Additive Fertigung

Ein Prozess zum Verbinden von Materialien, um Objekte aus formlosem Stoff und 3D CAD Daten herzustellen. Normalerweise Schicht für Schicht

Subtraktive Fertigung: Spanende Fertigun

Additive Fertigung: Zusammenfügen von Volumenelementen

Formgebende Fertigung: Verformung eines gegebenen Volumens

Pulver mit Plasma auf Bauteile schießen

kostengünstige Reparatur

Form und Art des Vormaterials

Art der Energiequelle

Größe der Auftragsrate

gasförmig

• Abscheiden von Aerosolen

• chemische oder physikalische Gasphasenabscheidung

flüssig

• stereolithographie

• Polymerdrucken

fest

• Schmelzen von Pulvern und Drähten

• Extrusionsverfahren

Powder bed fusion

• Selektives Laserstrahlschmelzen

• Selektives Elektronenstrahlschmelzen

Direct Energy Deposition

• Elektronenstrahlauftragsschweißen

• Laserauftragsschweißen

• Pulverauftragsverfahren

andere

• binder jetting

• sheet lamination

Spezifika des Druckprozesses

• Richtungsabhängigkeit

• wiedeholter Wärmeeintrag

• Eigenschaften und Qualitätsstreuung des Vormaterials

Spezifisches Gefüge

• Vorzugsrichtung

• chemische Zusammensetzung und Reinheit des Gefüges resultieren aus Qualität Vormaterial

• Eignung zur Wärmebewhandlung

Bauteileigenschaften

• unterschiede zum konventionellen Urformen

• Anisotropie mechanischer Eigenschaften

Prototyping / Erkennen Konstruktionsfehler

komplizierte Geometrien, konstruktive Freiheitsgrade und Gestaltungsräume

Topologie- und Gestaloptimierte Freiräume

automatisierte und größtenteils werkzeuglose Fertigung

digitale Modelle und hohe Flexibilität

Produktindividualisierung und Funktionsintegration

Dünnwandigkeit / Materialersparnis

Kanalstrukturen (Spritzgussformkühlung)

Kraftflussanpassung

Materialmix und Properties on demand

gradierte Materialien über Verarbeitung Verbundwerkstoffe

nachhaltigkeit (Materialeffizienz / Bioprinting)

methodische Unterstützung

4d-Druck (aktorische Integration)

neue Geschäftsmodelle (Lieferketten, hochspeziallisierte Maschinen, digitale Fertigung)

einfache Replikation von Einzelteilen / Produktpiraterie / reverse Engineering

gesetzliche Regularien können leicht umgangen werden

dezentrale Fertigung bewirkt neue Fragen bzgl. Produkthaftung

begrenzte Prozesskammer

hoher Materialaufwand bei Pulververfahren

hohe Maschinenkosten und Produktionszeiten

Oft Stützstrukturen erforderlich

Material- und Gasemmisionen

Verkettung Postprocessing nicht möglich

nicht alle Materialien druckbar

sinnvoller Einsatz nicht immer möglich

3D Modell erzeugen (CAD / Scanner)

.stl Datei aus 3D Daten

Reparatur der .stl Schließen der offenen Flächen

Positionierung in Bauumgebung

Erzeugung der Stützstrukturen

Slicing

Ausfüllung der geslicten Schichten mit Material zur Volumenerzeugung

Wärmebehandlung

• richtungsunabhängiges Gefüge

Spanende Bearbeitung von Funktionsflächen

• Passflächen / enge Toleranzen / hohe Oberflächengüten nicht mit additiver Fertigung möglich -> spanende Bearbeitung

• Herausforderungen: Zugänglichkeit, Spannen des Bauteils

Einsatz von Hochleistungslaser

Vollständiges Aufschmelzen und anschließendes Erstarren des Pulvers

• hohe Anzahl druckbarer Werkstoffe

• höhere Werkstoffdichte möglich

Steuerung des Strahls mit mechanischen optischen Systemen

Steuerung des Elektronenstrahöls mit Spulen

• nicht mechanisch -> schneller

Vorteile gegenüber Laserstrahlschmelzen

• In Vakuum statt Schutzgasatmosphäre

• schnellere Verfahrgeschwindigkeiten

• feines und homogenes Gefüge für hervorragende Werkstoffeigenschaften

Nachteile gegenüber Laserstrahlschmelzen

• schlechtere Oberflächenqualität

• geringere Bauteilkomplexität möglich

• geringere Materialdiversität

Anwendung

• Luft- und Raumfahrt

• Werkstoffe: Co-Legierungen / Titan / Titanaluminide / Nickelbasislegierungen