Gebhardt / Kessler / Thurn 3D-Drucken

Grundlagen und Anwendungen des Additive Manufacturing (AM)
2. Auflage 2016
ISBN: 978-3-446-44845-2
Verlag: Carl Hanser
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 234 Seiten

Additive Manufacturing (AM) ist der weltweit genormte Begriff für die Fertigungstechnik der Schichtbauverfahren, die als Rapid Prototyping Ende der 1980er-Jahre bekannt wurden und ihren Siegeszug durch alle Branchen angetreten haben. AM ist heute nicht nur ein unverzichtbares Werkzeug zur direkten digitalen Herstellung von Modellen und Prototypen, sondern auch ein Fertigungsverfahren zur Produktion von Endprodukten aus Kunststoff und Metall sowie zur Herstellung von Werkzeugen, Lehren und Formen.


Mit der Vorstellung kleiner und preiswerter Maschinen und dem Vordringen des AM in private Bereiche hat sich der Begriff 3D-Drucker (dreidimensionaler Drucker), 3D Printer, einfach Drucker oder Printer, häufig auch Fabber (von Fabricator; der etwas herstellt) durchgesetzt. Alle Welt spricht daher heute nur noch vom Drucken, wenn es die Anwendung von AM meint. Am anderen Ende der Skala entwickeln sich Industrial Printer zur Serienfertigung individueller Produkte und läuten die Industrialisierung des 3D-Druckens ein.


Das Buch befasst sich mit diesen technischen Aspekten des 3D-Druckens, aber auch mit seinen Auswirkungen auf eine veränderte Methode der Herstellung und damit verbundene Aspekte einer neuen Art der Organisation von Produktion.


Das Buch wendet sich an alle, die mehr über die AM Technologie oder das 3D-Drucken wissen wollen, um die gesamte Breite vom Anschauungsmodell bis zum komplexen, aus Metall gesinterten Produkt kennen zu lernen. Es ist für Studierende, aber auch für Praktiker geeignet und vermittelt schnell und anschaulich die wesentlichen Fakten.

Autoren/Hrsg.

Gebhardt, Andreas

Kessler, Julia

Thurn, Laura

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Produktionstechnik Computergestützte Fertigung

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;6
2;Danksagung;8
3;Über die Autoren;10
4;Inhaltsverzeichnis;14
5;1Grundlagen der 3D-Druck-Technologie;18
5.1;1.1?Grundbegriffe und Definitionen;19
5.1.1;1.1.1?Additive Fertigungsverfahren;19
5.1.2;1.1.2?Prinzip der Schichtbauverfahren;20
5.2;1.2?Anwendungsebenen;23
5.2.1;1.2.1?Direkte Prozesse;25
5.2.1.1;1.2.1.1?Rapid Prototyping;25
5.2.1.2;1.2.1.2?Rapid Manufacturing;29
5.2.1.3;1.2.1.3?Rapid Tooling;31
5.2.2;1.2.2?Indirekte Prozesse;36
5.2.2.1;1.2.2.1?Indirect Prototyping;36
5.2.2.2;1.2.2.2?Indirect Tooling;39
5.2.2.3;1.2.2.3?Indirect Manufacturing;42
5.3;1.3?Maschinenklassen für die additive Fertigung;44
5.3.1;1.3.1?Generische Bezeichnung für AM-Maschinen;45
5.3.2;1.3.2?Maschinenklassen und Bauteileigenschaften;47
5.4;1.4?Schlussfolgerungen;48
5.5;1.5?Fragen;49
6;2Additive Fertigungs­verfahren/3D-Drucken;52
6.1;2.1?Direkte additive Verfahren;52
6.1.1;2.1.1?Polymerisation;55
6.1.1.1;2.1.1.1?Laser-Stereolithographie (LS);56
6.1.1.2;2.1.1.2?Polymerdruckverfahren und Thermojet-Drucken (Polymerjetting);59
6.1.1.3;2.1.1.3?Digital Light Processing/Lampen-Masken-Verfahren;61
6.1.1.4;2.1.1.4?Mikro-Stereolithographie;62
6.1.2;2.1.2?Sintern und Schmelzen;62
6.1.2.1;2.1.2.1?Lasersintern/Selektives Lasersintern (LS – SLS);63
6.1.2.2;2.1.2.2?Laserschmelzen/Selektives Laserschmelzen (SLM);66
6.1.2.3;2.1.2.3?Elektronenstrahl-Schmelzen;68
6.1.3;2.1.3?Extrusion/Fused Layer Modeling;68
6.1.4;2.1.4?Pulver-Binder-Verfahren;72
6.1.4.1;2.1.4.1?3D Printer – 3D Systems/Z-Corporation;72
6.1.4.2;2.1.4.2?Metall und Formsand Printer – ExOne;75
6.1.4.3;2.1.4.3?3D-Drucksystem – Voxeljet;76
6.1.5;2.1.5?Layer Laminate Manufacturing (LLM);77
6.1.5.1;2.1.5.1?Laminated Object Manufacturing (LOM);77
6.1.5.2;2.1.5.2?Selective Deposition Lamination (SDL);79
6.1.5.3;2.1.5.3?LLM Maschinen für Metallteile;80
6.1.6;2.1.6?Hybridverfahren;81
6.1.6.1;2.1.6.1?Metallpulverauftragsverfahren (MPA);81
6.1.6.2;2.1.6.2?Direct Metal Deposition (DMD);82
6.1.6.3;2.1.6.3?Extrudieren und Fräsen – Big Area Additive Manufacturing (BAAM);83
6.1.7;2.1.7?Weitere Verfahren;84
6.1.7.1;2.1.7.1?Aerosolprinting;84
6.1.7.2;2.1.7.2?Bioplotter;86
6.2;2.2?Indirekte Verfahren – Folgeprozesse;86
6.3;2.3?Schlussfolgerung;88
6.4;2.4?Fragen;88
7;3Die additive Prozess­kette und Maschinen für die Fertigung;92
7.1;3.1?Datenfluss und Prozessketten;92
7.1.1;3.1.1?Allgemeine AM-Prozesskette;92
7.1.1.1;3.1.1.1?Prozesskette Rapid Prototyping;94
7.1.1.2;3.1.1.2?Prozesskette Rapid Manufacturing;96
7.1.2;3.1.2?Datenstrukturen und Fehlerbehebung;97
7.2;3.2?Maschinen für die additive Fertigung;101
7.2.1;3.2.1?Personal Printer;102
7.2.1.1;3.2.1.1?Fabber – Do-it-yourself;103
7.2.1.2;3.2.1.2?Desktop Printer;105
7.2.2;3.2.2?Professional Printer;108
7.2.3;3.2.3?Production Printer;109
7.2.4;3.2.4?Industrial Printer;112
7.3;3.3?Schlussfolgerungen und Ausblick;115
7.4;3.4?Fragen;115
8;4Anwendungen der additiven Fertigung;118
8.1;4.1?Automobilindustrie und Zulieferer;119
8.1.1;4.1.1?Automobilkomponenten – Interieur;119
8.1.2;4.1.2?Automobilkomponenten – Exterieur;122
8.2;4.2?Luftfahrtindustrie;124
8.3;4.3?Konsumgüter;126
8.4;4.4?Spielzeugindustrie;131
8.5;4.5?Kunst und Kunstgeschichte;133
8.6;4.6?Formenbau (Rapid Tooling);136
8.7;4.7?Medizintechnik;138
8.8;4.8?Architektur und Landschaftsgestaltung;143
8.9;4.9?Verschiedene Anwendungen;148
8.9.1;4.9.1?Mathematische Funktionen;148
8.9.2;4.9.2?3D-Dekorationsobjekte und Ornamente;149
8.9.3;4.9.3?Aerodynamische und Freiformobjekte;149
8.10;4.10?Schlussfolgerungen;151
8.11;4.11?Fragen;151
9;5Perspektiven und Strategien additiver Fertigung;156
9.1;5.1?Potenziale additiver Herstellungsverfahren;156
9.1.1;5.1.1?Komplexe Geometrien;158
9.1.2;5.1.2?Integrierte Geometrie;160
9.1.3;5.1.3?Integrierte Funktionalität;162
9.1.4;5.1.4?Multi-Material-Bauteile und Gradientenmaterialien;168
9.2;5.2?Strategien additiver Herstellungsverfahren;172
9.2.1;5.2.1?Individualisierte Massenfertigung;173
9.2.1.1;5.2.1.1?Einzelstücke und Kleinserienproduktion;173
9.2.1.2;5.2.1.2?Individualisierung;174
9.2.1.3;5.2.1.3?Personalisierung;177
9.2.2;5.2.2?Persönliche Produktion;181
9.2.3;5.2.3?Verteilte individualisierte Produktion;183
9.3;5.3?Schlussfolgerungen;183
9.4;5.4?Fragen;184
10;6Materialien und Konstruktion;188
10.1;6.1?Materialien;189
10.1.1;6.1.1?Anisotrope Eigenschaften;191
10.1.2;6.1.2?Isotrope Grundmaterialien;193
10.1.2.1;6.1.2.1?Kunststoffe;194
10.1.2.2;6.1.2.2?Metalle;198
10.1.2.3;6.1.2.3?Keramische Materialien;200
10.1.2.4;6.1.2.4?Kompositwerkstoffe;201
10.1.2.5;6.1.2.5?Weitere Materialien;202
10.1.2.5.1;6.1.2.5.1?Beton;202
10.1.2.5.2;6.1.2.5.2?Carbon;202
10.1.2.5.3;6.1.2.5.3?Lebensmittel;202
10.1.3;6.1.3?Individuell zugeschnittene (graded) Werkstoffe und?Kompositwerkstoffe;203
10.2;6.2?Konstruktion;204
10.2.1;6.2.1?Toleranzen – Vom digitalen Entwurf zum Objekt;205
10.2.2;6.2.2?Designfreiheit;205
10.2.3;6.2.3?Relative Passgenauigkeit;206
10.2.4;6.2.4?Flexible Bauteile, Gelenke, Clips;207
10.2.5;6.2.5?Lage und Positionierung der Bauteile im Bauraum;208
10.2.6;6.2.6?Bohrungen (Löcher), Spalte, Stifte und Wände;209
10.3;6.3?Auswahlkriterien und Prozessorganisation;212
10.4;6.4?Schlussfolgerungen und Ausblick;213
10.5;6.5?Fragen;214
11;7Glossar: Begriffe und?Abkürzungen;216
12;8Literatur;226
13;Stichwortverzeichnis;230

Leseproben

- Grundlagen, Definitionen und Anwendungsebenen
- Schichtbauverfahren/3D-Druckprozesse
- Anwendungen aus vielen Branchen
- Konstruktionsprinzipien und Entwicklungsstrategien
- Customization und Cloud Production
- Materialien, Gestaltungsrichtlinien und Qualitätsaspekte
- Glossar: Begriffe und Abkürzungen

Über Autor(innen)

Gebhardt, Andreas
Dr.-Ing. Andreas Gebhardt studierte an der technischen Hochschule Aachen Maschinenbau mit dem Schwerpunkt Motoren- und Turbinenbau. Nach Stationen als Geschäftsführer in der mittelständischen Wirtschaft wurde er zum Sommersemester 2000 als Professor für Hochleistungsverfahren der Fertigungstechnik und Rapid Prototyping an die Fachhochschule Aachen berufen. Dort leitet er eine Forschergruppe und Labore zum Lasersintern von Metallen (SLM Verfahren), Polymerdrucken, 3D-Drucken (Pulver-Binder Verfahren), Extrusionsverfahren (FDM) und zum Einsatz unterschiedlicher Fabber. Seit dem Wintersemester 2000 ist Andreas Gebhardt Gastprofessor am City College der City University New York.
2004 gründete er das RTeJournal (www.rtejournal.de), eine „open-access“ online-Zeitschrift für Rapid Technology und ist dessen Herausgeber.

Kessler, Julia
Dr.-Ing. Julia Kessler schloss ihr Studium als Bachelor für Biomedizintechnik und als Master für Produktentwicklung an der Fachhochschule Aachen ab. Von 2012 bis 2015 war sie wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Forschungsgruppe GoetheLab for Additive Manufacturing der Fachhochschule Aachen. Von 2015 bis 2017 leitete sie das GoetheLab-Team, das sich mit der Additiven Fertigung von Metallen, Kunststoffen und Keramiken beschäftigt. Im Oktober 2017 legte sie die Doktorprüfung erfolgreich ab. Im Jahr 2015 wurde sie zur Geschäftsführerin der IwF GmbH ernannt, die der Fachhochschule Aachen in Form eines An-Instituts angegliedert ist.

Dr.-Ing. Andreas Gebhardt studierte an der technischen Hochschule Aachen Maschinenbau mit dem Schwerpunkt Motoren- und Turbinenbau. Nach Stationen als Geschäftsführer in der mittelständischen Wirtschaft wurde er zum Sommersemester 2000 als Professor für Hochleistungsverfahren der Fertigungstechnik und Rapid Prototyping an die Fachhochschule Aachen berufen. Dort leitet er eine Forschergruppe und Labore zum Lasersintern von Metallen (SLM Verfahren), Polymerdrucken, 3D-Drucken (Pulver-Binder Verfahren), Extrusionsverfahren (FDM) und zum Einsatz unterschiedlicher Fabber. Seit dem Wintersemester 2000 ist Andreas Gebhardt Gastprofessor am City College der City University New York.
2004 gründete er das RTeJournal (www.rtejournal.de), eine „open-access“ online-Zeitschrift für Rapid Technology und ist dessen Herausgeber.
Dr.-Ing. Julia Kessler schloss ihr Studium als Bachelor für Biomedizintechnik und als Master für Produktentwicklung an der Fachhochschule Aachen ab. Von 2012 bis 2015 war sie wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Forschungsgruppe GoetheLab for Additive Manufacturing der Fachhochschule Aachen. Von 2015 bis 2017 leitete sie das GoetheLab-Team, das sich mit der Additiven Fertigung von Metallen, Kunststoffen und Keramiken beschäftigt. Im Oktober 2017 legte sie die Doktorprüfung erfolgreich ab. Im Jahr 2015 wurde sie zur Geschäftsführerin der IwF GmbH ernannt, die der Fachhochschule Aachen in Form eines An-Instituts angegliedert ist.