VL11 Flashcards
Definition additiver Prozesse nach Terminologienorm DIN EN ISO/ASTM 52900
„Prozesse, mit denen durch Verbinden von Material Bauteile aus (digitalen) 3-D-Modelldaten, im Gegensatz zu subtraktiven und umformenden Fertigungsmethoden, üblicherweise Schicht für Schicht (und ohne Einsatz von formenden oder spanenden Werkzeugen) hergestellt werden können“.
Wann ist der Einsatz von AM sinnvoll?
- komplexe Geometrien
- Funktionsintegration
- Individualisierung
- Leichtbau
- Materialeffizienz
Wesentliche Vorteile und Nachteile der additiven Fertigung
PRO:
- Kontaktlose Fertigung ohne Werkzeug –> Kein Werkzeugverschleiß und keine Herstellung von Formen notwendig
- Hohe Materialeffizienz
- Herstellung komplexer Geometrien möglich
- Schnelle Produkteinführung durch direkte Fertigung aus 3D CAD Daten (»short time to market«)
KONTRA:
- Anisotropie – Lagenweiser Aufbau führt zu Inhomogenitäten
- Konventionelle Nachbearbeitung erforderlich – Mittels AM wird i.d.R. nur ein Halbzeug gefertigt
- Rohmaterial – Gesundheitsgefährdung durch Material (Pulver)
- Automatisierungsgrad – Noch oftmals viele, manuelle Arbeitsschritte (Entfernen von Stützstrukturen, Entpulvern, etc.)
- Mangelnde / fehlende Standardisierung – Keine einheitlichen Designregeln bzw. Standards (z.B. Datenformate)
Gründe für den Einsatz von AM
Vervollständige das Diagramm
Nenne die 7 verschiedenen additiven Fertigungsverfahren
Erkläre den Prozess der Bindemittelauftrag / Binder Jetting und nenne typische Werkstoffe
Prozess:
Auftragen einer Pulverschicht
Selektives Aufbringen eines flüssigen Bindemittels (Binder)
Lokale Benetzung einzelner Pulverpartikel mit Bindemittel und Verkleben benachbarter Pulverpartikel durch Verdunstung von Bindemittelbestandteilen (kann durch Wärmestrahlung beschleunigt werden)
Nach Beendigung des Aufbaus:
Entfernen des unverfestigten Pulvers
Bei Keramik und Metallen üblich: Erhöhung der Dichte und Festigkeit durch weitere Wärmebehandlung (Sintern)
Werkstoffe:
Keramik-, Kunststoff- und Metallpulver
Gerichtete Energieeinbringung / Directed Energy Deposition I/II
Erkläre den Prozess und typische Werkstoffe bei thermischen Energiequellen
Prozess:
Fördern von Pulver in einen Schutzgasstrom oder Fördern eines Drahts über Schutzgasdüse in Richtung Substratplatte
Erwärmung der Substratoberfläche und Aufschmelzen des Zusatzwerkstoffs
Stoffschlüssige Verbindung zwischen Substratplatte und Zusatzwerkstoff durch Phasenänderung bei Abkühlung
Nach Beendigung des Aufbaus:
Abkühlen des Bauteils Abtrennen des Bauteils von der Substratplatte
Typische Werkstoffe:
Pulver oder Drähte aus: z.B. Stähle, Nickel-Basis Legierungen, Titan- und Aluminiumlegierungen sowie Hochschmelzende Metalle wie Tantal, Wolfram, Niob
Gerichtete Energieeinbringung / Directed Energy Deposition II/II über kinetische Energiequelle
Erkläre Prozess und typische Werkstoffe
Prozess:
Kinetische Energiequelle:
Beschleunigung von Pulverpartikeln in einem Trägergasstrom auf Überschallgeschwindigkeit und Ausrichtung des Gasstroms auf die Bauteiloberfläche
Auftreffen der Pulverpartikel auf die Oberfläche und Umsetzung der kinetischen Energie in Erwärmung und starker plastischer Verformung von Randzone und Pulverpartikel => stoffschlüssige Verbindung
Nach Beendigung des Aufbaus:
Abkühlen des Bauteils Abtrennen des Bauteils von der Substratplatte
Werkstoffe:
Pulver aus „weichen“ Metallen: z.B. Stähle, Kupfer und Kupferlegierungen (Bronze, etc.), Aluminium
Werkstoffextrusion / Material Extrusion
Erkläre Prozess und typische Werkstoffe
Prozess:
Extrusion von zähflüssigem Material durch einen beheizbaren Extruderkopf (vergleichbar mit Heißklebepistole)
Zähflüssiger Materialstrang tritt an der Düse aus und wird auf die Oberfläche bzw. der darunter liegenden Schicht abgelegt
Werkstoffabhängig verbinden sich die Materialschichten aufgrund Verdunstung, Phasenänderung durch Abkühlung oder Vernetzung durch (photo)chemische Reaktion (z.B. Polymerisation)
Schritte Nach Beendigung des Aufbaus:
Trennen des Bauteils von der Bauplattform und Entfernen der Stützstruktur (falls vorhanden)
Werkstoffauftrag / Material Jetting
Erkläre den Prozess und typische Werkstoffe
Prozess:
- Photopolymer wird erwärmt und tropfenförmig augetragen
- Bestrahlung des Photopolymers mit UV Licht und Auslösen der photochemischen Reaktion bewirkt Aushärtung des Photopolymers
Werkstoffe:
Photopolymere
Pulverbettbasiertes Schmelzen / Powder Bed Fusion
Erkläre Prozess und typische Werkstoffe
Prozess:
Auftragen einer Pulverschicht
Selektives, lokales Schmelzen bzw. Verschmelzen von Pulverpartikeln mithilfe eines Lasers oder Elektronenstrahls
Werkstoffe:
Metallpulver, z.B. Stähle, NickelbasisLegierungen, Titan- und Aluminiumlegierungen
Schichtlaminierung / Sheet Lamination
Erkläre Prozess und Werkstoffe
Prozess:
- Abwickeln und Zuschneiden von Folienmaterial
- Verkleben oder Verschweißen und gleichzeitigem Anpressen des Folienausschnitts mit darunter liegenden Folienausschnitt
Wertkstoffe:
Folien und dünne Bleche aus: – Papier – Metall – Kunststoff oder faserverstärkte Komposite
Wannenbasierte Photopolymerisation / VAT Photopolymerization
Prozess und Werkstoffe
Prozess:
Aushärten von flüssigem Photopolymer durch UV-Licht (Schicht für Schicht)
Werkstoffe:
Flüsseiges Photopolymer
Was beschreibt die horizontale und vertikale Prozesskette un welche Rolle spielen Effektivität und Effizienz
charakteristische Eigenschaften von pulverbettbasierten, generatuven Fertigungsverfahren
- generativ, schichtweiser Aufbau von Bauteilen
- direkte Fertigung aus CAD-Modellen
- Möglichkeit zur Fertigung komplexer Geometrien (Hohlräume, Hinterschnitte, Kühlkanäle)
- Erschließung hoher wirtschaftlicher Potentiale bei Fertigung komplexer Geometrien in kleiner Stückzahl
Stützstrukturen
- notwendig, wenn Bauteil Überhänge aufweist
- Stützstrukturen stützen entgegen der Schwerkraft
Der Einsatz additiver Fertigungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen muss aus produktionstechnischer Sicht einen Mehrwert gegenüber konventionellen Verfahren bieten:
Kosten (z.B. Einzelteilfertigung)
Funktionalität (z.B. Gewichtsoptimierung)
Komplexität (z.B. konturnahe Kühlkanäle)
Die Einbindung additiver Fertigungsverfahren in existierende Prozessketten ist heutzutage nach wie vor herausfordernd. Auf Seiten der Software sind speziell die Datendurchgängigkeit und die ganzheitliche Funktionalität einer Softwarelösung wichtige Themen. Nennen Sie daher drei rechnergestützte Funktionalitäten, die eine durchgängige Softwarelösung für hybride Prozessketten erfüllen sollte. (3 Punkte)
CAS, computer-aided styling, rechnergestützte Gestaltung oder CAD, computer-aided design, rechnerunterstützte Konstruktion oder CAM, computer-aided manufacturing, rechnergestützte Fertigung/ Fertigungsplanung oder CAQ, computer-aided quality assurance, rechnergestütztes Qualitätsmanagement
Welche Vorteile/Nachteile kann eine ganzheitliche Softwarelösung in diesem Zusammenhang bieten
Was kennzeichnet additive Prozesse laut Definition, die sich an die Terminologienorm DIN EN ISO/ASTM 52900 anlehnt?
- Generieren von Bauteilen durch Verbinden von Material
- Generieren von Bauteilen direkt aus 3D Modelldaten
- Schicht für Schicht / Schichtweiser Aufbau
Bei vielen additiven Fertigungsverfahren, wie beispielsweise dem pulverbettbasierten Schmelzen, kommen heutzutage zur Berechnung der Bearbeitungsdaten noch immer überwiegend 2,5D-Dateiformate zum Einsatz, z.B. das „.stl Format“. Worin besteht das Problem auf Datenebene, wenn die additiv hergestellten Bauteile mittels konventionellen Prozessen, z.B. durch Fräsen, nachbearbeitet werden müssen?
Die konventionelle industrielle Fertigung setzt nahezu ausschließlich auf 3D-Daten/Dateiformate, d.h. es müssen in der Regel aufwendig neue Daten erzeugt bzw. aufwendig abgeleitet werden, wodurch sich aufgrund von Schnittstellenverlusten oftmals Fehler ergeben.
