Additive Fertigung für Chemiewissenschaften und Chemieingenieurwesen

2024
ISBN: 978-981-97-0977-9
Verlag: Springer

Buch, Deutsch, 367 Seiten, Format (B × H): 160 mm x 241 mm, Gewicht: 810 g

Dieses Buch ist speziell für Forscher sowie Lehrende konzipiert, die einen Fortgeschrittenen-Fertigungs-Kurs in ihren Klassen unterrichten oder einführen. Es präsentiert den aktuellen Forschungsstand in diesem Forschungsbereich und die bisher identifizierten Hauptprobleme für die Integration der additiven Fertigung in chemische Prozesse. Die einzigartige Fähigkeit, Materialien mithilfe aufkommender additiver Fertigungstechnologien in funktionale Bauteile mit spezifischer Geometrie zu verwandeln, hat in Biologie, Ingenieurwissenschaften und Materialwissenschaften erhebliches Interesse geweckt, um maßgeschneiderte Designs für spezifische Anwendungen zu erstellen. Die Anwendungen dieses aufstrebenden Fertigungsverfahren im Bereich der chemischen Wissenschaften und des Ingenieurwesens sind im Anfangssdtadium. Daher liegt der Hauptfokus dieses Buches darauf, die grundlegenden Prinzipien der additiven Fertigungsverfahren sowie den Einsatz in konventionelle chemische Prozesse und verschiedeneVerfahrenstechniken einzuführen. Der potenzielle Vorteil der Anwendung dieser additiven Fertigungstechnologien besteht darin, großtechnisch chemische Prozesse herunterzuskalieren, was mehrere Vorteile bietet, darunter eine geringere Flächenbedarf, Abfallreduktion, effiziente Wärmeintegration und dezentrale chemische Fertigung.

Was ist Additive Fertigung?

Additive Fertigung (engl.: additive manufacturing, AM) – weitgehend auch als 3D-Druck bezeichnet – ist ein aufstrebendes und innovatives Fertigungsverfahren, das sich grundlegend von konventionellen Herstellungsprozessen unterscheidet und der Forschung und Industrie zu völlig neuen Möglichkeiten verhilft. Bauteile werden Schicht für Schicht aufgebaut und entstehen nicht wie bei herkömmlichen Verfahren durch Abtrag von Material (zum Beispiel durch fräsende Bearbeitung). Dadurch ergibt sich eine enorme Flexibilität und Designfreiheit beispielsweise bei der Herstellung von Prototypen und auch zunehmend in der Serienfertigung.

 Die Zukunft der additiven Fertigung

Die additive Fertigung zählt zu den starken Wachstumsfeldern innerhalb der Produktion. Führende Marktberichte sagen ein durchschnittliches jährliches Wachstum von ca. 20 Prozent für die nächsten fünf Jahre voraus. Das Fraunhofer IGCV geht dabei davon aus, dass dieses Branchenwachstum der additiven Fertigung nicht nur in einem spezifischen Industriezweig zu beobachten sein wird. Vielmehr ist davon auszugehen, dass in allen Industriezweigen der Einsatz additiver Fertigungsverfahren zunehmen wird. Im Jahr 2022 wurden zur Zukunft der additiven Fertigung zwei Studien (An Additive Manufacturing Breakthrough & The Futures of Metal Additive Manufacturing 2030)   veröffentlicht, bei denen das Fraunhofer IGCV Zuarbeiten geleistet hat. 

Die additive Fertigung zählt zu den starken Wachstumsfeldern innerhalb der Produktion. Führende Marktberichte sagen ein durchschnittliches jährliches Wachstum von ca. 20 Prozent für die nächsten fünf Jahre voraus. Das Fraunhofer IGCV geht dabei davon aus, dass dieses Branchenwachstum der additiven Fertigung nicht nur in einem spezifischen Industriezweig zu beobachten sein wird. Vielmehr ist davon auszugehen, dass in allen Industriezweigen der Einsatz additiver Fertigungsverfahren zunehmen wird. Im Jahr 2022 wurden zur Zukunft der additiven Fertigung zwei Studien (An Additive Manufacturing Breakthrough & The Futures of Metal Additive Manufacturing 2030)   veröffentlicht, bei denen das Fraunhofer IGCV Zuarbeiten geleistet hat. 

Zielgruppe

Research

Autoren/Hrsg.

Bhargava, Suresh K.

Ramakrishna, Seeram

Brandt, Milan

Selvakannan, Pr.

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Produktionstechnik
• Technische Wissenschaften Verfahrenstechnik | Chemieingenieurwesen | Biotechnologie Verfahrenstechnik, Chemieingenieurwesen
• Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Technische Mechanik | Werkstoffkunde
• Naturwissenschaften Chemie Chemie Allgemein

Inhaltsverzeichnis

Kapitel 1. Additive Fertigung - Kapitel 2. Eine allgemeine Einführung und ihre Entwicklung.- Kapitel 3. Additive Fertigung.- Kapitel 4. Grundprinzipien und Arten von AM-Technologien - Kapitel 5. Fused Deposition Modeling und Stereolithographie - Kapitel 6. Polymer- und Kunststoffdruck - Kapitel 7. Selektives Laserschmelzen - Kapitel 8. Metalldrucktechniken.- Kapitel 9. Robocasting-Verfahren - Kapitel 10. Druck von keramischen Materialien - Kapitel 11. Vorbehandlung, Washcoat und chemische Funktionalisierung von AM-basierten Oberflächen - Kapitel 12. Entwicklungen im chemischen Reaktordesign unter Verwendung von AM-Technologien.- Kapitel 13. Jüngste Entwicklungen bei AM-basierten Anwendungen in der Chemie und im Chemieingenieurwesen.

Über Autor(innen)

Professor Bhargava ist ein weltweit anerkannter interdisziplinärer Wissenschaftler. Er promovierte an der University of Exeter, UK, unter der Leitung des verstorbenen Professor E. W. Abel. Anschließend trat er 1983 der Australian National University als Forschungsfellow bei und ist heute Dekan für Forschung und Innovation sowie Gründungsdirektor des Centre for Advanced Materials & Industrial Chemistry (CAMIC), STEM College der RMIT University. Professor Bhargava hat seine Forschung erfolgreich in innovative Technologien für die industrielle Anwendung umgesetzt, sich für Geschlechtergleichheit in den MINT-Fächern eingesetzt und die Beziehungen zwischen Hochschule und Industrie auf internationaler Ebene gestärkt. Er hat über 600 hoch zitierte Fac^403 und über 20.300 Zitierungen. Mit herausragenden Professuren an Top-Universitäten in 6 Ländern hat Professor Bhargava Plattformen geschaffen, um hochqualifizierte, global agile Doktoranden durch kollaborative Forschung und internationale Zusammenarbeit zu fördern. Sein Beitrag zur Hochschulbildung und Industrie wurde durch viele renommierte nationale und internationale Auszeichnungen anerkannt, darunter die 'CHEMECA Medal', eine hohe Auszeichnung im Ingenieurwesen in Australien und Neuseeland, sowie die Honoris Causa D.Sc. Degree von der Rajasthan University, Indien, die vom Präsidenten Indiens verliehen wurde. Als ein hervorragender Wissenschaftler im Bereich Industriechemie bietet Professor Bhargava Beratungsdienstleistungen für viele Regierungs- und Industrieorganisationen weltweit an, darunter BHP Billiton, Alcoa World Alumina, Rio Tinto und Exxon Mobil. Professor Bhargava ist Fellow von sechs weltweiten Akademien, darunter die American Association for the Advancement of Science und The World Academy of Sciences, UNESCO. Seine Hauptforschungsinteressen konzentrieren sich auf die CO2-Nutzung, Hydrometallurgie, Mineralcharakterisierung und -verarbeitung, heterogene und homogene Katalyse, Metallodrugs, Nanotechnologie und chemische Sensoren. Er führte das Konzept der 3G-Katalyse unter Verwendung von 3D-Druck in seinen aktuellen Forschungsbemühungen an der RMIT University ein.

Professor Seeram Ramakrishna, FREng, ist Vorsitzender der Circular Economy Taskforce an der National University of Singapore. Er ist Mitglied des Editorial Boards von Nature Scientific Reports und ein Fellow bedeutender Fachgesellschaften und Akademien in Singapur, Großbritannien, Indien und den USA. Er ist einer der einflussreichsten Forscher auf dem Gebiet der Materialwissenschaften. Er hat 1000 Fachartikel mitverfasst, 8 Bücher veröffentlicht, 110.000 Zitate erhalten und einen h-Index von 158. Seine Forschungsinteressen umfassen Innovationen in nachhaltigen Materialien und die Bewertung der Kreislaufwirtschaft durch Lebenszyklusanalysen.

Professor Milan Brandt ist Technischer Direktor der Digital Manufacturing Facility und Direktor des Centre for Additive Manufacturing an der RMIT University. Prof. Brandt ist der führende australische Forscher in der Makro-Bearbeitung und additiven Fertigung mit Lasern. In den letzten 37 Jahren hat er Forschungsarbeiten in den Bereichen Laserauftragsschweißen, -schneiden, -bohren, -schweißen und neuerdings additive Fertigung durchgeführt. Dies führte zu technologischen Fortschritten, Patenten, Forschungsarbeiten und kommerziellen Produkten, die national und international in wissenschaftlichen und industriellen Kreisen anerkannt wurden. Prof. Brandt ist Fellow des Laser Institute of America, Ehrenmitglied von Weld Australia, Professorial Fellow des Department of Medicine der Melbourne University und Adjunct Prof. an der University of Waterloo, Kanada. Im Jahr 2018 war er Präsident des Laser Institute of America, der größten internationalen Vereinigung von Forschern und Industrievertretern, die sich mit Lasern und laserbasierten Technologien befassen. Im Jahr 2019 wurde er als Engineers Australia Centenary Hero für seine Forschung geehrt, die zur ersten in Australien hergestellten 3D-gedruckten Wirbelsäulenimplantation führte und in einen Patienten implantiert wurde.

Dr. Selvakannan Periasamy ist ein Forscher an der RMIT University unter der Mentorschaft von Professor Bhargava. Seine Hauptinteressengebiete sind CO2-Nutzung, Methanaktivierung, endotherme Brennstoffe für Hochgeschwindigkeitsflugzeuge, Surface Enhanced Raman Scattering und additive Fertigung in der Katalyse. Er hat 75 Veröffentlichungen in internationalen peer-reviewten Fachzeitschriften und einen h-Index von 34. Vor seiner Tätigkeit an der RMIT war er als Forschungsfellow an der Universität Paris-Sud, Frankreich (2007–2009), und als Forschungswissenschaftler am Innovation Centre, Tata Chemicals Ltd, Indien (2005–2007) tätig. Er promovierte 2005 an der National Chemical Laboratory (University of Pune), Indien. Er absolvierte das American College, Indien, mit Master- und Bachelor-Abschlüssen in Chemie (1996–2001).