Das Verfahren der additiven Fertigung zeichnet sich durch Herstellung des Bauteils direkt aus CAD-Daten aus. Damit vereint das Verfahren die Konstruktion, Arbeitsvorbereitung und Fertigung des Produkts. Vorher angefertigte Formen oder auch benötigte Werkzeuge werden somit nicht mehr benötigt. Damit ist das Fertigungsverfahren vor allem für Prototypen oder auch für Musterserien geeignet. Diese sind qualitativ nicht auf dem gleichen Stand wie die eigentlichen Erzeugnisse, dennoch sollen sie so detailgetreu und nah am Endprodukt wie möglich sein. Das Verfahren zeichnet sich besonders durch Flexibilität und eine schnelle Realisierbarkeit der angeforderten Erzeugnisse aus. Die Kehrseite der Medaille ist, dass keine Produktion auf Masse erreicht werden kann, da die Fertigung von den Produkten sehr zeitaufwendig ist. Somit kann man Stand heute keinen Massenmarkt bedienen. Die bekannteste Branche, in dem die additiven Fertigungsverfahren Anwendung finden ist die Medizintechnik. Hier kann auf die Stärken zurückgegriffen werden und die Schwächen des Verfahrens spielen hier keine besondere Rolle. Besonders die individuellen Anforderungen dieser Branche, wie bspw. Prothesen oder andere Einzelstücke können relativ einfach angepasst werden. Darüber hinaus ist das Verfahren auch kostengünstiger für diese Anwendungen.
Das schnell wachsende und immer fortschrittlichere Verfahren soll in dieser Ausarbeitung genauer betrachtet werden. Auf die am weitest verbreiteten Verfahren wird hier genauer eingegangen und die Hintergründe der Fertigung genauer beleuchtet.
Ob sich das Verfahren langfristig am Markt etablieren kann und ein wichtiger Baustein zur Herstellung von Erzeugnissen werden kann ist mit Spannung abzuwarten.
Inhaltsverzeichnis
1. Grundlagen und Einführung
2. Selektives Lasersintern (SLS)
2.1 Aufbau des Verfahrens
2.2 Herstellungsprozess
2.3 Vor- und Nachteile
3. Fused Deposition Modeling (FMD)
3.1 Aufbau des Verfahrens
3.2 Herstellungsprozess
3.3 Vor- und Nachteile
4. Electron Beam Melting (EBM)
5. Stereolithografie
5.1 Polymerisation
5.2 Materialien
5.2.1 Allgemein
5.2.2 Harze
5.3 UV-Laser
5.4 Optische Scanner / Strahlenführungssysteme
5.5 Steuerungseinheit (Mikroprozessor)
5.6 Betriebssoftware
5.7 Aufbau des Verfahrens
5.8 Herstellungsprozess
5.9 Anwendung
6. Polygrafie (MJM)
6.1 Allgemeines
6.2 Aufbau des Verfahrens
6.3 Herstellungsprozess
6.4 Vor- und Nachteile
7. Schicht- Laminat- Verfahren (LLM)
7.1 Allgemeines
7.2 Aufbau: des Verfahrens
7.3 Herstellungsprozess
7.4 Vor- und Nachteile
8. Ausblick in die Zukunft
9. Eigene Projekte
Zielsetzung & Themen
Diese Ausarbeitung bietet einen detaillierten Überblick über moderne additive Fertigungsverfahren, untersucht deren technische Grundlagen, Herstellungsprozesse sowie spezifische Vor- und Nachteile und analysiert deren Anwendungsmöglichkeiten in der Industrie.
- Grundlegende Prinzipien der additiven Fertigung
- Detaillierte Analyse gängiger 3D-Druckverfahren (SLS, FDM, EBM, Stereolithografie)
- Technologische Merkmale wie Schichtaufbau und Materialeigenschaften
- Wirtschaftliche Aspekte und Anwendungsgebiete in der Medizintechnik und Industrie
Auszug aus dem Buch
3.2 Herstellungsprozess
Die Thermoplaste werden als Kunststofffäden auf Spulen geliefert und haben meist eine Dicke zwischen 1,75mm bis 2,85mm. Die Kunststofffäden werden bei dem Fertigungsprozess durch eine stark erhitzte Düse gepresst, in der sich die Thermoplaste verflüssigen und dann Schicht für Schicht auf die Druckplatte aufgebracht werden. Die Kunststofffadenrolle wird dabei kontinuierlich weiter abgespult. Mit der Erstarrung wächst das gewünschte 3D Modell in die Höhe. Übliche Schichtdicken liegen bei etwa 0,1mm und führen daher noch sehr oft zu einer sichtbaren Riffelung auf der Oberfläche der Objekte.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Grundlagen und Einführung: Dieses Kapitel erläutert die Grundprinzipien der additiven Fertigung, die ohne klassische Werkzeuge direkt aus CAD-Daten Bauteile erzeugt, und beleuchtet deren Flexibilität sowie aktuelle Einschränkungen.
2. Selektives Lasersintern (SLS): Hier wird das SLS-Verfahren beschrieben, bei dem pulverförmiges Material schichtweise durch einen Laser aufgeschmolzen und versintert wird, um komplexe Bauteile zu erzeugen.
3. Fused Deposition Modeling (FMD): Dieses Kapitel widmet sich dem verbreiteten FDM-Verfahren, bei dem thermoplastischer Kunststoff durch eine beheizte Düse extrudiert wird, um schichtweise Objekte aufzubauen.
4. Electron Beam Melting (EBM): Der Fokus liegt hier auf dem EBM-Verfahren, das in der Funktionsweise dem Lasersintern ähnelt, jedoch einen Elektronenstrahl zur Materialschmelzung im Vakuum nutzt.
5. Stereolithografie: Dieses Kapitel analysiert das Verfahren der Stereolithografie, bei dem flüssige Photopolymere selektiv durch einen UV-Laser gehärtet werden.
6. Polygrafie (MJM): Hier wird das Multijet-Modeling (MJM) vorgestellt, ein präzises Verfahren, das mit tröpfchenweise aufgetragenen Photopolymeren arbeitet und eine hohe Detailgenauigkeit ermöglicht.
7. Schicht- Laminat- Verfahren (LLM): Das Kapitel behandelt das LOM- bzw. LLM-Verfahren, bei dem das Bauteil durch das Zuschneiden und Schichten von Materialfolien aufgebaut wird.
8. Ausblick in die Zukunft: Dieser Abschnitt gibt einen Ausblick auf innovative Entwicklungen, wie die Integration in industrielle Fertigungszellen und medizinische Anwendungen wie den 3D-Druck von Organen.
9. Eigene Projekte: Der Autor dokumentiert hier ein praktisches Projekt, bei dem mit einem FDM-Drucker gemeinsam mit Kommilitonen ein Bauteil realisiert wurde.
Schlüsselwörter
Additive Fertigung, 3D-Druck, Lasersintern, Fused Deposition Modeling, Stereolithografie, Schicht-Laminat-Verfahren, Prototyping, Kunststoff, CAD-Daten, Fertigungsprozess, Schichtbau-Prinzip, Polymerisation, Industrielle Fertigung, Materialeigenschaften, Werkzeuglose Fertigung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit bietet eine fundierte Übersicht über gängige additive Fertigungsverfahren, erklärt deren technische Funktionsweise und bewertet deren Stärken und Schwächen im industriellen Einsatz.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen umfassen die technologischen Details verschiedener 3D-Druckverfahren, die verwendeten Materialien sowie deren ökonomische und praktische Anwendungsmöglichkeiten.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, dem Leser ein tiefgreifendes Verständnis der additiven Fertigung zu vermitteln, indem die Funktionsprinzipien der wichtigsten Verfahren detailliert analysiert werden.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es handelt sich um eine technologisch-analytische Ausarbeitung, die auf einer fundierten Literaturrecherche und der strukturierten Beschreibung von Fertigungsverfahren basiert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in Kapitel zu einzelnen Verfahren wie SLS, FDM, EBM, Stereolithografie, Polygrafie und LLM, wobei jeweils Aufbau, Prozess und Vor- sowie Nachteile erläutert werden.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Additive Fertigung, 3D-Druck, Prototyping und Schichtbau-Prinzip charakterisiert.
Worin unterscheiden sich SLS und EBM grundlegend?
Während beide Verfahren mit einem Pulverbett arbeiten, liegt der Hauptunterschied in der Energiequelle: SLS verwendet einen Laser, während EBM einen Elektronenstrahl im Vakuum nutzt.
Warum ist das Schicht-Laminat-Verfahren für große Bauteile geeignet?
Durch das zuschneidende Verfahren anstelle des punktuellen Schmelzens ist das LLM-Verfahren stabiler und schneller bei der Erstellung von großvolumigen und massiven Objekten.
Welche Rolle spielt die Polymerisation bei der Stereolithografie?
Die Polymerisation ist der entscheidende chemische Prozess, bei dem flüssiges Photopolymer durch UV-Licht-Einwirkung selektiv gehärtet wird, um das Bauteil schichtweise zu bilden.
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- Marvin Deininger (Author), 2019, Additive Fertigungsverfahren. Selektives Lasersintern, Fused Deposition Modeling, Electron Beam Melting, Stereolithografie, Polygrafie, Schicht-Laminat-Verfahren, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/925419
