3D-Drucken (eBook)

Grundlagen und Anwendungen des Additive Manufacturing (AM)

Andreas Gebhardt, Julia Kessler, Laura Thurn (Autoren)

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2016 | 2. Auflage
234 Seiten
Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG
978-3-446-45237-4 (ISBN)

Infos

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.



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.

Autor

Dr.-Ing. Andreas Gebhardt studierte an der technischen Hochschule Aachen Maschinenbau mit dem Schwerpunkt Motoren- und Turbinenbau. Er promovierte 1986 bei Professor Dibelius mit einer Arbeit über das instationäre Verhalten konventioneller Dampfkraftwerksblöcke. 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.

Inhalt

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

Textauszug

- 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

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 8.5.2017
• Verlagsort: München
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Maschinenbau
• Schlagworte: 3D-Druck • Additive Manufacturing • Fertigungstechnik
• ISBN-10: 3-446-45237-0 / 3446452370
• ISBN-13: 978-3-446-45237-4 / 9783446452374