Ü. Additive Fertigung Flashcards
Additive Fertigung
?? Bauteilgenerierung
schichtweise Bauteilgenerierung
Additive Fertigung
Es ergibt sich immer eine Abweichung zwischen der Sollgeometrie und der Istgeometrie
Wahr/Falsch?
Wahr
Es wird immer angestrebt, dass die Abweichung zwischen Sollgeometrie und Istgeometrie so klein wie möglich ist, wobei allerdings dies Relevanz davon abhängt welchen Fokus man legt. Also je nach dem ob der Fokus beispielsweise auf Designaspekten oder eher technisch, funktionalen Aspekten liegt.
(Nur lesen)
…
Prozessketten von konventionelle Fertigung: ?? (1.-6.)
- Bauteilkonstruktion
- Werkzeugkonstruktion
- Werkzeugfertigung
- Bauteilfertigung
- Finishingprozesse
- Fertiges Bauteil
Prozessketten von additiver Fertigung: ?? (1.-4.)
- Bauteilkonstruktion
- Additive Fertigung
- Finishingprozesse
- Fertiges Bauteil
Worin unterscheidet sich die Prozesskette der additiven Fertigung von der konventionellen Fertigung?
Bei der additiven Fertigung fallen die Schritte 2.Werkzeugkonstruktion und 3. Werkzeugfertigung oft weg.
Nachgelagerte Prozesse können manchmal jedoch umfangreicher ausfallen (z.B. manchmal noch Reinigen oder Oberflächenbearbeitung notwendig, die bei einem konventionellen Verfahren in einigen Fällen nicht mehr notwendig ist)
Nenne Eigenschaften der additiven Fertigungsverfahren! (7)
Eigenschaften:
- lokale Schaffung von Werkstoffzusammenhalt
- direkte Schichtengenerierung aus rechnerinterner Darstellung
- keine NC-Programmierung notwendig
- keine Kollision von Werkzeugen notwendig
- Geometrien beliebiger Komplexität sind prinzipiell herstellbar
- individualisierte Herstellung von Produkten
- Herstellung in kleinen Serien möglich
Einteilung der additiven Fertigungsverfahren
Werkstoffe für RP-Verfahren können grundlegend unterteilt werden in? (3)
fest
flüssig
gasförmig
–> siehe komplette Einteilung auf Folie 7!!
Einteilung der additiven Fertigungsverfahren
feste Werkstoffe für RP-Verfahren lassen sich weiter untergliedern in welche Werkstoffe? (3)
Drahtförmig vorliegende Werkstoffe
Pulverförmig vorliegende Werkstoffe
Folienwerkstoffe
Pulverförmig vorliegende Werkstoffe sind die industriell am weitesten verbreiteten Werkstoffe für additive Fertigungsverfahren. Warum?
Bieten höchste Designfreiheit bei gleichzeitig höchster technischer Belastbarkeit hinsichtlich mechanischer Belastbarkeiten oder elektrischen Leitfähigkeiten.
Additive Fertigungsverfahren - Übersicht
–> siehe Folie 8!!!
!!!
Nenne 6 bekannte additive Fertigungsverfahren!
Fused Deposition Modeling (FDM)
3D-Printing (3DP)
Stereolithography (SL)
Selective Laser Sintering (SLS)
Selective Laser Melting (SLM)
Laser-Pulver-Auftragsschweißen (LPA)
Nenne jeweils das Prinzip hinter den folgenden additiven Fertigungsverfahren
1) Fused Deposition Modeling (FDM) ?
2) 3D-Printing (3DP) ?
3) Stereolithography (SL)
1) Extrusion
2) Kleben
3) Polymerisation
Nenne jeweils das grundsätzliche Prinzip hinter den folgenden additiven Fertigungsverfahren
1) Selective Laser Sintering (SLS) ?
2) Selective Laser Melting (SLM) ?
3) Laser-Pulver-Auftragsschweißen (LPA) ?
1) Sintern
2) Schmelzen
3) Schmelzen
Selective Laser Melting (SLM) eignet sich hauptsächlich für welche Werkstoffe? (2)
Metalle
ggf. auch Keramiken
Laser-Pulver-Auftragsschweißen (LPA) eignet sich für welche Werkstoffe?
Metalle
Fused Deposition Modeling (FDM) eignet sich für welche Werkstoffe?
Kunststoffe
Selective Laser Sintering (SLS) eignet sich für welche Werkstoffe? (4)
Kunststoffe
(Form)Sand
Metalle
Keramiken
3D-Printing (3DP) eignet sich für welche Werkstoffe? (4)
Kunststoffe
(Form)Sand
Metalle
Keramiken
Stereolithography (SL) eignet sich für welche Werkstoffe? (2)
Kunststoffe
Keramiken
Wie lautet der Sammelbegriff für alle additiven Technologien?
Additive Fertigungsverfahren
Mit welchen Begriffen können Additive Fertigungsverfahren nach der Anwendungsebene unterschieden werden? (3)
Rapid Prototyping (RP)
Rapid Tooling (RT)
Rapid Manufacturing (RM)
–> siehe Folie 9 zum Einordnen!!
Was meint Rapid Prototyping (RP)?
Herstellung von Prototypen und Modellen
also von physikalischen Bauteilen ohne Produktcharakter
Die Prototypen weisen beim Rapid Prototyping repräsentative Merkmale des ?? auf
zukünftigen Produktes
Was meint Rapid Tooling (RT)?
Herstellung von Werkzeugen und Werkzeugeinsätzen
wird abhängig vom Bauteil dem RP oder RM zugeordnet
Was meint Rapid Manufacturing (RM)?
Produktion von Serienteilen
–> Material und Konstruktion sind identisch zum Endprodukt
Rapid Prototying
Nenne Arten von Prototypen! (5)
Konzeptmodell
Geometrieprototyp
Funktionsprototyp
Technischer Prototyp
Produkt/Serienteil
Wann finden diese Arten von Prototypen Anwendung?
1) Konzeptmodell
2) Geometrieprototyp
1) zum Überprüfen des ästhetischen Eindrucks im Anwendungsfeld
2) zum Überprüfen der Geometrie (Einbauuntersuchung)
Für was finden diese Arten von Prototypen Anwendung?
1) Funktionsprototyp
2) technischer Prototyp
3) Produkt/Serienteil
1) zum Überprüfen von (Teil-)Funktionen
2) zum Überprüfen des Bauteils in Versuch und Vor-Serie
3) Kleinserie, Rapid Manufacturing, individuelle Produkt
Welche Art von Prototyp liegt vor?
1) Frühste mögliche physische Realisierung eines Design/Konzepts.
2) Bauteile die bereits definierte Produktfunktionen des späteren Serienteils erfüllen
3) Bauteile bei denen die Beurteilung von Maß, Form und Lage von Bedeutung ist
4) Bestimmungsgemäß eingesetztes, marktfähiges Produkt
5) geforderte Eigenschaften unterscheiden sich nicht vom späteren Serienteil, können aber durch ein anderes Verfahren hergestellt werden
1) Konzeptmodell
2) Funktionsprototyp
3) Geometrieprototyp
4) Produkt/Serienteil
5) Technischer Prototyp
Einsatz von Prototypen in der Produktentstehung
–> siehe Folie 12!!!
…
Nenne Anwendungsbeispiel von Rapid Tooling!
Herstellung von Werkzeugen und Werkzeugeinsätzen (z.B. additiv gefertigte Schneidwerkzeuge)
Rapid Tooling wird abhängig vom ?? dem Rapid Prototyping oder dem Rapid Manufacturing zugeordnet
Bauteil
Nenne Anwendungsbeispiele von Rapid Manufacturing!
Produktion von Serienteilen (klein- und mittlere Serie)
–> z.B. technischer Prototyp oder Produkt/Serienteil
Beim Rapid Manufacturing sind ?? und ?? identisch zum Endprodukt
Werkstoff und Konstruktion
Additive Fertigungsverfahren mit Übersicht welche Prototyen bis zur Serienfertigung geeignet sein könnten.
FOLIE 15!!
!
Fused Deposition Modeling (FDM)
andere Bezeichnungen sind:
Fused Deposition Manufacturing (FDM)
Fused Layer Modeling (FLM)
…
Fused Deposition Modeling (FDM) - Wirkprinzip
1) Nenne das Prinzip!
2) Was für ein Ausgangswerkstoff und in welchem Zustand?
1) Schmelzextrusion, strangförmiges Auftragen
2) Kunststoff-Draht , fester Zustand
Fused Deposition Modeling (FDM) - Wirkprinzip
- Kunststoff Extrusion: Draht Erweichen und Auftragen
- Das ?(1)? wird durch die Einbringung von ?(2)? aktiviert
- Werkstoff wird im Zustand der ?(3)? aufgetragen
- kontinuierlicher, ?(4)? Auftrag der ?(5)?
- ?(6)? durch Aufschmelzen des angrenzenden Werkstoffes
(1) Aufweichen
(2) Wärme
(3) Schmelze
(4) strangförmiger
(5) Schmelze
(6) Schichtverbund
Fused Deposition Modeling (FDM) - Verfahrensprinzip
Siehe Folie 19!!!!
…
FDM Anlagenbeispiel (Folie 20+21)
…
Nenne Vorteile des Fused Deposition Modeling (FDM) im Vergleich zu anderen addtivien Fertigungsverfahren! (4)
Vorteile:
- kein Laser notwendig
- geringe Bauzeiten
- farbige Modelle möglich
- Einsatz von zwei Werkstoffen möglich
Nenne Nachteile des Fused Deposition Modeling (FDM) im Vergleich zu anderen addtivien Fertigungsverfahren! (4)
Nachteile:
- geringe Belastbarkeit (mechanisch und thermisch)
- raue Oberflächen
- nur Kunststoff
- Schichtablösung durch Temperaturschwankungen
3D-Drucken - Wirkprinzip
1) Nenne das Prinzip!
2) Zustand des Ausgangswerkstoffes?
1) Kleben mittels Bindermittel
2) pulverförmiger Zustand
3D-Drucken - Wirkprinzip
Kleben: Pulververbund durch Bindemittel
- Einbringen eines ?(1)?
- ?(2)? (Werkstückfestigkeit über eingebrachten Binder)
- Fester Materialverbund mittels ?(3)? zwischen Pulverpartikeln
- geringe ?(4)? und erhebliche ?(5)?
(1) Bindemittels
(2) Verfestigung
(3) Binderbrücken
(4) Festigkeit
(5) Restporosität
3D-Drucken - Verfahrensprinzip
–> siehe FOLIE 25!!!
!
3D-Drucken - Werkstückbeispiele
3D gedruckte Fassungen für medizinische Sensoren
Sandgußform eines Randträgers für die Formula Student
Verringerung der Teileanzahl eines Rudertrimmsystem
hohe Farbvielfalt möglich
(Nur lesen)
…
3D-Anlagenbeispiel (Folie 27)
…
Nenne 4 Vorteile des 3D-Druckens (3DP) (Kleben) im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren!
Vorteile:
- sehr kostengünstig
- hohe Baugeschwindigkeit
- farbige Modelle möglich
- keine Stützkonstruktion notwendig
Nenne 4 Nachteile des 3D-Druckens (3DP) (Kleben) im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren!
Nachteile:
- meistens Konzeptmodelle
- raue Oberflächen
- sehr geringe Festigkeiten
- erhebliche Restporosität
Stereolithographie (SL) - Wirkprinzip
1) Nenne das Prinzip!
2) Zustand des Ausgangswerkstoffes, welche Werkstoffe?
1) Polymerisation
2) flüssiger Aggregatzustand (Monomere)
Kunststoff
Harze
Stereolithographie (SL) - Wirkprinzip
Polymerisation: Aktivierungsenergie durch ?(1)?
- Flüssiges Gemisch von ?(2)? (Monomere) und ?(3)? (Radikalbildung)
- Lokale Belichtung mit UV-Strahlung (UV-Laser, früher UV-Lampe mit Maske)
- Initiator zerfällt in ?(4)? (freie Radikale) durch ?(5)?
- ?(6)? reagieren mit freien Radikalen (radikalische Polymerisation)
- Aktivierte Monomere verketten und verfestigen sich zu ?(7)?
(1) UV-Strahlung
(2) Einzelmolekülen
(3) Initiator
(4) Ionen
(5) Photonenenergie
(6) Monomere
(7) Polymeren
Stereolithographie (SL) - Verfahrensprinzip
Siehe Folie 31!!!!!
!!!!!
SL-Einsatzbereiche
- -> Privatanwendung (Folie 32)
- -> Industrieanwendung (Folie 33)
…
Nenne Vorteile der Stereolithographie (SL) im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren! (4)
Vorteile:
- hohe relative Genauigkeiten (bis zu 50 mikrometer)
- hohe Oberflächengüte
- einfache Nachbearbeitung
- transparente Modelle möglich
Nenne Nachteile der Stereolithographie (SL) im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren! (4)
Nachteile:
- nur Photopolymere und Harze
- geringe Festigkeit, sehr spröde
- Alterung durch UV-Strahlung
- Stützkonstruktion erforderlich
Selektives Laser Sintern (SLS) - Wirkprinzip
1) Nenne das Prinzip!
2) Zustand/Art des Ausgangswerkstoffes?
1) Sintern bzw. Schmelzen
2) pulverförmiger Zustand, zweikomponentig (hoch- und niedrigschmelzend)
Selektives Laser Sintern (SLS) - Wirkprinzip
Sintern: Schmelzen eines Werkstoffes aus der festen Phase
- lokale Einbringung von Wärme mittles ?(1)?
- ?(2)? des Pulvers mit ?(3)? Schmelzpunkt
- ?(4)? der Schmelze in ?(5)? der Partikel (mit ?(6)? Schmelzpunkt)
- Erstarrung der Schmelze führt zu ?(7)? zwischen Pulverpartikeln
- fester Materialverbund mit erheblicher ?(8)?
(1) Laser
(2) Aufschmelzen
(3) niedrigem
(4) Diffusion
(5) Zwischenbereiche
(6) hohem
(7) Sinterhälsen
(8) Restporosität
Nenne Vorteile des Selektives Laser Sintern (SLS) im Vergleich zu anderen additiven Fertigungsverfahren! (5)
Vorteile:
- hohe Materialvielfalt
- Konzeptmodell und Funktionsprototypen
- bei Kunststoffen kein Folgeprozess
- Pulver Recycling möglich
- keine Stützkonstruktion notwendig
Nenne Nachteile des Selektives Laser Sintern (SLS) im Vergleich zu anderen additiven Fertigungsverfahren! (5)
Nachteile:
- Genauigkeit abhängig von Partikelgröße
- thermisch empfindlicher Prozess
- Aufheiz- und Abkühlphasen
- Pulveraufbereitung notwendig
- thermischer Verzug (richtige Einstellung notwendig)
Selektives Laserstrahlschmelzen (SLM)
andere Bezeichnungen:
Selective Laser Melting (SLM
Laser Metal Fusion (LMF)
…)
…
Selektives Laserstrahlschmelzen (SLM) - Wirkprinzip
1) Nenne das Prinzip!
2) Zustand des Ausgangswerkstoffes, welche Werkstoffe?
1) Vollständiges, lokales Schmelzen
2) pulverförmiger Zustand
Metall (und Keramiken werden erforscht)
Selektives Laserstrahlschmelzen (SLM) - Wirkprinzip
Lokales Schmelzen: Metallurgischer Verbund zwischen Schichten
1) Pulverschicht wird lokal mit ?(1)? belichtet
2) ?(2)? schmilzt das Material vollständig auf, auch darunterliegende Schicht
3) Abkühlung durch ?(3)?
4) ?(4)? Verbindung zwischen Schichten
5) Vollständig ?(5)? und ?(6)? Bauteil
(1) Laserstrahlung
(2) Laserenergie
(3) Selbstabschreckung
(4) Schmelzmetallurgische
(5) dichtes
(6) festes
Selektives Laserstrahlschmelzen (SLM) - Verfahrensprinzip
SLM besteht aus 3 sich wiederholenden Prozessschritten! Nenne diese!
Beschichten:
- Auftragen einer Metallpulverschicht
Belichten:
- Aufschmelzen der Metallpulverschicht mittels Laserstrahlung
- Erstarren und Verbindung mit der darunterliegenden Schicht
Verfahren:
- Absenken der Bauplattform um eine Schichtdicke
Selektives Laserstrahlschmelzen (SLM) - Verfahrensprinzip
Abbildung Folie 42!!!
!!!
SLM - Anwendungsbeispiele
–> sehr viele siehe Folien 44-46
…
Nenne Vorteile des Selektiven Laserstrahlschmelzens (SLM) im Vergleich zu anderen additiven Fertigungsverfahren! (5)
Vorteile:
- hohe Materialvielfalt an Metallen
- sehr gute mechanische Eigenschaften
- hohe Genauigkeit und Auflösung (+- 0,3mm)
- sehr dünne Wanddicke (ca. 0,3mm)
- direkter Einsatz des Bauteils
Nenne Nachteile des Selektiven Laserstrahlschmelzens (SLM) im Vergleich zu anderen additiven Fertigungsverfahren! (5)
Nachteile:
- Verformung und Verzug (Bau- und Abkühlprozesse)
- hohe Laserleistung notwendig
- Nachbearbeitung notwendig
- Prozessdauer
- Stützstrukturen notwendig
Laser-Pulver-Auftragsschweißen (LPA)
andere Bezeichnungen:
Laser Metal Deposition (LMD)
Direct Energy Deposition (DED)
Direct Metal Deposition (DMD)
…
Laser-Pulver-Auftragsschweißen (LPA) - Wirkprinzip
1) Nenne das Prinzip!
2) Zustand des Ausgangswerkstoffes, welche Werkstoffe?
1) vollständiges, lokales Schmelzen
2) pulverförmiger Zustand
Metall
Laser-Pulver-Auftragsschweißen (LPA) - Wirkprinzip
Lokales Schmelzen: Metallurgischer Verbund zwischen Schichten
- Pulver wird mittels ?(1)? in Laserstrahl eingebracht
- ?(2)? schmilzt das Material vollständig auf, auch darunterliegende Schicht
- ?(3)? durch Selbstabschreckung
- ?(4)? Verbindung zwischen Schichten
- vollständig ?(5)? und ?(6)? Bauteil
(1) Düse
(2) Laserenergie
(3) Abkühlung
(4) Schmelzmetallurgische
(5) dichtes
(6) festes
Laser-Pulver-Auftragsschweißen (LPA) - Verfahrensprinzip
SIEHE FOLIE 50!!!
!!!
Laser-Pulver-Auftragsschweißen (LPA) - Verfahrensprinzip
Nenne Unterschiede zum Selektiven Laserstrahlschmelzen (SLM)! (7)
Unterschiede:
- Düsenbasierte Pulverzufuhr
- Düsenführung mittels Roboter
- Schutzgas nur lokal
- größeres Schmelzbad
- höhere Aufbaurate
- keine Stützstrukturen
- Freiformoberflächen bearbeitbar
Laser-Pulver-Auftragsschweißen (LPA)
typische Verfahrenseigenschaften
–> Vergleich von SLM und LPA (siehe Folie 51!!!)
…
LPA - Anwendungsbeispiele Folie 52+53
…
Nenne die Vorteile des Laser-Pulver-Auftragsschweißens (LPA) im Vergleich zu anderen additiven Fertigungsverfahren! (5)
Vorteile:
- hohe Materialvielfalt an Metallen
- sehr gute mechanische Eigenschaften
- hohe Aufbauraten
- große Bauteile
- Reparaturarbeiten
