Nennen Sie vier skalierbare additive Herstellungsmethoden.
Nenne sie zwei Rapod prototyping kategorien und vier schlüsselgruppen der technologien Geben sie zusätzlich ein beispiel pro technologie
Skizzieren Sie ein Schema und beschreiben Sie in eine Kompaktdarstellung die Funktionsweise von ”Fused Desposition Modelling” oder FDM. Benennen Sie zwei Beispiele wo FDM Einsatz findet, zusammen mit der funktionale Material. Was sind ausserdem die Auflo ̈sungsrenzen der FDM.
Skizzieren Sie ein Schema und beschreiben Sie in eine Kompaktdarstellung die Funktionsweise von selektives Lasersintern (SLS). Identifizieren Sie zwei allgemeine Eigenschaften von SLS.
Erla ̈utern Sie anhand einer Skizze in wenigen Worten die Funktionsweise von tintenbasierten Drucktechniken. Nennen Sie vier Anwendungen dieser Techniken. Beschreiben Sie außerdem mindestens einen Typ von Druckkopf.
Wie unterscheiden sich additive und subtraktive Prozesse?
Beschreiben Sie die Zyklen des ”Rapid Prototyping” Prozesses.
Was ist das Ziel des Rapid Prototyping und welche Hauptvorteile bietet es?
• Ziel: Schnelle Fertigung komplexer 3D-Teile direkt aus CAD-Modellen.
• Vorteile:
• Erstellung beliebig komplexer 3D-Geometrien.
• Automatisierte Prozessplanung basierend auf CAD-Modellen.
• Minimaler oder kein menschlicher Eingriff erforderlich.
Frage: Was sind die grundlegenden Prinzipien, Materialanforderungen und Herausforderungen des Lasersinterns, und welche Eigenschaften und Anwendungen ermöglicht diese Technologie?
• Grundprinzipien:
• Lasersintern nutzt einen Laserstrahl als Energiequelle, um pulverförmige Materialien zu schmelzen oder zu sintern.
• Kleine Partikel des Pulvers werden durch Wärme und/oder Druck miteinander verschmolzen, um eine gewünschte dreidimensionale Form zu erzeugen.
• Beim Sintern diffundieren die Atome zwischen den Partikeln ohne vollständiges Schmelzen, was besonders für Materialien mit sehr hohen Schmelzpunkten geeignet ist.
• Materialanforderungen:
• Typische Pulvermaterialien umfassen Kunststoffe, Metalle, Keramiken und Glas.
• Die Pulverkörner haben eine Größe von 20 bis 50 µm.
• Die Oberflächenrauheit der resultierenden Teile beträgt etwa 9 µm, was oft eine Nachbearbeitung erfordert (z.B. Schleifen, Polieren).
• Herausforderungen:
• Die Herstellung von Hohlräumen in vollständig geschlossenen Strukturen ist schwierig, da das Pulver aus den Hohlräumen entfernt werden muss.
• Die Auflösung der hergestellten Teile wird durch die Z-Achse begrenzt.
• Eigenschaften und Anwendungen:
• Lasersintern benötigt keine zusätzlichen Stützstrukturen, da das Teil von dem umgebenden Pulver getragen wird.
• Es ist möglich, mehrere Teile parallel herzustellen, was die Produktionskosten und -zeit senkt.
• Die Technologie wird oft für komplexe und hochfeste Teile eingesetzt, die in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Medizin und Automobilbau benötigt werden.
Welche Technologien ermöglichen Rapid Prototyping und wie arbeiten sie zusammen?
• Traditionelle Technologien: Metallurgie, Schweißen, Extrusion, CNC-Bearbeitung, Lithografie.
• Komponenten-Technologien: Laser, Tintenstrahldrucker, Bewegungssteuerung.
• CAD: Solides Modellieren.
• Zusammenarbeit: Rapid Prototyping integriert diese Technologien, um komplexe 3D-Modelle schnell und präzise zu erstellen.
Frage: Was sind die Hauptschritte im Rapid Prototyping-Zyklus?
• Hauptschritte:
• CAD-Design: Erstellen eines 3D-Modells.
• STL-Dateiausgabe: Konvertieren des Modells in ein druckbares Format.
• Vorverarbeitung: Vorbereitung des Druckprozesses.
• Dateiübertragung: Senden der Datei an die Maschine.
• Bauprozess: Schichtweiser Aufbau des Teils.
• Nachbearbeitung: Verfeinern und Fertigstellen des Teils.
Frage: Was sind die Einschränkungen des Fused Deposition Modeling (FDM)?
Antwort:
• Materialeinschränkungen: Vielfalt an Tintenmaterialien, typischerweise als Filamente von 0,05 bis 3 mm Durchmesser.
• Unterstützungsstrukturen: Erforderlich für überhängende oder schwebende Teile.
• Größenbegrenzung: Feature-Größen können bis zu 50 µm klein sein.
Frage: Welche funktionalen Materialien können im Fused Deposition Modeling (FDM) verwendet werden und welche Eigenschaften bieten sie?
Funktionale Materialien:
• Eingebettete Partikel: Verleihen dem gedruckten Teil zusätzliche Funktionen.
• Eisenpulverpartikel: Magnetische Eigenschaften.
• Graphen-verbesserte Materialien: Bessere Leitfähigkeit und mechanische Eigenschaften.
• Leuchten im Dunkeln: Spezielle optische Eigenschaften.
• Biologisch abbaubares Material: Polylactid (PLA) für umweltfreundliche Anwendungen.
Frage: Wie funktioniert das Binder Jetting und welche Vorteile bietet es?
• Funktionsweise:
• Eine Schicht Pulver wird auf einer Bauplattform verteilt.
• Ein flüssiges Bindemittel wird durch Tintenstrahldruckköpfe aufgetragen und verbindet die Partikel.
• Durch wiederholtes Auftragen von Pulver und Binden entstehen die Teile im Pulverbett.
• Funktioniert mit fast jedem Pulvermaterial.
• Schneller, einfacher und kostengünstiger Prozess.
• Option für Farbdruck.
• Teile können nach dem Druck weiterverarbeitet werden, z.B. durch Sintern oder Infiltration.
Frage: Was ist Laminated Object Manufacturing (LOM) und wie werden die Schichten verarbeitet?
• Prozess:
• Schichten von klebstoffbeschichteten Filmen werden nacheinander zusammengefügt.
• Materialien: Papier, Kunststoff oder Metalllaminate.
• Jede Schicht wird mit einem Messer oder Laser geschnitten, um die Form zu definieren.
• Eigenschaften:
• Die Schichtauflösung wird durch die Filmdicke bestimmt.
• Kann in Farbe erfolgen und nach dem Drucken weiterverarbeitet werden, z.B. durch Fräsen oder Bohren.
Wie funktioniert der Prozess des Ink-basierten Direct Writing (DW) und welche Methoden gibt es?
• Tropfen werden erzeugt und auf ein Substrat geschossen.
• Die Positionierung und Interaktion der Tropfen auf dem Substrat ist entscheidend.
• Trocknen oder andere Verfestigungsmechanismen produzieren das feste Endergebnis.
• Methoden:
• Continuous Inkjet (CIJ): Erzeugt kontinuierlich Tropfen.
• Drop-on-Demand (DOD): Erzeugt Tropfen nur bei Bedarf.
• Einschränkungen: CIJ hat eine geringere Auflösung als DOD, wird aber für spezielle Anwendungen wie das Drucken von 3D-Objekten und leitfähigen Spuren verwendet.
Frage: Welche Materialien und Substrate werden beim Ink-basierten Direct Writing (DW) verwendet und wie wird die Festigkeit erreicht?
• Materialien:
• Tinten mit keramischen, polymeren und metallischen Partikeln.
• Gute Dispersion der Partikel in der Tinte ist wichtig, um Sedimentation zu vermeiden.
• Nanopartikel reduzieren den Schmelzpunkt erheblich.
• Substrate: Glas, Polymer, Keramik, etc.
• Verfestigung: Die Schichtauflösung wird durch den Film bestimmt; die Teile können farbig sein und nachbearbeitet werden.
Frage: Welche Anwendungen sind für das Ink-basierte Direct Writing (DW) typisch?
• Elektrische Anwendungen: Flexible Elektronik, transparente leitfähige Oberflächen, Solarmetallisierung, 3D-Leiterbahnen.
• Sensoren: PZT-Arrays, Gassensoren.
• Strukturelle Anwendungen: Leichtbaustrukturen, selbstheilende Polymere.
• Frage: Wie funktioniert das Binder Jetting Verfahren und was sind seine Vorteile?
• Verteilung einer Pulverschicht auf eine Bauplattform durch eine Binder-Jetting-Maschine.
• Flüssiges Bindemittel wird durch Inkjet-Druckköpfe aufgetragen, um die Partikel zu verbinden.
• Prozess wird wiederholt, bis die Teile im Pulverbett aufgebaut sind.
• Funktioniert mit fast allen Materialien in Pulverform.
• Optionaler Farbdruck möglich.
• Produzierte Teile haben begrenzte mechanische Eigenschaften und können nachbearbeitet werden.
• Frage: Was sind die Hauptmerkmale des Laminated Object Manufacturing (LOM)?
• Schichten von klebstoffbeschichteten Filmen werden sukzessive miteinander verklebt.
• Verwendete Materialien: Papier, Kunststoff oder Metalllaminate.
• Jede Schicht wird mit einem Messer oder Laser geschnitten.
• Auflösungsgenauigkeit durch die Filmdicke bestimmt.
• Kann in Farbe und nachträglich bearbeitet werden.
• Frage: Welche Materialien können beim Ink-based Direct Writing verwendet werden und welche Anwendungen gibt es?
• Materialien: Tinten mit Keramik-, Polymer- oder Metallpartikeln.
• Anwendungsbereiche: Flexible Elektronik, transparente leitfähige Oberflächen, Sensoren und strukturale Anwendungen.
• Die Partikelgröße beträgt etwa 0,01 des Düsenausgangs, wodurch eine präzise Steuerung und hohe Auflösung ermöglicht werden.
• Verhinderung der Sedimentation durch Lösungsmittel oder Ultraschallbehandlung.
Frage: Wie funktioniert das LIFT-Verfahren und wofür wird es verwendet?
• Ablagerung kleiner Materialmengen von einem Dünnfilm durch einen Laserimpuls.
• Verdampfung eines kleinen Teils des Films und Neukondensation auf dem Substrat.
• Übertragung von anorganischen Materialien, Flüssigkeiten und Pasten.
Frage: Welche Schritte umfasst die elektrochemische Herstellung (EFAB)?
• Formgebung durch elektrochemische Abscheidung von Leitern.
• Anode wird speziell strukturiert, um Leitungen zu erzeugen.
• Kathode befindet sich in unmittelbarer Nähe.
• Zwischenräume werden mit Füllmaterial geschlossen, das nach Abschluss des Schreibprozesses entfernt wird.
• An der Kathode werden Metallionen reduziert und auf das Bauteil aufgebracht.
Welche Vorteile bietet das Nanoscribe-Verfahren beim 3D-Drucken von Polymerstrukturen?
• Erzeugung von zweikomponentigen 3D-Polymergerüsten.
• Kontrolle über mechanische und proteinbindende Eigenschaften.
• Ermöglicht dreidimensionale Zellformen und präzise Zelladhäsionsstellen.
Wie wird eine Keramikkrone mittels Fräsen hergestellt?
• Durchführung in einer Sitzung.
• Verwendung einer 3D-Kamera zur präzisen Vermessung des Zahns.
• CAD-Design der Krone.
• Maßgefertigte Krone wird gefräst.
• Prozess wurde 1980 von CEREC entwickelt.
Frage: Wie wird Elektronenstrahlschmelzen zur Herstellung von Titanprothesen in der Gliedmaßenerhaltungschirurgie verwendet?
• Anwendung bei Knochentumoren, die den Knochen oder das Weichgewebe betreffen.
• Entfernung und Ersatz des betroffenen Knochens.
• Begrenzte Verfügbarkeit geeigneter Prothesen.
• MRI/CT zur Erstellung eines CAD-Modells.
• Direkter 3D-Druck des maßgeschneiderten Modells zur Verkürzung der Behandlungszeit.
Welche Anwendungen haben Modelle anatomischer Teile in der Medizin?
• Diagnostische Visualisierung, um schwer erkennbare Strukturen darzustellen.
• Chirurgische Planung zur Evaluierung und Übung komplexer Operationen.
• Herstellung von Implantaten, die an die Anatomie des Patienten angepasst sind.
• Verwendung in der Lehre zur Veranschaulichung.
Welche zukünftigen Entwicklungen ermöglicht das 3D-Drucken von Organen?
Das 3D-Drucken ermöglicht die kundenspezifische Herstellung von Organen, die weniger problematisch und leichter verfügbar sind. Diese Organe könnten aus den eigenen Zellen des Patienten erstellt werden und möglicherweise durch Einbettung von Mikroelektronik in ihrer Funktionalität verbessert werden.
elche Vorteile bietet das Fused Deposition Modelling für die Herstellung von Handprothesen?
Das Fused Deposition Modelling bietet eine kostengünstige und anpassbare Lösung zur Herstellung von Handprothesen, die die Grundfunktionen einer menschlichen Hand, wie das Greifen und Manipulieren von Objekten, nachahmen.
Wie funktioniert der Fräsprozess und welche Rolle spielt CNC dabei?
Der Fräsprozess entfernt Material mithilfe rotierender Fräswerkzeuge, wobei die Bewegung durch CNC (Computer Numerical Control) gesteuert wird. Dieser Prozess ist kostengünstig und anpassbar.
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