V2

1. CAD/CAM: Designphase in der 3D Modelle digital erstellt werden und z.B. mittels Simulationen das Design optimiert wird

2. Pre-Process: Vorbereitung des Druckprozesses: Konvertierung von CAD-Modellen in AM-verständliche Anweisungen für den Drucker, Erzeugung von Stützstrukturen, Slicing, Bauplattform-Vorbereitung

3. AM-Process: Herstellung des Bauteils: Materialauftrag, Schichtbildung, Aushärtung und

4. Post-Process: Nachbearbeitung des gedruckten Teils: z.B. Entnahme aus dem Druck, Entfernung von Stützstrukturen

5. Final Part: Qualitätskontrolle, Dokumentation

• Der Treppenstufeneffekt

• Komplexe Strukturen

• Anisotropie in Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften

• Individualisierung

• der Datenaufbereitung

• Schichtdicke (je größer die Schichtdicke und je kleiner der Ausrichtungswinkel, desto größer der Treppeneffekt)

• Bauteilausrichtung / Flächenwinkel zur Montagerichtung

Um Effekt zu verrrinergern: Winkel oder Layer dicke verändern

Komplexe Strukturen können erreicht werden, dadurch dass der 3D Körper in ein 2D Schichtmodel umgewandelt wird. Dadurch sind Geometrien wie innere Kühlkanäle und Gitterstrukturen möglich in nur einem Schritt zu Produzieren.

Durch den schichtweisen Aufbau ändert sich die Mikrostruktur lokal an verschiedenen Stellen des Bauteils.

Durch das gesteigerte Wiederaufheizen in den unteren Lagen kann es zur Rekristallisation und Kornwachstum kommen, wodurch äquiaxiale Körner entstehen.

Für die Produktion muss nur ein CAD Modell erstellt werden. Dadurch entfallen teure Formen und Werkzeuge, die in der konventionellen Produktion benötigt werden. Dadurch kann ein hoher Grad an Individualisierung erreicht werden für Implantate, Klamotten und Accessories, sowie den Prototypenbau

Powder Bed Fusion

• Verschiedene Anwendungsfälle von AM in vielen Branchen wie Automobil, Luftund Raumfahrt, Medizin und Werkzeugbau

• Beispiele sind:

  • Nockenwelle im Auto

  • Turbinenschaufeln im Flugzeug

  • Implantate für die Medizin

  • Werkzeuge im Werkzeugbau

lassen sich alle Materialen Verarbeiten die eine gute Schweißbarkeit aufweisen und als Pulver vorliegen:

Beispiel:

• Edelstahl

• Allumium

• Nickel-Based

• Titanium

Das Wöhler Diagramm zeigt die Anzahl an Zyklen, die eine Probe bei einer bestimmten maximal aufgebrachten Zugspannung bis zum Versagen aushält. Die Kurven zeigen die Versuche für TiAl6V4 für die Zustände ungefräst und Spannungsarmgeglüht (Kreis) ungefräst und HIP (Dreieck), gefräst und Spannungsarmgeglüht (Raute) sowie gefräst und HIP (Quadrat). Man erkennt, dass die ungefrästen Proben durch die raue Oberfläche aus dem PBF eine geringere Festigkeit aufweisen als die gefrästen Proben. Der HIP Prozess steigert die Dauerfestigkeit weiter.

Aufgrund der sehr hohen Abkühlungsraten ist das Gefüge der PBF-LB/M-Bauteile meist kolumnar mit einer starken Textur in Baurichtung. Da die Wärmeleitung durch die Grundplatte am höchsten ist und die Körner entlang der Achse der höchsten Wärmeleitung wachsen, entstehen diese länglichen Körner. Durch sehr hohe Abkühlungsgeschwindigkeiten entstehen im Bauteil hohe Eigenspannungen. Überschreiten diese Spannungen die Streckgrenze des Werkstoffs, kommt es zum Verzug.

Directed Energy Deposition

• Beschichtungen

• Reparatur

• Additive Fertigung

• Hybride Fertigung

Für DED gelten primär dieselben Pulverbedingungen wie für PBF-LB/M. Allerdings muss das Pulver bei DED in den Prozess zugeführt werden. Dadurch muss ein besonderes Augenmerk auf die Fließfähigkeit der Pulver gelegt werden, um einen kontinuierlichen Pulvermassenstrom zu gewährleisten. Dafür ist eine wichtige Pulvereigenschaft die Partikelgrößenverteilung (muss eng sein)

Aus dem Grund kann WAAM-Verfahren (Draht) als EIngangsmaterial genutzt werden.

Typische Drahdurchmesser (0,1- 2mm)

Um im PBF-LP/P verarbeitet werden zu können, müssen die Polymere während der Synthese oder in einem nachgelagerten Prozessschritt in Pulverform überführt werden. Dabei sind folgende Größen wichtig:

• Partikelgröße

• Partikelgrößenverteilung

• Partikeloberfläche • Partikelform

1. Im kryogenen Mahlen wird das Material stark heruntergekühlt, was die Sprödigkeit erhöht, und dann gemahlen. Dieser Prozess kann für fast alle Polymere durchgeführt werden, leider ist die Kontrolle über die genannten Größen schlecht

2. Die anderen beiden Prozesse der Fällung und insbesondere der Suspensionspolymerisation sind deutlich komplexer und erfordern umfangreiches (chemisches) Know-how. In der Fällung wird das synthetisierte Polymer in einem guten Lösungsmittel aufgelöst und dann durch Zugabe eines schlechteren Lösungsmittels wieder ausgefällt. Bei richtiger Prozessführung können hier Partikel mit guter Morphologie und Flussfähigkeit erzeugt werden. Bei der Suspensionspolymerisation werden die Partikel bereits während der Polymersynthese erzeugt, indem die Polymerisationsreaktion in dispergierten Monomertröpfchen stattfindet. Die so erzeugten Partikel sind aufgrund der sphärischen Geometrie der Tröpfchen ebenfalls fast perfekt sphärisch.

• Polyamide (Pa12)

• Polyolefine

• Polyaryletherketone

In PBF-LB/P sind keine Stützstrukturen erforderlich. Daher ist es möglich, alle Bauteile in allen Dimensionen in einem Bauauftrag kompakt zu verschachteln. Dies erhöht die Produktivität des Prozesses.Für den Prozess muss ein stabiler Temperaturbereich eingehalten werden. Denn bei einer zu hohen Temperatur kristallisiert das Material aus. Das Sinterfenster ist der Temperaturbereich, in dem das Polymer im amorphen Zustand bleibt. Dies erfordert eine konstante Erwärmung während des gesamten Prozesses.

Vat Photopolymerization

• Individuell angepasste Kopfhöhrer gefertigt durch Einspritzen von Silikon in eine SLA-gefertigte Form

• Schmuck für den Feinguss von Schmuck

• Kleine Zahnräder

• Kopf einer Actionfigur, hergestellt mittels SLA (Hasbros Selfie Series ermöglicht es den Kunden, sich selbst zu scannen und individuelle Figuren zu bestellen)

• SLA-gedruckte Dental-Aligner. Weitere Anwendungen sind Zahnersatz und chirurgische Schablonen, aber auch permanente Kronen für Implantate

• Fahrradsattel mit Gitterstruktur mit variabler Nachgiebigkeit, hergestellt mittels CLIP

Es gibt verschiedene Arten von Photopolymeren. Diese basieren alle auf der Polymerisation von Monomeren (niedermolekulare Verbindungen ) oder Vernetzung von Präpolymeren (Oligomere)

• Acrylharze

• Epoxy-Harze

• Thiol-Ene

  
  

Hohe AUflösung von 20 μm

Binder Jetting

• Automobilindustrie: Gas- und flüssigkeitsführende Komponenten / Entlüftungsadapter

• Luft- und Raumfahrt: Gewichts- und Topologie-optimierte Bauteile / Strukturelemente

• Medizin: Helmbezug / Orthese Werkzeugbau: Gehäuse / Vorrichtungen

Typische Materialien für BJT sind rostfreie Stähle, Titanlegierungen und Polyamide

Bei BJT sind keine Stützstrukturen notwendig. Daher können die Bauteile in einem Bauauftrag in allen Dimensionen kompakt geschachtelt werden. Die Prozesszeit im BJT ist unabhängig von der Anzahl der Bauteile. Dadurch erhöht sich die Produktivität bei vielen Bauteilen in einem Bauauftrag.

Nach dem Prozess erhält man lediglich ein Grünteil, welches sehr fragil ist (wie Kreide). Sintern ist notwendig nach dem Prozess. Das dadurch hervorgerufene thermische Schrumpfen muss im CAD Modell vor dem Prozess mit eingerechnet werden

Material Extrusion

Filament oder Pellets

Die Materialien für MEX sind vielseitig. Neben Polymeren können auch Metalle wie z.B Edelstahl, Nachrungsmittel wie Schokolade oder sogar Beton zum Häuserbau verwendet werden.

Je nach Aufbaurichtung unterscheiden sich die mechanischen Eigenschaften deutlich. Faustregel: Die Zugfestigkeit ist entlang der Extrusionen am höchsten, zwischen benachbarten Extrusionen reduziert und zwischen Extrusionen in verschiedenen Schichten am geringsten

Der AM Markt sagt für 2027 ein Wachstum von 2.5 auf 6.5 BN € voraus. Hierbei haben PBF-LB/M und VPP den größten Marktanteil.