschwindigkeit und Extrusionstemperatur ab
    • max. mögliche Brückenlänge:Testbauteile
  • Bridging ist nur bei einer gerade Verbindung von Punkt zu Punkt möglich
    • Radien bspw. nicht möglich
255
Q

Fehlerbild: Geringe Geometrietreue aufgrund der Temperatur (Pyramidenspitze)

A

Fehler:

  • Geringe Geometrietreue

Ursache:

  • Kunststoff wird zu warm
  • Abgelegte Schichten haben nicht ausreichend Zeit, um abzukühlen

Lösung:

  • Extrusionstemperatur reduzieren
  • Bauteilkühlung erhöhen
  • Geschwindigkeit reduzieren
  • Minimale Dauer pro Schicht definieren
256
Q

Hybride Fertigungszelle: Möglichkeiten

A
  • Additive Fertigung:
    • Farbwechsel
    • Multi-Material
    • Schaumextrusion
    • elektrisch leitfähige Kunststoffe
    • variable Düsengeometrie
  • Sonstige
    • Drahtablage
    • Tapeablage
    • Einleger
    • Plasmabehandlung
  • Subtraktive Fertigung
    • Bohren
    • Schleifen
    • Polieren
  • Hochregallager
    • Nutzung von Halbzeugen und Normalien
257
Q

Herstellung Thermoplastpulver für pulverbettbasierte Verfahren:

A

Schwierig Partikel direkt aus Polymerisationsprozess zu gewinnen

  • Umweg über Granulat Kryogenes Mahlen:
  • Granulat kühlen auf -50°C
  • Mahlen in Stiftmühle
  • Sieben zur Klassifizierung
  • Partikeldurchmesser von unter 80 μm
  • Um Packungsdichte zu erhöhen, werden Korngrößen zwischen 20 μm und 100 μm eingesetzt
  1. Granulat auf -50°C kühlen
  2. Granulat in Stiftmühle mahlen
  3. Mahlgut sieben & klassifizieren
258
Q

Sicherheitsmechanismen

A
  • Allgemein:
    • Rauchmelder Löschanlage / Feuerlöscher
  • Firmware:
    • MAXTEMP: Begrenzt maximal mögliche Temperatur - Verhindert Aufheizen bei Kurzschluss im Temperatursensor
    • MINTEMP: Begrenzt minimal akzeptierte Temperatur - Verhindert Aufheizen bei beschädigtem Temperatursensor
    • Thermal Runway Protection: Vergleicht tatsächliche Temperatur mit erwarteter Temperatur - Verhindert Aufheizen bei herausgefallenem Temperatursensor
259
Q

Reifegrad additiver Fertigung für unterschiedliche Branchen

A
  • Automobil (4-6)
    • Produktionssysteme hergestellt
  • Luft- und Raumfahrt (5-7)
    • Produktion in Produktionsumgebung validiert
  • Werkzeugbau (7-9)
    • Produktion bei Teilauslastung
  • Medizintechnik (9-10)
    • Produktion bei Vollauslastung
260
Q

kontinuierliche Tropfenbildung: Continuous-Inkjet (CIL)

A

Besonderheiten:

  • Permanenter Tropfenstrom
  • Einzelne Tropfen werden über elektrische Felder abgelenkt (wenn nicht gedruckt werden soll)
  • Jeder Tropfen wird über eine Ring- Ladeelektrode aufgeladen
  • Jeder leitfähige Flüssigkeit kann verarbeitet werden
  • Hoher technischer Aufwand bei der Tropfenablenkung
  • Hoher technischer Aufwand bei der Materialrückgewinnung
  • Anwendungsbeispiel: Feingussformen aus Keramik
261
Q

Einordnung der direkten Verfahren Graphik

A
  1. Material
  2. Halbzeug
  3. Wirkprinzip
  4. Verfahren
262
Q

Fehlerbilder Pulver

A
  • Agglomerate
  • Bauteil wächst

Additive Fertigung (1 decks)

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