3D-Druck Prinzipien Prof. Dr. Dieter Haller, HM Prinzipien der Schichtzeugung 1.) Generieren aus der

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Text of 3D-Druck Prinzipien Prof. Dr. Dieter Haller, HM Prinzipien der Schichtzeugung 1.) Generieren aus der

  • Prof. Dr. Dieter Haller, HM

    3D-Druck

    Prof. Dr. Haller

    14.03.2015

    Historie – Technologie - Verfahren

    Graf v. Montgelas,

    Promenadeplatz München

  • Prof. Dr. Dieter Haller, HM

    Quelle: georgehart.com

  • Begriffe Prof. Dr. Dieter Haller, HM

    Generative (oder additive) Fertigungsverfahren

    (landläufig „3D-Drucken“)

    Grundlage: Schichtaufbau-Prinzip (1983)

    ● Generierung einer Schicht (x-y Ebene)

    ● Verbinden dieser Schicht mit der

    vorhergehenden (in z-Richtung)

    Pionier Charles Hull, 75

    Gründer der Fa. 3D-Systems

  • Begriffe Prof. Dr. Dieter Haller, HM

    Generative Fertigungsverfahren

    Rapid Prototyping

    Rapid Manufacturing/

    Direct Manufacturing

    Rapid Tooling

    Herstellung von Prototypen und Formen

    Herstellung von Teilen

    Herstellung von Werkzeugen und Werkzeugeinsätzen

  • Importieren von STL-Daten

    (Dreiecksfacetten)

    CAD- Daten

    STL- Datei

    CAD- System

    Scanner

    AutoCAD CATIA SolidWorks …

    Modellerzeugung Prof. Dr. Dieter Haller, HM

  • Slicing

    Optimale Positionierung des zu fertigenden Teils auf der Maschine

    Falls erforderlich, Stützkonstruktion erzeugen

    Optimale Ausnutzung der Bauplattfporm

    Erzeugung maschinenspezifischer Daten

    Skalierung des Teils (Vergrößern, Verkleinern)

    Sichtbarmachen von Hinterschneidungen und Überhängen

    Open-Source-

    Programme:

    z.B. „CURA“

    Modellerzeugung Prof. Dr. Dieter Haller, HM

  • Prinzipien Prof. Dr. Dieter Haller, HM

    Prinzipien der Schichtzeugung

    1.) Generieren aus der festen Phase

    • An- oder Aufschmelzen und Verfestigen von Pulvern oder Granulaten (Sinter- und Schmelzverfahren)

    • Ausschneiden oder Ausfräsen aus Folien, Bändern oder Platten (Schicht-Laminat-Verfahren)

    • An- oder Aufschmelzen und Verfestigen von festen Materialien (Extrusionsverfahren)

    • Verkleben von Granulaten oder Pulvern durch Binder (3D-Printing)

  • Prinzipien Prof. Dr. Dieter Haller, HM

    Prinzipien der Schichtzeugung

    2.) Generieren aus der flüssigen Phase

    • Verfestigung, z.B. durch Polymerisation flüssiger oder teigiger Materialien

    (laser- oder lampengestützte Stereolithograhie, Polymerdrucken)

    3.) Generieren aus der Gasphase

    • Physikalisches Abscheiden von Aerosolen

    • Chemisches Abscheiden aus der Gasphase

  • Stereolithographie Prof. Dr. Dieter Haller, HM

    Vernetzen von flüssigem Photopolymer (Epoxidharze)

    durch UV Belichtung per Laser. Erstes kommerziell

    verfügbares Verfahren (1986/1987).

  • Zum Drucken komplexer Geometrien ist Träger- oder Stützmaterial erforderlich, z.B. bei

    - Hinterschnitten - Überhängen - Filigranen Strukturen - bei Bauteilen, die „in der Luft

    hängen“

    Stützmaterial muss nach dem Druckvorgang entfernt werden!

    Modellerzeugung Prof. Dr. Dieter Haller, HM

  • Stützmaterial verursacht

     Kosten durch zusätzlichen Materialverbrauch

     Zusätzliche und teilweise zeitintensive Nacharbeiten

     Probleme beim Lösen des Support-Materials

     Verminderte Oberflächenqualität durch bleibende

    Rückstände

     Erhöhte Druckdauer

    Modellerzeugung Prof. Dr. Dieter Haller, HM

  • Eigenschaften des Stereolithographie –Verfahrens

    ● photoresistives Material

    ● Zugfestigkeit und E-Modul gering

    ● Frühere Materialien mit geringer Temperaturbeständigkeit und Kriechneigung, nicht so bei Epoxidharzen

    ● 2-stufiges Verfahren: zunächst 95%ige Vernetzung des Materials in der Anlage, dann völlige Aushärtung unter intensiver UV—Behandlung.

    ● Stützstrukturen erforderlich. Bauteil und Stütze aus demselben Material.

    ● Aufbau großer Teile aus kleineren möglich.

    Stereolithographie Prof. Dr. Dieter Haller, HM

  • Selektives Lasersintern Prof. Dr. Dieter Haller, HM

  • Selectives Laser Sintern (SLS)

    Kunststoffpulver: niedrige Schmelzpunkte

    Metall-Polymer-Pulver: polymerumhülltes Metallpulver. 2-stufiger Prozess: Im Polymer befinden sich Metallteilchen: Durch Wärmezufuhr Austreiben des Polymers. Im nächsten Schritt Infiltrieren eines niedrig-schmel- zenden Metalls.

    Metall-Metall-Pulver: anstelle des Polymers Verwendung eines niedrigschmelzenden Metallpulvers. Mechanische Eigenschaften begrenzt.

    Einkomponenten-Metallpulver: für Endprodukte

    Sintern = Diffusion unter Druck, Temperatur und Zeit.

    -> SLS: nur Temperatur

    Selektives Lasersintern Prof. Dr. Dieter Haller, HM

  • Selektives Lasersintern Prof. Dr. Dieter Haller, HM

    Neue technische

    Möglichkeiten

    3D-Kühlkanäle

    ■ 3D-Kühl-und Temperierkanäle

    ■ Optimierte Werkzeuge

    ■ Verbesserter Spritzgussprozess

    (genauere Teile, weniger Verzug,

    kürzere Zykluszeiten)

  • Selektives Lasersintern Prof. Dr. Dieter Haller, HM

    Blechumformung mit

    Direct Tool

    Prototyp-Werkzeug für Metallteile

    Aus 2,5 mm Stahlblech

    Schließkraft 33 Tonnen

    /Quelle EOS/

  • Selektives Lasersintern Prof. Dr. Dieter Haller, HM

    Blasformwerkzeug mit

    DirectTool

    Werkzeug zur Serienproduktion

    von PET-Flaschen

    Kombination mit konventionellem

    Produktionswerkzeug

    Mit integrierten Kühlkanal-

    einsätzen, damit enorme

    Verkürzung der Zykluszeiten

    /Quelle EOS/

  • Selektives Lasersintern Prof. Dr. Dieter Haller, HM

    Teileherstellung ohne Werkzeug

    DirectPart

    ► Rapid Manufacturing ohne Werkzeug

    ► Rasche Verfügbarkeit

    ► Testen von Varianten

    /Quelle EOS/

  • 3D-Drucken Prof. Dr. Dieter Haller, HM

    Schichtweise Verfestigung eines Pulverwerkstoffs durch Aufdruck

    eines flüssigen Binders. Prinzip: Tintenstrahldrucken.

  • 3D-Drucken

    Fa. Z Corporation

    vollfarbig, sehr schnell, sehr produktiv,

    niedrige Materialfolgekosten,

    niedrige Instandhaltungskosten,

    einfache Bedienbarkeit,

    Stützmaterial wird recycelt

    Erste Funktionsprüfung, Variantenerprobung,

    Formfindung, Kommunikation, Präsentation,

    Design, Entwicklung, Marketing, Vertrieb,

    Anschauungsmodelle

    3D-Drucken Prof. Dr. Dieter Haller, HM

  • Voxeljet Prof. Dr. Dieter Haller, HM

    Prinzip:

    Verlorene Sandform

    CAD-Modell

    Sandform Einbetten der

    Sandform

    Entformenl

    Alu-Guss

  • …und action!

    Actionszenen in aufwändigen Film- produktionen erfordern aufwändige Filmrequisiten.

    Nachbauten von Aston Martins für James Bond Filme.

    Voxeljet Prof. Dr. Dieter Haller, HM

  • Voxeljet Prof. Dr. Dieter Haller, HM

    Große Teile für Film, Architektur, Design oder Kunst

  • Fused Deposition Modeling Prof. Dr. Dieter Haller, HM

    Erfinder: Scott Crump, Gründer

    von Stratasys

    FDM-Technologie (Fused Deposition Modeling)

    Stratasys

    Schichtweiser Teileaufbau

    aus einem halbflüssig erhitz-

    ten Thermoplasten.

    Zwei Materialien: Modell- und

    Stützmaterial. Das Druckmate-

    rial wird zum Druckkopf geführt,

    der sich entlang der X- und Y-

    Achsen bewegt.

    Nach Beendigung des

    Druckvorgangs muss das

    Stützmaterial mechanisch oder

    chemisch entfernt werden.

    Extrusionsverfahren

    (Fused Layer Modeling, FLM)

    Einzeldüsen: FDM

    Mehrfachdüsen: Multi-Jet (3D-Systems)

  • Beispiel FDM-Technologie Prof. Dr. Dieter Haller, HM

    ULTIMAKER II

    Fa. ULTIMAKER

    FABBSTER G

    Fa. SINTERMASK

    REPLICATOR 2

    Fa. MAKERBOT

  • Aufdruck von flüssigem Photopolymer über

    Piezodruckkopf und Aushärtung durch UV-

    Belichtung.

    Polyjet-Modeling Prof. Dr. Dieter Haller, HM

  • Variation der Materialeigen-

    schaften über das Bauteil

    hinweg

    - hart-weich

    - lokal geänderte Zusammen-

    setzungen

    - diskontinuierliche

    Verteilungen

    - farbige Bauteile

    Herstellung traditionell

    nicht herstellbarer Teile

    Polyjet-Modeling Prof. Dr. Dieter Haller, HM

  • Die RP-Anlagen von Objet sind aufgrund

    ihrer hohen Auflösung und Genauigkeit für

    verschiedene Anwendungen im Dental-

    Markt hervorragend geeignet.

    Neben der Herstellung von Urmodellen, für

    den Abguss oder als Werkzeug für das

    Vakuumtiefziehen von transparenten

    Kunststoffschienen zur Zahnkorrektur,

    werden diese Anlagen für die Prototypen-

    herstellung von Produkten der Dental-

    Industrie eingesetzt.

    Testmöglichkeit bei Hochschule

    München

    Polyjet-Modeling Prof. Dr. Dieter Haller, HM

  • Polyjet-Modeling Prof. Dr. Dieter Haller, HM