Holdings: Additive Fertigungsverfahren

Additive Fertigungsverfahren: Additive Manufacturing und 3D-Drucken für Prototyping - Tooling - Produktion

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Previous Title:	Gebhardt, Andreas: Generative Fertigungsverfahren
Main Author:	Gebhardt, Andreas 1953- (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	München Hanser [2016]
Edition:	5., neu bearbeitete und erweiterte Auflage
Subjects:	Rapid Prototyping > Fertigung Fertigungstechnik 3D-Druck
Online Access:	Ausführliche Beschreibung Inhaltsverzeichnis
Item Description:	Auf Cover: "Komplett in Farbe. - EXTRA: E-Book inside"
Physical Description:	XXIV, 711 Seiten Illustrationen, Diagramme, Karten 25 cm
ISBN:	9783446444010 3446444017

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS WIDMUNG.........................................................................................................................V VORW ORT.........................................................................................................................VII UEBER DEN A U TO R .......................................................... ................................................. IX DANKSAGUNG................................................................................................................... XI 1 EINORDNUNG UND BEGRIFFSBESTIMMUNG................................................................ 1 1.1 SYSTEMATIK DER FERTIGUNGSVERFAHREN.................................................................1 1.2 SYSTEMATIK DER ADDITIVEN FERTIGUNGSVERFAHREN ............................................... 2 1.2.1 BEGRIFFSBESTIMMUNGEN .......................................................................... 3 1.2.2 EIGENSCHAFTEN DER ADDITIVEN FERTIGUNGSVERFAHREN . . ........................... 3 1.3 EINTEILUNG DER ADDITIVEN FERTIGUNGSVERFAHREN...............................................6 1.3.1 RAPID PROTOTYPING.................................................................................. 6 1.3.2 RAPID MANUFACTURING............................................................................ 8 1.3.2.1 RAPID MANUFACTURING - DIRECT MANUFACTURING......................9 1.3.2.2 RAPID MANUFACTURING - DIRECT TOOLING (RAPID TOOLING - PROTOTYPE TOOLING) ....................................... 9 1.3.3 NICHT-ADDITIVE VERFAHREN - INDIRECT PROTOTYPING UND INDIRECT TOOLING..........................................10 1.3.4 RAPID PROTOTYPING ODER RAPID MANUFACTURING?..................................11 1.3.5 BEGRIFFSVIELFALT...................................................................................... 12 1.3.6 WIE SCHNELL IST RAPID?........................................................................ 13 1.4 INTEGRATION DER ADDITIVEN FERTIGUNGSTECHNIK IN DEN PRODUKTENTSTEHUNGSPROZESS. . . ........................................................................ 13 1.4.1 ADDITIVE VERFAHREN IN DER PRODUKTENTWICKLUNG ................................. 14 1.4.2 ADDITIVE VERFAHREN FUER DIE STUECKZAHL-UNABHAENGIGE PRODUKTION ....... 15 1.4.3 ADDITIVE VERFAHREN FUER DIE INDIVIDUALISIERTE PRODUKTION .................. 15 1.5 MASCHINEN FUER DIE ADDITIVE FERTIGUNG .......................................................... 16 1.5.1 FABBER, PERSONAL 3D-DRUCKER/PERSONAL 3D PRINTER............................17 1.5.1.1 FABBER...................................................................................18 1.5.1.2 PERSONAL 3D-DRUCKER/PERSONAL 3D P RIN TE R ........................ 18 1.5.2 PROFESSIONAL 3D-DRUCKER/PROFESSIONAL 3D PRINTER .............................. 18 1.5.3 PRODUCTION 3D-DRUCKER/PRODUCTION 3D PRINTER ODER PRODUKTIONSMASCHINEN ............................................................... 18 1.5.4 INDUSTRIAL 3D-DRUCKER......................................................................... 19 1.5.5 MASCHINENKLASSEN UND BAUTEILEIGENSCHAFTEN .................................... 19 2 MERKMALE DER ADDITIVEN FERTIGUNGSVERFAHREN ........................................... 21 2.1 VERFAHRENSGRUNDLAGEN .................................................................................... 21 2.2 ERZEUGUNG DER MATHEMATISCHEN SCHICHTINFORMATION....................................26 2.2.1 BESCHREIBUNG DER GEOMETRIE DURCH EINEN 3D-DATENSATZ..................27 2.2.1.1 DATENFLUSS UND SCHNITTSTELLEN ............................................. 27 2.2.1.2 MODELLIERUNG DREIDIMENSIONALER KOERPER MITTELS 3D-CAD 29 2.2.1.2.1 CAD-MODELLTYPEN.................................................................30 2.2.1.2.2 ANFORDERUNGEN AN CAD-SYSTEME........................................32 2.2.1.3 MODELLIERUNG DREIDIMENSIONALER KOERPER AUS MESSWERTEN...........................................................................33 2.2.2 ERZEUGUNG DER GEOMETRISCHEN SCHICHTINFORMATIONEN DER EINZELSCHICHTEN...............................................................................35 2.2.2.1 STL-FORMAT...........................................................................35 2.2.2.1.1 FEHLER IM STL-FILE............................................................... 37 22.2.2 CLIYSLC-FORMAT...................................................................40 2.2.2.3 PLY- UND VRML-FORMAT ............................................ 43 2.2.2.4 AMF-FORMAT.........................................................................45 2.3 PHYSIKALISCHE PRINZIPIEN ZUR ERZEUGUNG DER SCHICHT....................................47 2.3.1 GENERIEREN AUS DER FLUESSIGEN PHASE ................................................... 48 2.3.1.1 PHOTOPOLYMERISATION - STEREOLITHOGRAPHIE (SL) ................ 48 2.3.1.2 GRUNDLAGEN DER POLYMERISATION ......................................... 49 2.3.1.2.1 LASERINDUZIERTE POLYMERISATION ......................................... 51 2.3.1.2.2 VORTEILE DER STEREOLITHOGRAPHIE............................................57 2.3.1.2.3 NACHTEILE DER STEREOLITHOGRAPHIE........................................59 2.3.2 GENERIEREN AUS DER FESTEN PHASE......................................................... 60 2.3.2.1 SCHMELZEN UND VERFESTIGEN VON PULVERN UND GRANULATEN - SINTERN (LASERSINTERN, LS), SCHMELZEN..............................60 2.3.2.1.1 MATERIALIEN FUER DAS SINTERN UND SCHMELZEN ...................... 61 2.3.2.1.2 VOR- UND NACHTEILE DES SINTERNS UND SCHMELZENS ............ 66 2.3.2.1.3 PROPRIETAERE ODER HANDELSUEBLICHE PULVER? ............................ 67 2.3.2.2 AUSSCHNEIDEN AUS FOLIEN UND FUEGEN - LAYER LAMINATE MANUFACTURING (LLM)................................68 2.3.2.2.1 VOR- UND NACHTEILE DER SCHICHTVERFAHREN (LLM) ............... 69 2.3.2.S SCHMELZEN UND VERFESTIGEN AUS DER FESTEN PHASE - FUSED LAYER MODELING (FLM) ............................................. 71 2.3.2.3.1 EXTRUDIERENDE UND BALLISTISCHE VERFAHREN ........................ 71 2.3.2.3.2 VOR- UND NACHTEILE DER FLM-VERFAHREN..............................74 2.3.2.4 VERKLEBEN VON GRANULATEN MIT BINDERN - 3D PRINTING (3DP) - PULVER-BINDER-VERFAHREN .................... 74 2.3.2.4.1 VOR- UND NACHTEILE VON PULVER-BINDER-VERFAHREN .............. 75 2.3.3 GENERIEREN AUS DER GASPHASE.............................................................76 2.3.3.1 AEROSOLDRUCKVERFAHREN ........................................................ 76 2.3.3.1.1 VOR- UND NACHTEILE VON AEROSOLDRUCKVERFAHREN ................. 77 2.3.3.2 LASER CHEMICAL VAPOR DEPOSITION (LCVD) ........................... 77 2.3.4 SONSTIGE VERFAHREN.............................................................................. 79 2.3.4.1 SONOLUMINESZENZ.................................................................79 2.3.4.2 ELEKTROVISKOSITAET...................................................................80 2.4 ELEMENTE ZUR ERZEUGUNG DER PHYSISCHEN SCHICHT..........................................80 2.4.1 BEWEGUNGSELEMENTE ............................................................................ 81 2.4.1.1 PLOTTER....................................................................................81 2.4.1.2 SCANNER .......................... 82 2.4.1.3 PARALLELROBOTER (DELTA ROBOTER).............................................83 2.4.2 GENERIERENDE UND KONTURIERENDE ELEMENTE ....................................... 84 2.4.2.1 L ASER......................................................................................84 2.4.2.2 DRUCKKOEPFE .......................................................................... 86 2.4.2.3 EXTRUDER................................................................................90 2.4.2.4 SCHNEIDMESSER.....................................................................90 2.4.2.5 F RAESER.................................................................................. 91 2.4.3 SCHICHTERZEUGENDES ELEMENT...............................................................91 2.5 KLASSIFIZIERUNG DER ADDITIVEN FERTIGUNGSVERFAHREN ....................................... 93 2.6 ZUSAMMENFASSENDE BETRACHTUNG DER THEORETISCHEN POTENZIALE DER ADDITIVEN FERTIGUNGSVERFAHREN.................................................................95 2.6.1 WERKSTOFFE............................................................................................96 2.6.2 BAUTEILEIGENSCHAFTEN .......................................................................... 98 2.6.3 D ETAILS................................................................................................. 98 2.6.4 GENAUIGKEITEN......................................................................................99 2.6.5 OBERFLAECHENGUETE................................................................................ 100 2.6.6 ENTWICKLUNGSPOTENZIAL ...................................................................... 100 2.6.7 KONTINUIERLICHE 3D-MODELLIERUNG..................................................... 101 3 ADDITIVE FERTIGUNGSANLAGEN FUER RAPID PROTOTYP!NG, DIRECT TOOLING UND DIRECT MANUFACTURING....................................................................................... 103 3.1 POLYMERISATION - STEREOLITHOGRAPHIE (SL).....................................................107 3.1.1 MASCHINENSPEZIFISCHE GRUNDLAGEN....................................................107 3.1.1.1 LASER-STEREOLITHOGRAPHIE ................................................... 107 3.1.1.2 DIGITAL LIGHT PROCESSING (DLP) ......................................... 117 3.1.1.3 POLYJET UND MULTI-JET MODELING (MJM) UND PASTE POLYMERISATION...................................................................119 3.1.1.4 CONTINUOUS LIQUID INTERFACE PRODUCTION (CLIP) .............. 119 3.1.2 UEBERSICHT: POLYMERISATION - STEREOLITHOGRAPHIE .............................. 120 3.1.3 STEREO LITHOGRAPHY APPARATUS (SLA) - 3D SYSTEMS ........................ 121 3.1.4 STEREOS - EOS GMBH.......................................................................133 3.1.5 STEREOLITHOGRAPHIE - FOCKELE & SCHWARZE (F&S) .............................. 134 3.1.6 MIKROSTEREOLITHOGRAPHIE - MICROTEC ............................................... 135 3.1.7 SOLID GROUND CURING - CUBITAL ......................................................... 138 3.1.8 DIGITAL LIGHT PROCESSING - ENVISIONTEC ........................................... 139 3.1.9 POLYMERDRUCKEN - STRATASYS/OBJ ET ................................................... 146 3.1.10 MULTI-JET-MODELING (MJM) - PROLET - 3D SYSTEMS ............................ 153 3.1.11 DIGITAL W AX .......................................... 158 3.1.12 FILM TRANSFER IMAGING - 3D SYSTEMS................................................161 3.1.13 SONSTIGE POLYMERISATIONSVERFAHREN ................................................. 164 3.1.13.1 PASTE POLYMERIZATION - 3D SYSTEMS/OPTOFORM .............. 164 3.2 SINTERN/SELEKTIVES SINTERN - SCHMELZEN IM PULVERBETT ............................. 164 3.2.1 MASCHINENSPEZIFISCHE GRUNDLAGEN ................................................... 165 3.2.2 UEBERSICHT: SINTERN - SCHMELZEN ....................................................... 170 3.2.3 LASERSINTERN - 3D SYSTEM S............................................................... 172 3.2.3.1 LASER SINTERING, SLS - 3D SYSTEM S ................................. 172 3.2.3.2 DIRECT METAL PRINTING DMP-3D SYSTEMS................* .......... 182 3.2.4 LASERSINTERN - EOS GMBH................................................................. 189 3.2.5 LASERSCHMELZEN - REALIZER GMBH ................................................... 201 3.2.6 LASERSCHMELZEN - SLM SOLUTIONS GMBH ......................................... 206 3.2.7 LASERSCHMELZEN - RENISHAW LTD.......................................................209 3.2.8 LASERCUSING - CONCEPTLASER GMBH ................................................. 212 3.2.9 LASER METAL FUSION (LMF) - TRUMPF ............................................... 218 3.2.10 ELEKTRONENSTRAHLSINTERN - ARCAM ................................................... 221 3.2.11 SELECTIVE MASK SINTERING (SMS) - SINTERM ASK................................227 3.2.12 LASERSINTERN - P H EN IX ...................................................................... 228 3.3 BESCHICHTEN - SCHMELZEN MIT DER PULVERDUESE.............................................229 3.3.1 VERFAHRENSPRINZIP .............................................................................. 230 3.3.1.1 PULVERDUESENKONZEPTE.........................................................232 3.3.1.2 PROZESSUEBERWACHUNG UND-REGELUNG................................233 3.3.2 LASER ENGINEERED NET SHAPING (LENS) - OPTOMEC ........................ 233 3.3.3 LASER METAL DEPOSITION (LMD), TRUMPF ......................................... 237 3.4 SCHICHT-LAMINAT-VERFAHREN - LAYER LAMINATE MANUFACTURING (LLM) ........ 242 3.4.1 UEBERSICHT: SCHICHT-LAMINAT-VERFAHREN ............................................. 242 3.4.2 MASCHINENSPEZIFISCHE GRUNDLAGEN...................................................242 3.4.3 LAMINATED OBJECT MANUFACTURING (LOM) - CUBIC TECHNOLOGIES ---- 247 3.4.4 RAPID PROTOTYPING SYSTEM (RPS) - KINERGY ..................................... 252 3.4.5 SELECTIVE ADHESIVE AND HOT PRESS PROCESS (SAHP) - K IRA..............252 3.4.6 LAYER MILLING PROCESS (LMP) - ZIMMERMANN ................................. 252 3.4.7 STRATOCONCEPTION - R P 2 I .................................................................... 253 3.4.8 SELECTIVE DEPOSITION LAMINATION (SDL) - MCOR ............................... 254 3.4.9 PLASTIC SHEET LAMINATION - SOLIDO.....................................................258 3.4.10 SONSTIGE SCHICHT-LAMINAT-VERFAHREN................................................. 258 3.4.10.1 BAUTEILE AUS METALLLAMELLEN - LAMINATED METAL PROTOTYPING ........................................... 258 3.5 EXTRUSIONSVERFAHREN - FUSED LAYER MODELING (ELM) ................................. 259 3.5.1 UEBERSICHT: EXTRUSIONSVERFAHREN.......................................................259 3.5.2 FUSED DEPOSITION MODELING (FDM) - STRATASYS................................260 3.5.3 WACHSPRINTER - SOLIDSCAPE.................................................................272 3.5.4 MULTI-JET-MODELING (MJM) - THERMOJET - 3D SYSTEM S .................... 276 3.5.5 ARBURG KUNSTSTOFF-FREIFORMEN (AE) - ARBURG GMBH ................ 276 3.6 THREE DIMENSIONAL PRINTING (3DP) ......... 282 3.6.1 UEBERSICHT: 3D PRINTING ...................................................................... 282 3.6.2 3D PRINTER - 3D SYSTEMS/Z-CORPORATION ......................................... 283 3.6.3 METALL UND FORMSAND PRINTER - EXONE ............................................. 287 3.6.3.1 METALL-LINIE: DIRECT METAL PRINTER ..................................... 289 3.6.3.2 FORMSAND-LINIE: DIRECT CORE AND MOLD MAKING MACHINE 292 3.6.4 DIRECT SHELL PRODUCTION CASTING (DSPC) - SOLIGEN..........................295 3.6.5 3D-DRUCKSYSTEM - VOXEIJET...............................................................298 3.6.6 MASKLESS MASOSCALE MATERIAL DEPOSITION (M3D) - OPTOMEC ---- 302 3.7 HYBRIDVERFAHREN............................................................................................306 3.7.1 LASERAUFTRAGSSCHWEISSEN UND FRAESEN - CONTROLLED METAL BUILD UP (CMB) - ROEDERS ..................................... 307 3.7.2 LAMINIEREN UND ULTRASCHALLSCHWEISSEN - ULTRASONIC CONSOLIDATION - FABRISONIC/SOLIDICA................................310 3.7.3 METALLPULVERAUFTRAGSVERFAHREN (MPA) - HERMLE..............................314 3.7.4 HYBRID (ADDITIVE AND SUBSTRACTIVE MANUFACTURING) - DGM-MORI .319 3.7.5 EXTRUDIEREN UND FRAESEN - BIG AREA ADDITIVE MANUFACTURING (BAAM) - CINCINNATI..................323 3.8 ZUSAMMENFASSENDE BETRACHTUNG DER ADDITIVEN FERTIGUNGSVERFAHREN ---- 328 3.8.1 CHARAKTERISTISCHE EIGENSCHAFTEN DER ADDITIVEN FERTIGUNGS VERFAHREN IM VERGLEICH ZU KONVENTIONELLEN FERTIGUNGSVERFAHREN. .329 3.8.2 GENAUIGKEIT ....................................................................................... 332 3.8.3 OBERFLAECHEN ....................................................................................... 335 3.8.4 BENCHMARK-TESTS UND USER-PARTS.....................................................339 3.9 ENTWICKLUNGSZIELE.......................................................................................... 342 3.10 FOLGEPROZESSE..................................................................................................343 3.10.1 ZIELWERKSTOFF KUNSTSTOFF.....................................................................343 3.10.2 ZIELWERKSTOFF METALL .......................................................................... 343 4 RAPID PROTOTYPING...........................................................................................345 4.1 EINORDNUNG UND BEGRIFFSBESTIMMUNG...........................................................345 4.1.1 EIGENSCHAFTEN VON PROTOTYPEN...........................................................345 4.1.2 CHARAKTERISTIKA DES RAPID PROTOTYPING ............................................. 347 4.2 STRATEGISCHE ASPEKTE BEIM EINSATZ VON PROTOTYPEN ..................................... 348 4.2.1 PRODUKTENTWICKLUNGSSCHRITTE...........................................................348 4.2.2 TIME TO M ARK ET.................................................................................. 348 4.2.3 FRONTLOADING...................................................................................... 349 4.2.4 DIGITALES PRODUKTMODELL.....................................................................352 4.2.5 DIE GRENZEN DER PHYSISCHEN MODELLIERUNG ..................................... 353 4.2.6 KOMMUNIKATION UND MOTIVATION....................................................... 355 4.3 OPERATIVE ASPEKTE BEIM EINSATZ VON PROTOTYPEN...........................................355 4.3.1 RAPID PROTOTYPING ALS WERKZEUG ZUR SCHNELLEN PRODUKTENTWICKLUNG .......................................................................... 356 4.3.1.1 MODELLE............................................................................... 356 4.3.1.2 MODELLKLASSEN ..................................................................... 356 4.3.1.3 MODELLKLASSEN UND ADDITIVE VERFAHREN ............................ 360 4.3.1.4 ZUORDNUNG VON MODELLKLASSEN UND MODELLEIGENSCHAFTEN ZU DEN FAMILIEN DER ADDITIVEN FERTIGUNGSVERFAHREN ........ 364 4.3.2 ANWENDUNG DES RAPID PROTOTYPING IN DER INDUSTRIELLEN PRODUKTENTWICKLUNG .......................................................................... 367 4.3.2.1 BEISPIEL: PUMPENGEHAEUSE ................................................ 367 4.3.2.2 BEISPIEL: BUEROLEUCHTE.........................................................369 4.3.2.3 BEISPIEL: EINBAULEUCHTENFASSUNG ..................................... 373 4.3.2.4 BEISPIEL: MODELLBAGGERARM ............................................... 373 4.3.2.5 BEISPIEL: LCD-PROJEKTOR.................................................... 377 4.3.2.6 BEISPIEL: KAPILLARBODEN FUER BLUMENTOEPFE .......................... 379 4.3.2.7 BEISPIEL: GEHAEUSE EINER KAFFEEMASCHINE..........................380 4.3.2.8 BEISPIEL: ANSAUGKRUEMMER EINES VIERZYLINDERMOTORS .. .381 4.3.2.9 BEISPIEL: COCKTAILBECHER .................................................. 382 4.3.2.10 BEISPIEL: SPIEGELDREIECK ..................................................... 382 4.3.2.11 BEISPIEL: CABRIOVERDECK ..................................................... 383 4.3.3 RAPID PROTOTYPING MODELLE ZUR VISUALISIERUNG VON 3D-DATEN ........ 387 4.3.4 RAPID PROTOTYPING IN DER MEDIZIN..................................................... 387 4.3.4.1 CHARAKTERISTIKA MEDIZINISCHER MODELLE.............................387 4.3.4.1.1 GROSSE DATENMENGEN.........................................................388 4.3.4.1.2 NICHT EXAKT DEFINIERTE MODELLABMESSUNGEN .................... 388 4.3.4.1.3 MEHRERE MODELLE .............................................................. 388 4.3.4.1.4 TRANSPARENZ..................................................................... 388 4.3.4.1.5 STERILISIERBARKEIT ............................................................... 389 4.3.4.1.6 BIOKOMPATIBILITAET ............................................................. 389 4.3.4.1.7 STUETZSTRUKTUREN ................................................................ 389 4.3.4.1.8 UNVERBUNDENE MODELLTEILE...............................................389 4.3.4.2 ANATOMISCHE FAKSIMILES...................................................390 4.3.4.3 BEISPIEL: ANATOMISCHES FAKSIMILE FUER EINE UMSTELLUNGSOSTEOTOMIE.....................................................392 4.3.5 RAPID PROTOTYPING IN DESIGN, KUNST UND ARCHITEKTUR ...................... 393 4.3.5.1 MODELLBILDUNG IN DESIGN UND K U N ST .............................. 393 4.3.5.2 BEISPIEL KUNST: COMPUTER-SKULPTUR ................................. 393 4.3.5.3 BEISPIEL DESIGN: FLASCHENOEFFNER ....................................... 394 4.3.5.4 ANGEWANDTE KUNST - BILDHAUEREI UND PLASTIKEN ............ 395 4.3.5.5 BEISPIEL ARCHAEOLOGIE: BUESTE DER KOENIGIN TEJE ................. 397 4.3.5.6 MODELLBILDUNG IN DER ARCHITEKTUR...................................398 4.3.5.7 BEISPIEL ARCHITEKTUR: DEUTSCHER PAVILLON FUER DIE EXPO 92 ............................................................................ 399 4.3.5.S BEISPIEL ARCHITEKTUR: GROUND ZERO .................................. 400 4.3.5.9 BEISPIEL ARCHITEKTURDENKMAELER: DOKUMENTATION VON BAUGESCHICHTLICH RELEVANTEN GEBAEUDEN.......................................................................... 401 4.3.6 RAPID PROTOTYPING ZUR UEBERPRUEFUNG VON RECHENVERFAHREN ............ 402 4.3.6.1 SPANNUNGSOPTISCHE UND THERMOELASTISCHE SPANNUNGSANALYSE ............................................................ 402 4.3.6.1.1 SPANNUNGSOPTISCHE SPANNUNGSANALYSE............................403 4.3.6.1.2 THERMOELASTISCHE SPANNUNGSANALYSE (THESA) .............. 404 4.3. OE.2 BEISPIEL: SPANNUNGSOPTISCHE SPANNUNGSANALYSE AN EINEM KIPPHEBEL EINES LKW-VERBRENNUNGSMOTORS.. .404 4.3. OE.3 BEISPIEL: THERMOELASTISCHE SPANNUNGSANALYSE ZUM FESTIGKEITSNACHWEIS AN EINER AUTOMOBILFELGE ........ 406 4.4 AUSBLICK......................................................................................................... 409 5 RAPID TOOLING......................................................................................................411 5.1 EINORDNUNG UND BEGRIFFSBESTIMMUNG...........................................................411 5.1.1 DIREKTE UND INDIREKTE VERFAHREN.......................................................412 5.2 EIGENSCHAFTEN ADDITIV GEFERTIGTER WERKZEUGE...............................................414 5.2.1 STRATEGISCHE ASPEKTE BEIM EINSATZ ADDITIVER WERKZEUGE .............. 414 5.2.1.1 SCHNELLIGKEIT...................................................................... 414 5.2.1.2 UMSETZUNG NEUER TECHNISCHER KONZEPTE..........................415 5.2.2 KONSTRUKTIVE EIGENSCHAFTEN ADDITIV GEFERTIGTER WERKZEUGE ............ 416 5.2.2.1 PROTOTYPWERKZEUGE...........................................................417 5.2.2.1.1 WEICHE GEGOSSENE WERKZEUGE ......................................... 417 5.2.2.1.2 HARTE GEGOSSENE WERKZEUGE ............................................. 418 5.2.2.1.3 HARTE DIREKT GEFERTIGTE WERKZEUGE UND WERKZEUGEINSAETZE.............................................................418 5.2.2.2 BEREITSTELLUNG DER DATEN................................................... 420 5.3 INDIREKTE RAPID TOOLING-VERFAHREN - ABFORMVERFAHREN UND FOLGEPROZESSE...........................................................421 5.3.1 EIGNUNG ADDITIVER VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON URMODELLEN FUER FOLGEPROZESSE.............................................................................. 422 5.3.2 INDIREKTE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON WERKZEUGEN FUER KUNSTSTOFFBAUTEILE ........................................................................ 423 5.3.2.1 ABGIESSEN IN WEICHE WERKZEUGE ODER FORMEN .................. 424 5.3.2.1.1 VAKUUMGIESSEN...................................................................424 5.3.2.1.2 NYLONGIESSEN.......................................................................427 5.3.2.1.3 SILIKONABGUSS .................................................................... 428 5.3.2.1.4 PHOTOCASTING ...................................................................... 428 5.3.2.1.5 SPINCASTING ........................................................................ 428 S.3.2.2 ABGIESSEN IN HARTE WERKZEUGE ........................................... 429 5.3.2.2.1 M ETALLSPRITZEN...................................................................429 5.3.2.2.2 GIESSHARZWERKZEUGE...........................................................430 5.3.2.2.3 MASKENWERKZEUGE, POLYURETHANGIESSEN............................431 5.3.2.2.4 NIEDERDRUCKSPRITZGIESSEN, REACTION INJECTION MOLDING (RIM).................................................................................. 432 5.3.2.2.5 3D KELTOOL - COURSE4 TECHNOLOGY ..................................... 432 S.3.2.3 ANDERE ABFORMVERFAHREN FUER HARTE WERKZEUGE .............. 433 5.3.2.3.1 FORD SPRAYFORM-VERFAHREN ............................................... 433 5.3.2.3.2 RAPID SOLIDIFICATION PROCESS, RSP ..................................... 433 5.3.3 INDIREKTE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON METALLBAUTEILEN .............. 434 5.3.3.1 DER FEINGUSSPROZESS MIT ADDITIVEN PROZESSSCHRITTEN... .434 5.3.3.2 WERKZEUGE DURCH FEINGUSS VON RAPID PROTOTYPING URMODELLEN ........................................................................ 437 5.4 DIREKTE RAPID TOOLING-VERFAHREN...................................................................438 5.4.1 PROTOTYPE TOOLING - WERKZEUGE AUF DER BASIS VON KUNSTSTOFF - 3D-DRUCKVERFAHREN............................................................................ 438 5.4.1.1 AUSGIESSEN VON 3D GEDRUCKTEN BAUTEILEN..........................438 5.4.1.2 3D GEDRUCKTE WERKZEUGEINSAETZE ..................................... 439 5.4.1.2.1 ACES INJECTION MOLDING, AIM ............................................. 439 5.4.1.2.2 3D PRINTED INJECTION MOLDING, 3D-IM................................440 5.4.1.3 TIEFZIEHEN ODER THERMOFORMEN ....................................... 441 5.4.1.4 HERSTELLUNG VON KERNEN UND FORMEN FUER DEN METALLGUSS.......................................................................... 442 5.4.1.4.1 SANDGUSS............................................................................ 442 5.4.1.4.2 DRUCKGUSS.......................................................................... 443 5.4.2 METALLWERKZEUGE AUF DER BASIS VON MEHRSTUFIGEN ADDITIVEN PROZESSEN............................................................................................444 5.4.2.1 SELEKTIVES LASERSINTERN VON METALLEN - IMLS - 3D SYSTEMS........................................................................ 444 5.4.2.2 PASTE POLYMERIZATION - 3D SYSTEMS ................................. 445 5A.2.3 3D PRINTING VON METALLEN - EXONE GMBH........................445 5.4.3 DIRECT TOOLING - WERKZEUGE AUF DER BASIS VON METALL 3D-DRUCKVERFAHREN............................................................................ 446 5.4.3.1 MEHRKOMPONENTEN-METALLPULVER-LASERSINTERN ................ 446 5.4.3.2 EINKOMPONENTEN-METALLPULVER-VERFAHREN - SINTERN UND GENERIEREN.....................................................447 5.4.3.2.1 DIRECTTOOL - EOS GMBH.....................................................447 5A.3.2.2 LASERSCHMELZEN - SLM-SOLUTIONS ..................................... 448 5A.3.2.3 LASERCUSING - CONCEPT LASER ........................................... 449 5.4.3.2A TRUPRINT UND DIREKTES LASERFORMEN - TRUMPF .............. 450 5A.3.2.5 ELEKTRONENSTRAHLSINTERN - ARCAM ................................. 451 5A.3.2.6 LASERSINTERN - 3D SYSTEMS/PHENIX ................................. 451 5A.3.3 LASER-GENERIEREN MIT PULVER UND D RA H T..........................452 5.4.3.3.1 LASER ENGINEERED NET SHAPING (LENS) - OPTOMEC ___ 452 5A.3.3.2 LASER METAL DEPOSITION (LMD) ......................................... 453 5.4.3.4 SCHICHT-LAMINAT-VERFAHREN - METALLLAMELLENWERKZEUGE - LAMINATED METAL TOOLING...................................................454 5.4.3.4.1 ULTRASONIC CONSOLIDATION - FABRISONIC/SOLIDICA .............. 454 5.4.3A.2 LAMELLENWERKZEUG - WEIHBRECHT ..................................... 454 5.5 AUSBLICK.........................................................................................................454 6 DIRECT MANUFACTURING - RAPID MANUFACTURING.............................................457 6.1 EINORDNUNG UND BEGRIFFSBESTIMMUNGEN.....................................................458 6.1.1 BEGRIFFE............................................................................................... 458 6.1.2 VOM RAPID PROTOTYPING ZUM RAPID MANUFACTURING..........................459 6.1.3 WORKFLOW FUER DAS RAPID MANUFACTURING ........................................... 461 6.1.4 ANFORDERUNGEN AN DIE DIREKTE FERTIGUNG ......................................... 461 6.2 POTENZIALE DER ADDITIVEN FERTIGUNG VON ENDPRODUKTEN ............................... 462 6.2.1 ERHOEHTE KONSTRUKTIONSFREIHEIT ......................................................... 462 6.2.1.1 ERWEITERTE KONSTRUKTIVE UND GESTALTERISCHE MOEGLICHKEITEN.................................................................... 462 6.2.1.2 GEOMETRIE- UND FUNKTIONSINTEGRATION ............................. 464 6.2.1.3 NEUARTIGE KONSTRUKTIONSELEMENTE .................................... 464 6.2.2 HERSTELLUNG TRADITIONELL NICHT HERSTELLBARER PRODUKTE ..................... 465 6.2.3 VARIATION VON MASSENPRODUKTEN.......................................................466 6.2.4 PERSONALISIERUNG VON MASSENPRODUKTEN ......................................... 467 6.2.4.1 PASSIVE PERSONALISIERUNG - HERSTELLER PERSONALISIERUNG 468 6.2.4.2 AKTIVE PERSONALISIERUNG - KUNDEN PERSONALISIERUNG .. .470 6.2.5 REALISIERUNG NEUER WERKSTOFFE.........................................................471 6.2.6 REALISIERUNG NEUER FERTIGUNGSSTRATEGIEN ......................................... 472 6.2.7 ENTWURF NEUER ARBEITS- UND LEBENSFORMEN ..................................... 474 6.3 ANFORDERUNGEN AN ADDITIVE VERFAHREN FUER DIE FERTIGUNG ........................... 475 6.3.1 ANFORDERUNGEN AN DIE ADDITIVE HERSTELLUNG EINES BAUTEILS ............ 475 6.3.1.1 P ROZESS............................................................................... 475 6.3.1.2 MATERIALIEN......................................................................... 477 6.3.1.3 ORGANISATION ....................................................................... 479 6.3.1.4 KONSTRUKTION ....................................................................... 480 6.3.1.5 QUALITAETSSICHERUNG..............................................................480 6.3.1.6 LOGISTIK............................................................................... 481 6.3.2 ANFORDERUNGEN AN DIE ADDITIVE SERIENFERTIGUNG MIT HEUTIGEN VERFAHREN............................................................................................481 6.3.2.1 P ROZESS............................................................................... 481 6.3.2.2 MATERIALIEN ........................................................................ 483 6.3.2.3 ORGANISATION........................................................................484 6.3.2.4 KONSTRUKTION ...................................................................... 484 6.3.2.5 QUALITAETSSICHERUNG...................................... 484 OE.3.2.6 LOGISTIK ............................................................................... 485 6.3.3 ZUKUENFTIGE ANFORDERUNGEN AN DIE ADDITIVE SERIENFERTIGUNG ........... 485 6.3.3.1 P ROZESS................................................................................485 6.3.3.2 MATERIALIEN..........................................................................487 6.3.3.3 ORGANISATION ...................................................................... 488 6.3.3.4 KONSTRUKTION ...................................................................... 489 6.3.3.5 QUALITAETSSICHERUNG .............................................................. 490 6.3.3.6 LOGISTIK.............................................................................. 491 6.4 FERTIGUNGSANLAGEN ZUR REALISIERUNG DES RAPID MANUFACTURING..................492 6.4.1 ADDITIVE FERTIGUNGSANLAGEN ALS ELEMENTE EINER FERTIGUNGSKETTE . .492 6.4.1.1 INDUSTRIELLE KOMPLETTFERTIGUNG...........................................493 6.4.1.2 INDIVIDUELLE KOMPLETTFERTIGUNG (PERSONAL FABRICATION). .495 6.4.2 3D-DRUCKER ALS FLEXIBLE AM-SYSTEME (FAMS) ................................. 496 6.4.2.1 VOM PERSONAL 3D-DRUCKER ZUM FLEXIBLEN ADDITIVE MANUFACTURING SYSTEM, FAMS ......................................... 497 6A.2.2 CONCEPT LASER, FACTORY OF TOMORROW ................................. 498 OE.4.2.3 EOS M400............................................................................ 499 OE.4.2.4 ADDITIVE INDUSTRIES (AI) METALFABL ................................ 499 6.5 ANWENDUNGEN DES DIRECT MANUFACTURING.....................................................501 6.5.1 ANWENDUNGSFELDER NACH WERKSTOFFEN ............................................... 501 6.5.1.1 METALLISCHE WERKSTOFFE UND LEGIERUNGEN ....................... 501 6.5.1.2 HOCHLEISTUNGSKERAMIKEN .................................................. 502 6.5.1.3 KUNSTSTOFFE........................................................................504 6.5.1.4 NEUE WERKSTOFFE................................................................504 6.5.2 ANWENDUNGSFELDER NACH BRANCHEN................................................... 505 6.5.2.1 WERKZEUGBAU....................................................................505 OE.5.2.2 GIESSEREIWESEN..................................................................507 6.5.2.2.1 DENTALTECHNIK .................................................................... 508 6.5.2.2.2 SCHMUCKINDUSTRIE.............................................................509 6.S.2.3 MEDIZINISCHE GERAETE UND HILFSMITTEL, MEDIZINTECHNIK. ..511 6.5.2.3.1 ZAHNSPANGEN: ALIGNER - INVISALIGN ................................. 511 6.5.2.3.2 HOERGERAETESCHALEN, OTOPLASTIKEN ....................................... 512 6.5.2.3.3 TECHNISCHE MEDIZINGERAETE................................................. 514 6.5.2.4 DESIGN UND KUNST..............................................................515 6.5.2.5 AUTOMOBILBAU .............. 521 6.6 PERSPEKTIVEN................................................................................................. 524 7 SICHERHEITSVORSCHRIFTEN UND UMWELTSCHUTZ.................................................527 7.1 GESETZLICHE GRUNDLAGEN FUER DAS BETREIBEN UND DAS HERSTELLEN VON GENERATIVEN FERTIGUNGSANLAGEN UND DEN UMGANG MIT DEN ZUGEHOERIGEN WERKSTOFFEN................................................................................................... 529 7.1.1 BAURECHT..............................................................................................529 7.1.2 WASSERRECHT........................................................................................530 7.1.3 GEWERBERECHT......................................................................................531 7.1.4 IMMISSIONSSCHUTZRECHT .................................................................... 533 7.1.5 ABFALLRECHT..........................................................................................534 7.1.6 CHEMIKALIENRECHT.............................................................................. 535 7.1.6.1 SICHERHEITSDATENBLAETTER .................................................... 537 7.1.6.2 REACH............................................................................... 538 7.2 ANMERKUNGEN ZU MATERIALIEN FUER DIE GENERATIVE FERTIGUNG.......................539 7.3 ANMERKUNGEN ZUR BENUTZUNG VON ADDITIV GEFERTIGTEN BAUTEILEN ................ 541 8 ASPEKTE ZUR WIRTSCHAFTLICHKEIT........................................................................543 8.1 STRATEGISCHE ASPEKTE..................................................................................... 544 8.1.1 STRATEGISCHE ASPEKTE FUER DEN EINSATZ ADDITIVER VERFAHREN IN DER PRODUKTENTWICKLUNG .............................................................. 544 8.1.1.1 QUALITATIVE ANSAETZE.......................................................... 544 8.1.1.2 QUANTITATIVE ANSAETZE ........................................................ 545 8.2 OPERATIVE ASPEKTE.......................................................................................... 546 8.2.1 AUSWAHL GEEIGNETER ADDITIVER FERTIGUNGSVERFAHREN ........................ 547 8.2.2 ERMITTLUNG DER KOSTEN VON ADDITIV-MANUFACTURING-VERFAHREN ........ 547 8.2.2.1 VARIABLE K OSTEN..................................................................548 8.2.2.2 FIXKOSTEN..............................................................................550 8.2.3 CHARAKTERISTIKA ADDITIVER FERTIGUNGSVERFAHREN UND IHRE AUSWIRKUNG AUF DIE WIRTSCHAFTLICHKEIT..............................553 8.3 MAKE OR BUY?..................................................................................................559 9 ZUKUENFTIGE RAPID PROTOTYPING-VERFAHREN ....................................................... 561 9.1 MIKROBAUTEILE.................................................................................................. 561 9.1.1 MIKROBAUTEILE AUS METALL UND KERAMIK ........................................... 562 9.1.2 MIKROBAUTEILE AUS METALL UND KERAMIK MITTELS LASERSCHMELZEN . .562 9.1.2.1 SCHMELZVORGANG BEIM SELEKTIVEN LASERSCHMELZEN ......... 563 9.1.2.2 MIKROSTRUKTUREN AUS METALLPULVER.....................................564 9.1.2.3 MIKROSTRUKTUREN AUS KERAMIKPULVER ................................. 566 9.2 CONTOUR CRAFTING............................................................................................ 569 9.3 D-SHAPE-PROZESS............................................................................................ 570 9.4 SELECTIVE INHIBITION OF SINTERING (SIS)........................................................... 572 9.4.1 SIS-POLYMER-PROZESS...........................................................................572 9.4.2 SIS-METALL-PROZESS ............................................................................ 573 9.4.3 CONTINUOUS LIQUID INTERFACE PRODUCTION (CLIP) - CARBON 3 D ........ 575 9.5 FAZIT, TRENDS UND AUSBLICK ............................................................................ 578 9.5.1 T REN D S......................................................................... 578 9.5.2 AUSBLICK.............................................................................................. 578 10 ANHANG.............................................................................................................. 581 KRITISCHE ERFOLGSFAKTOREN UND WETTBEWERBSSTRATEGIEN................................581 WIRTSCHAFTLICHKEITSMODELL NACH SIEGWART UND SINGER..................................582 TECHNISCHE DATEN UND INFORMATIONEN...........................................................587 CAD-SYSTEME UND SOFTWARE FUER DIE ADDITIVE FERTIGUNG .................... 588 ADDITIVE FERTIGUNGSANLAGEN (PROTOTYPER UND FABRIKATOREN) ............ 588 WERKSTOFFE FUER ADDITIVE PROZESSE UND GIESSHARZE..............................589 BEGRIFFE UND ABKUERZUNGEN ............................................................................ 668 11 LITERATURVERZEICHNIS......................................................................................... 679 STICHWORTVERZEICHNIS 689
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