Kapitel1

• VDI 3405

• Fertigungsverfahren, bei denen das Bauteil durch Hinzufügen von Volumenelementen (Voxeln) oder Schichten direkt aus digitalen 3D-Daten automatisiert aufgebaut wird

• Entfall von produktspezifischer Werkzeuge und Vorbereitungen

• Erzeugung von mechanisch-technologischer Eigenschaften während des Bauprozesses

• Bauteile können in jeder beliebigen Orientierung (Anisotropie: in Schichtebene stabiler als zwischen den Ebenen) gebaut werden

• Dateiformat STL

• 1. Ebene: Fertigungsverfahren: Urformen

• 2. Ebene: Urformen aus dem festen Zustand (Filament, Pulver, Folie) oder flüssig/pastösen Zustand (Harz)

• 3. Ebene: Subtraktive Fertigungsverfahren: spanende Verfahren, formative Fertigungsverfahren, additive Fertigungsverfahren

Mit Beispielen aus FLM

1. Ebene: Aggregatzustand des Ausgangswerkstoff: Feststoff

2. Ebene: physikalisches Wirkprinzip: Schmelzen/ Erstarren

3. Ebene: Verfahrensfamilie: Extrusionsverfahren

4. Formen des Ausgangsstoffs: Draht/Granulat

5. Schichterzeugendes Element: Exruder, Düse, Druckkopf

6. Verfahren: FLM

1. digitale 3D-Daten erstellen

   STL-Daten zu Geometriedaten (neutrales Format)

   STL-Daten aus 3D-CAD, 2D-Skizze, Messdaten, CT

2. Daten vorbereiten

   Verantwortung der Konstruktion: Ausrichtung, Optimierung, Hilfsgeometrien, Verfahrensparameter

   Verantwortung der Fertigung: Slicen (Maschinenspezifsiche Schnittinformationen), G-Code (Maschinendatensatz)

3. Maschinenvorbereitung

   Maschine virtuell und physisch auf den Druck vorbereiten: Maschinenkennwerte, Rüsten, Bauplatte, Vorwärmen,…

4. Bauprozess

   eigentlicher Bauprozess der additiven Fertigung. Prozessüberwachung

5. Bauteilentnahme und Post Processing

   Bauteil entnehmen, Absaugen von überschüssigem Material, Baumaterial aufbereiten, Stützstrukturen entfernen, Bauteil putzen, Bauplattform reinigen

6. Nachbehandlung/ Finish

   Schritte zur Herstellung der technologischen Endeigenschaften. Passungen, polieren, lackieren

SL: Laser

DLP: Projektor

PJM: Tintenstrahldrucker mit anschließender Polymerisation

Allgemein:

• Baumaterial: flüssig

• Aushärtung durch Licht oder Wärme (Polymerisation). Belichtung durch Laser (d=140müm), Projektor, Lichtmaske, Lichtbalken

• Baumaterial wächst aus dem Fluid heraus, häufig über Kopf

• i.d.R. immer Stützstruktur (Inseln 2. Grad, da Bauteile sonst schwimmen würden)

• hohe Präzision: Micro-SL bis 1müm

• max. Baugröße: 2000x1000x1000mm^3

• wenige sich bewegliche Teile, gut für Instandhaltung

• Nachbehandlung durch Nachvernetzung nötig

flüssige Werkstoffe verfestigen

• Material flächig aufbringen (indirekt aufbringende Verfahren)

  punktuell mit Laser (SL), zeilenweise belichten (DLP), über Maske belichten

• Material selektiv aufbringen (direkt aufbringende Verfahren)

  Verfestigen durch Belichtung (PJM), Verfestigen durch Wärme (Drop on Demand)

• 3D Generierung, bisher nur Forschung

AF-Verfahren mit Kunststoffpulver

• Lasersintern (LS), keine Stützstruktur erforderlich

• Maskensintern (SMS)

• Direktextrusion aus Pulver (FLM)

• Pulverdruck Polymerisation (3DP, Binder Jetting)

Polyamid, pulverförmig, Partikelgröße 20-100 müm

Aushärtung durch Erwärmung (LS/SMS), durch flüssigen Binder (3DP)

Bauraumtemperatur 170-210°C, nahe der Schmelztemperatur

• positiv: schneller, weniger Wärmeverzug, weniger Eigenspannungen

• negativ: Wärmeeinflusszonen, Restpulver schmilzt teilweise zusammen

id.R. kein Stützmaterial erforderlich

Aufwendige Maschinenvor- und nachbereitung

bei der Konstruktion af eingeschlossene Pulvernester achten

Schichtdicken von ca 20 mum

poröse Bauteile, die Nachbehandelt werden müssen

Nachbehandlung aufwendig

aber Bauteile belastbar

SLS-K —> LS, sintern von Kunststoffpulver

SLS-M —>LBM, Schmelzen von Metall (Alu, Titan,…)

Kunststoff und Metallsintern sehr ähnlich

Laserleistung und Verzg unterscheiden sich

beim LBM bleibt Metallpulver verhältnismäßig kühl

LBM immer mit Stützstrukturen um Verzug, Wärmeabfuhr, höhere Dichte

bei LBm immer Spannungsarmglühen um Verzug zu reduzieren

Pulverbett-Strahlschmelzen von Metallen

• Laser (LBM)

  mechansiche Strahlablenkung

• Elektronenstrahl (EBM)

  magentische Strahlablenkung

Sintern: pulverförmiger Werkstoff wird durch Glühprozess unterhalb der vollständigen Schelztemperatur “verbacken”

Schmelzen: Werkstoff wird durch Erhotzen über dem Schmelzpunkt vollständig verflüssigt

Übergang vom Sintern zu Schmelzen verläuft fließend.

FLM: Fused Layer Modelling

Einstiegsklasse in die AF

Baumaterial: fest, stangen, spulen, granulatform

material wird thermisch in der Düse aufgeschmolzen, danach erstarrt das Baumaterial wieder. Hierdurch verschlingen sich die Molekülketten der Thermoplaste erneut

bei Bedarf Stützmaterial einsetzen

Curling: Materialverzug möglich. Bauteil löst sich durch Eigenspannungen von Bauplattform

Geringer Aufwand bei Maschinenvor- und nachbereitung

Schichtdicken 50 bis 100 mum

Temperaturbereich: 140-300°C

• Führungssystem (Steifigkeit, Aufbau, Qualität)

• Düsendurchmesser und -temperatur

• Bauplattform und Bauraumheizung

• Materialqualität (Viskositätsbereiche, Durchmesser-Toleranzen)

1. Granulatverarbeitung mittels Schneckenextruder

2. beheiztes Wasserbecken zur Abkühlung

3. Qualitätschecks: Durchmesser und Oberflächengüte

4. Richtstrecke: Durchmesser und Oberfläche an soll korrigieren

5. Aufwickeln

1,75 mm für Hobby

2,85 mm für professionelle Anwender

Spulengewicht zwischen 0,7 und 3 kg

mit neuem Filament-Drucktest erforderlich

Gleichmäßigkeit, Toleranzen, Rundheit des Filaments sind essenziell für gleichbleibende Druckergebnisse