Generative Fertigungsverfahren und deren Geschichte (SLS/SLM, MJM) Eric Bergter Hamburg, den

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1 Generative Fertigungsverfahren und deren Geschichte (SLS/SLM, MJM) Eric Bergter Hamburg, den

2 Generative Fertigungsverfahren und deren Geschichte - Inhaltsverzeichnis Einführung Überblick der Geschichte des 3D Drucks Von der Idee zum 3D Model Selektives Lasersintern Selektives Laserschmelzen Multi-Jet Modeling Quellen und Links Diskussion 2

3 Einführung - Begriffe 3D-Druck: generatives Fertigungsverfahren, additive Fertigung oder Rapid Prototyping Pulver: Ausgangsmaterial welches zum Drucken verwendet wird Sintern: Molekulare Verschmelzung von Materie 3

4 Überblick der Geschichte des 3D Drucks Wie alles Begann 1981 Hideo Kodama of Nagoya: Municipal Industrial Research Institute: Plastik Model 1984 Erster 3D Drucker im SLA verfahren 1986 Patent Stereolithography: Charöes W. Hull Gründung 3D Systems Bild: Chuck Hull Mittwoch, 9. März :39 MST blog/2013/03/06/wednesday-march-9th pm-mst/ 4

5 Bild 1983 SLA-1 : 5

6 SLS: Carl Deckard & Professor Joa Beaman (Univerity of Textas) FDM: Scott Crump Stratasys 1992 Erste Markt fertige Stereolithography Maschine (SLA) von 3D Systems: Charöes W. Hull Bild: Erster Kommerzieller 3D Drucker von 3D Systems dents.02/sstille/project2/machine.jpg 6

7 Wake Forest Institute für Regenerative Medizin: Organ Druck von Zellen des Besitzers 2002 Erste Funktionierende Niere, die in Tieren Blut Filtern kann. Bild: Ersten Organe und künstliche Knochen wipo_magazine/images/2013_06_art_4 _1.gif 7

8 ReoRap: Dr. Adrian Bowyer OPEN-SOURCE, 3D Drucker der sich fast vollständig selber drucken kann 2006 SLS Typ Drucker werden lukrativ: Massenhafte Spezial Anfertigungen werden möglich. Bild: Adrian Bowyer (links) und Vik Olliver (rechts) 14:00 hours UTC am 29 Mai 2008 in der Bath University in England 8

9 ReoRap veröffentlicht Darwin, der erste Drucker der sich zuverlässig und einfach, durch das drucken der eigenen Bauteile, duplizieren lassen kann. Die erste Person läuft auf einem 3D gedruckten Prothese eines Beines. Es ist jetzt möglich speziell angepasste Prothesen zu drucken MakerBot verkauft open-source Hardware, die es erlaubt eigene 3D Drucker zu bauen. Bild: Veröffentlicht 8. März keroats/nike-prosthetic 9

10 2011 University of Southampton: entwirft und druckt ein Flugfähiges Flugzeug Bild: DECODE uk/engineering/research/proje cts/unmanned_vehicles.page 10

11 2012 Gründung: i.materialise, erstes Unternehmen das auf anfrage Gold- und Silberschmuck drucken kann. Bild: 5.jpg 12

12 Erster 3D gedruckter Unterkiefer, von LayerWise, wird in den Niederlanden implantiert Bild: m/downloads/79/download/a rt14828.jpg?cb=1a3f4edbdbf 35d18af7e065cda3d1250&w= 220&ar= 13

13 2013 3D gedruckte Waffe (defcad.org) erzeugt großes Aufsehen Bild:

14 Patente von SLS laufen aus 2015 Es ist möglich Glas zu drucken (Projekt G3DP) Bild: 15

15 Prozess: Von der Idee zum 3D Objekt Bild: Private Aufnahme vom

16 Bild: Private Aufnahme vom

17 Selektives Lasersintern (SLS) Sinterverfahren: Werkstoff überschreite nicht den Schmelzpunkt Verschmelzung auf Molekularer Ebene Geschwindigkeit minimal beeinflusst vom Volumen des Objektes Bild:

18 Selektives Lasersintern (SLS) Materialien: Polyamid, Plastik, Nylon, Glass-Nylon, Aluminium, Carbon Fiber Veredelung und Bearbeitung möglich Entfernung von Pulverrückständen Fertiges Model keine Rohstoffabfälle 19

19 Direktes Metall-Lasersintern (DMLS) SLS für Metall Objekte Some people use the terms interchageably, others maintain that there are sharp differences between them and others think that it is just a bunch of Germans who used to all be friends playing word games in English. --Joris Peels, ehemaliger Mitarbeiter von Shapeways und i.materialise 20

20

21 Es folgt eine 2min Videopräsentation D2W Multi Colour 3D Printer 22

22 Selektives Laserschmelzen (SLM) Fast identisch zum DMLS verfahren Vollständige Schmelzung des Werkstoffes Materialien: Titan, Aluminium, Kobalt-Chrom, Nickelbasislegierungen, Magnesiumlegierungen, fast alle Metalle reinen möglich 23

23 SLM Vorteile Höhere Dichte Höhere Stabilität Komplexe Teile in Luftfahrt Leichter, sicherer, günstiger Formel-1 Motoren 3D gedruckt 24

24 Daten Ebenen mit 0.1mm Geschwindigkeiten von >2,8cm/h 236 x 212 auf 1cm Dünnsten teile: 0.5mm 25

25 Multi-Jet Modeling (MJM) Druckkopf ähnlich zum Tintenstrahldrucker Benötigt Stützgeometrie bei Fertigung Grundprinzip von PolyJet Verfahren Quelle: 14/12/design-for-3dprinting-success/

26 Multi-Jet Modeling Materialen, flüssig: Hartwachse / Thermoplaste / Kunststoffe Aushärtung: chemischer Prozess, UV Licht Polymerisierung. Es treten Materialabfälle auf Nachteil: Kleinteile empfindlich zu Verformungen

27 Multi-Jet Modeling: Pulver Substrat Materialen: Metall- oder Glaspulver Verklebung durch Tintenstrahlverfahren Pulver Substrat dient als Stützstruktur Sintern zum zusätzlichen aushärten Klebstoff verdampft Metall: Dichte mit Bronze erhöhen Wachs als Stützstruktur

28 PolyJet Mehre Druckköpfe In einem Druck unterschiedliche Materialien Farben möglich Gel als Stützstruktur Schneller als MJM

29 Verfahren im Vergleich SLM/SLS MJM Preis hoch mittel-hoch Geschwindigkeit: klein hoch hoch Geschwindigkeit: groß hoch mittel Farben ja Begrenzt auf verwendetes Material Material vielseitig begrenzt Präzision sehr hoch mittel Giftig nein nein Unterstützendes Material Aufbereitung des Objekts An vorhandenen Objekten anbauen wiederverwendbar Reinigung + evtl. Veredeln / verstärken ja recyclebar Reinigung + evtl. Veredeln / verstärken unter Voraussetzungen 30

30 Preise MOD-t 3D printer: ~ 250$ FFF (Fused Filament Fabrication / FDM) ProJet 660Pro: > $ SLS ProJet HD 3500: > $ MJM Objet500 Connex3: > $ PolyJet LUMEX Avance-25: > $ SLS uprint SE Plus: > $ FDM (Fused depostion modeling) 3DLPrinter: > 7.800$ DLP (Digital Light Processing) Preise basierend auf

31 Links: Geschichte, Anfang: Rapid Prototyping (stand 2007): UAV: Materialien und Infos zu Preisen: DMLS: SLM: SLM: Simple 3D Scanner: Reprap: Buch: Rapid Manufacturing: An Industrial Revolution for the Digital Age (2006) Selective laser melting, Selective laser sintering, Multi Jet Modeling 32

32 Diskussion: Noch Fragen? 33

33 Generative Fertigungsverfahren und ihre Geschichte (FDM, SLA, CLIP) Jonas Menzel 20. April

34 Gliederung Allgemeines Entwicklung Anwendungsgebiete (Überblick) Verfahren FDM SLA CLIP Ausblick 35

35 Allgemeines Additive Fertigungsverfahren 3D-Druck Substraktive Fertigungsverfahren z.b. Fräsen, Drehen, Bohren 36

36 bessere Fertigungsverfahren Allgemeines - Entwicklung manuelle Erstellung von Prototypen Rapid Prototyping Rapid Manufactoring erste generative Fertigungsmethoden Direct Manufactoring 37

37 Allgemeines - Anwendungsgebiete Medizin Forschung Kunst und Mode Luft- und Raumfahrt Lebensmittel Produktion Baubranche 38

38 FDM Fused Deposition Modeling entwickelt vor ca. 20 Jahren von Stratasys Kunststoff erhitzen, extrudieren, auftragen Patent lief 2005 aus starke Entwicklung und steigendes Interesse 39

39 FDM Quelle: um 23:03Uhr 40

40 FDM mit zwei Düsen Quelle: um 23:03Uhr 41

41 FDM 42 Quelle: um 22:18Uhr

42 FDM 43 Quelle: um 22:18Uhr

43 FDM 44 Quelle: um 22:18Uhr

44 FDM 45 Quelle: um 22:18Uhr

45 FDM 46 Quelle: um 22:18Uhr

46 FDM Kunststoff erhitzen bis halbflüssig Auftragen entlang der berechneten Wege ggf. Stützmaterial Aushärtung durch Abkühlen Nachbearbeitung 47

47 FDM - Material i.d.r. PLA (Polylactid) oder ABS (Acrylnitril-Butadien- Styrol) PLA biologisch abbaubarer Kunststoff (Biopolymer) aus Maisstärke oder Zuckerrohr hergestellt ABS hohe Festigkeit und Robustheit Nachbearbeitung besser möglich 48

48 FDM - Vorteile Sauber und günstig, verwendbar in Büroräumen oder Privathaushalten komplexe Strukturen und Hohlräume möglich relativ einfach zu handhaben für kleine bis mittlere Objekte 49

49 FDM - Nachteile lange Druckzeiten relativ ungenau Überhänge nur bedingt möglich Stützmaterial nötig Objekte nur bedingt belastbar Oberflächen gerillt 50

50 Stereolithografie (SLA) erstes kommerziell verfügbares Verfahren Entwickelt von 3D Systems am weitesten entwickelt Aushärten von flüssigem Kunststoff durch UV-Belichtung mit Laser 51

51 SLA Quelle: um 22:27Uhr 52

52 SLA Quelle: um 22:57Uhr 53

53 SLA Quelle: um 22:57Uhr 54

54 SLA 55 Quelle: um 22:57Uhr

55 SLA 56 Quelle: um 22:57Uhr

56 SLA 57 Quelle: um 22:57Uhr

57 SLA 58 Quelle: um 22:57Uhr

58 SLA flüssiges Kunststoffbad Kunststoff wird an gewünschten Stellen von Laser ausgehärtet Plattform wird ein Stück in das Bad abgesenkt (eine Schichtstärke) Wischer verteilt neue Kunststoffschicht gleichmäßig fertiges Bauteil wird gereinigt und in Ofen ausgehärtet 59

59 SLA - Material Flüssige Kunststoffe und Harze, welche unter UV- Lichteinwirkung aushärten (photosensitiv) 60

60 SLA - Vorteile sehr weit entwickelt hohe Genauigkeit gute Qualität der Oberflächen 61

61 SLA - Nachteile Material hitzeanfällig hohe Fertigungskosten langsamer Druck Fachkenntnisse notwendig schwierige Handhabung Insgesamt für private Zwecke ungeeignet 62

62 CLIP Continous Liquid Interface Production ähnlich zu SLA entwickelt von Carbon3D im Frühjahr 2015 vorgestellt x schneller als SLA UV-Licht und Sauerstoff keine sichtbaren Schichten 63

63 CLIP um 22:29 64 Uhr

64 CLIP um 22:58Uhr 65

65 CLIP Objekt wird aus Bad herausgezogen UV-Licht härtet Harz von unten aus Sauerstoff verhindert Aushärtung an ungewünschten Stellen 66

66 Vorteile zu SLA x schneller keine Schichten bessere Oberflächen-beschaffenheit 67

67 Weitere Verfahren Laserauftragsschweißen 3DP Vakuumgießen (VAG) FTI 3D-Papierdruck (SDL) 3D-Foliendruck (LOM) Elektronenstrahlschmelzen(EBM) 68

68 Software Computer-Aided-Design (CAD) Erstellung eines 3D-Modells spezielle Software teilt das Modell in Schichten und erzeugt CAD-Code 69

69 CAD-Code Quelle: um 23:05Uhr 70

70 Einige Hersteller 3D Systems Stratasys 2PrintBeta EOS CEL Carima Conrad Microfab Arcam AB 71

71 Quellen FDM material fdm SLA SLA_1245.html CLIP 72

72 Quellen Weitere: ebm 73

73 Quellen Weitere: verfahren geschichte allg allg 74

74 Fragen? 75

75 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 76

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