Rapid Prototyping. Werkzeuge für die schnelle Produktentstehung. Bearbeitet von Andreas Gebhardt

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1 Rapid Prototyping Werkzeuge für die schnelle Produktentstehung Bearbeitet von Andreas Gebhardt 2., vollständig überarbeitete Auflage Buch. XVIII, 409 S. Hardcover ISBN Format (B x L): 17,1 x 24,5 cm Gewicht: 884 g Zu Leseprobe schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 CARL HANSER VERLAG Andreas Gebhardt Rapid Prototyping Werkzeuge für die schnelle Produktentstehung

3 Inhalt 1 Produktentwicklung Produktentstehung Rapid Product Development Neue Anforderungen neue Verfahren Veränderte Randbedingungen für die Produktentwicklung Konsequenzen für die Produktentwicklung Kritische Erfolgsfaktoren und Wettbewerbsstrategien Schlüsselfaktor Zeit Simultaneous Engineering Concurrent Engineering Klassische Produktentwicklungsstufen Anforderungen an neue Methoden der Produktentwicklung Prinzip des Simultaneous Engineering Modelle Modellklassen Einfluß von Modellen auf die Beschleunigung der Produktentwicklung Motivation durch Modelle Modellbau mittels Rapid Prototyping als Element des Simultaneous Engineering Rapid Prototyping Modelle als Garant für eine verbindliche Datenbasis Definition: Rapid Prototyping Rapid Tooling Rapid Manufacturing Zuordnung von Rapid Prototyping Modellen zu Produktentwicklungsphasen Merkmale generativer Fertigungsverfahren Verfahrensgrundlagen Generierung der Schichtinformation Beschreibung der Geometrie durch einen 3D-Datensatz Datenfluß Modellierung dreidimensionaler Körper im Computer mittels 3D-CAD Generierung der geometrischen Schichtinformationen der Einzelschichten... 46

4 XII Inhalt Abbildung der geometrischen Schichtinformation auf der Schicht Generierung des physikalischen Schichtenmodells Verfestigen flüssiger Materialien Photopolymerisation Stereolithographie (SL) Generieren aus der festen Phase Schmelzen und Verfestigen von Pulvern und Granulaten LASER-Sintern (LS) Ausschneiden aus Folien Layer Laminate Manufacturing (LLM) Schmelzen und Verfestigen aus der festen Phase Fused Layer Modeling (FLM) Verkleben von Granulaten mit Bindern 3D-Printing (3DP) Abscheiden aus der Gasphase LASER Chemical Vapor Deposition (LCVD) Sonstige Verfahren Klassifizierung generativer Fertigungsverfahren Zusammenfassende Betrachtung der theoretischen Potentiale der Rapid Prototyping Verfahren Industrielle Rapid Prototyping Systeme Rapid Prototyping Prozeßkette Datentechnik Prototyper Stereolithographie (SL) Maschinenspezifische Grundlagen StereoLithography Apparatus (SLA) 3D Systems STEREOS EOS Stereolithographie Fockele & Schwarze (F&S) Solid Ground Curing Cubital Mikrostereolithographie MicroTEC LASER-Sintern (LS) Maschinenspezifische Grundlagen Selektives LASER-Sintern DTM LASER-Sintern EOS Layer Laminate Manufacturing (LLM) Maschinenspezifische Grundlagen Laminated Object Manufacturing (LOM) Helisys

5 Inhalt XIII Rapid Prototyping System Kinergy Selective Adhesive and Hot Press Process (SAHP) - Kira JP Systems 5 Schroff Development Corp Layer Milling Process (LMP) Zimmermann Stratoconception Charlyrobot Stratified Object Manufacturing (SOM) ERATZ Fused Layer Modeling (FLM) Fused Deposition Modeling (FDM) Stratasys Multiphase Jet Solidification (MJS) ITP D-Plotter Stratasys ModelMaker Sanders Prototype Inc Multi-Jet Modeling (MJM) 3D Systems Three Dimensional Printing (3DP) Rapid Prototyping System Z-Corporation Rapid Tooling System ExtrudeHone Direct Shell Production Casting (DSPC) Soligen LASER-Generieren LASER Engineered Net Shaping (LENS) Optomec Konventionelle Prototypverfahren und Hybridverfahren Konventionelle Verfahren: Hochgeschwindigkeitsfräsen (HSC) Hybridverfahren: Controlled Metal Build Up (CMB) Vergleich Rapid Prototyping Verfahren konventionelle Verfahren Zusammenfassende Betrachtung der Rapid Prototyping Verfahren Modellgenauigkeit Oberflächen Benchmark-Tests und User-Parts Vergleichende Betrachtung von Prototypern für Funktionsprototypen anhand Bauraum, Genauigkeit und Bauzeit Zuordnung der Prototyper zu den Modellklassen NCG-RPD-Selektor Entwicklungsziele Folgeprozesse Zielwerkstoff Kunststoff Zielwerkstoff Metall

6 XIV Inhalt 4 Rapid Tooling Prinzipielle Wege zu metallischen Werkzeugen Metallische Werkzeuge auf der Basis von Kunststoff Rapid Prototyping Modellen Werkzeuge durch Feinguß von Rapid Prototyping Urmodellen Werkzeuge durch Abformung von Stereolithographiemodellen Direkte Anwendung der Stereolithographie Indirekte Anwendung der Stereolithographie Metallische Werkzeuge auf der Basis von Kunststoff Rapid Prototyping Prozessen Metallische Werkzeuge auf der Basis von Metall Rapid Prototyping Prozessen Mehrkomponenten-Metallpulver-LASER-Sintern Einkomponenten-Metallpulver-LASER-Sintern LASER-Generieren Zusammenfassung, Ausblick Anwendungen Rapid Prototyping in der industriellen Produktentwicklung Beispiel: Pumpengehäuse Beispiel: Büroleuchte Beispiel: Einbauleuchtenfassung Beispiel: Modellbaggerarm Beispiel: LCD-Projektor Beispiel: Kapillarboden für Blumentöpfe Beispiel: Gehäuse einer Kaffeemaschine Beispiel: Ansaugkrümmer eines Vierzylindermotors Rapid Tooling in der industriellen Produktentwicklung Beispiel: Turboladergehäuse Beispiel: Zweiteiliger Elektrostecker Beispiel: Spritzgußform Scheinwerfer-Verstellhebel Beispiel: Dauerform für Feingußmodelle Rapid Prototyping zur Überprüfung von Rechenverfahren Spannungsoptische und thermoelastische Spannungsanalyse Beispiel: Spannungsoptische Spannungsanalyse an einem Kipphebel eines LKW-Verbrennungsmotors Beispiel: Thermoelastische Spannungsanalyse an einer Automobilfelge zum Festigkeitsnachweis

7 Inhalt XV 5.4 Rapid Prototyping in der Medizin Anatomische Faksimiles Taylored Implants Charakteristika medizinischer Modelle Beispiel: Anatomisches Faksimile für eine Umstellungsosteotomie Beispiel: Abdeckung eines Schädeldefektes durch ein Titanimplantat (Cranioplastik) Rapid Prototyping in Kunst, Archäologie und Architektur Modellbildung in Kunst und Design Beispiel Kunst: Computer-Skulptur Beispiel Design: Flaschenöffner Beispiel Archäologie: Büste der Königin Teje Modellbildung in der Architektur Beispiel Architektur: Deutscher Pavillon für die Expo Beispiel Architektur: Wohnungsbauprojekt Sicherheitsvorschriften und Umweltschutz Gesetzliche Grundlagen für die Herstellung und das Betreiben von Prototypern und zugehörigen Werkstoffen Anmerkungen für Anlagenbetreiber und Anwender von Rapid Prototyping Modellen Gefahren bei der Benutzung von Rapid Prototyping Modellen Aspekte zur Wirtschaftlichkeit Strategische Aspekte Operative Aspekte Zur Ermittlung des oder der optimalen Rapid Prototyping Verfahren Zur Ermittlung der Kosten von Rapid Prototyping Verfahren Service Make or buy? Zukünftige Rapid Prototyping Verfahren Ausgewählte Tendenzen der Werkstoffentwicklung Anwendung: Feinguß Anwendung: Entwicklung von Serienwerkstoffen Ausgewählte Tendenzen der Verfahrensentwicklung

8 XVI Inhalt LASER Sintern von Einkomponenten-Werkstoffen LASER Sintern im Pulverbett Selective LASER Powder Remelting (SLPR) Verfahrensprinzip Qualitätsmerkmale Anwendungsbeispiele LASER-Generieren Verfahrensprinzip Qualitätsmerkmale Anwendungsbeispiele Literaturverzeichnis Anhang A1 LASER-Prinzip und LASER für Rapid Prototyping A2 Wirtschaftlichkeitsmodell nach Siegwart und Singer A3 Technische Daten und Informationen CAD- und RP-Software Tabelle A3-1: 3D-CAD-Systeme Tabelle A3-2: Rapid Prototyping Software LASER für Prototyper Tabelle A3-3: LASER für Rapid Prototyping Prototyper Tabelle A3-4: Hersteller von Prototypen Tabelle A3-5: Stereolithographieanlagen I Tabelle A3-6: Stereolithographieanlagen II Tabelle A3-7: Stereolithographieanlagen III Tabelle A3-8: Sinteranlagen I Tabelle A3-9: Sinteranlagen II Tabelle A3-10: Extrusionsanlagen I Tabelle A3-11: Extrusionsanlagen II Tabelle A3-12: Schicht-Laminat-Anlagen I Tabelle A3-13: Schicht-Laminat-Anlagen II Tabelle A3-14: 3D Drucker RP-Werkstoffe und Gießharze Tabelle A3-15: Photopolymere Übersicht

9 Inhalt XVII Tabelle A3-16: Physikalische Eigenschaften der Stereolithographie-Monomere Tabelle A3-17: Mechanische Eigenschaften der ausgehärteten Stereolithographie-Harze Tabelle A3-18: Thermische Eigenschaften der ausgehärteten Stereolithographie-Harze Tabelle A3-19: Elektrische Eigenschaften der ausgehärteten Stereolithographie-Harze Tabelle A3-20: Physikalisch-technische Eigenschaften der Sinterwerkstoffe I Tabelle A3-21: Physikalisch-technische Eigenschaften der Sinterwerkstoffe II Tabelle A3-22: Physikalisch-technische Eigenschaften der FDM-Werkstoffe Tabelle A3-23: Physikalisch-technische Eigenschaften der ModelMaker-Werkstoffe Tabelle A3-24: Physikalisch-technische Eigenschaften der LOM-Werkstoffe Tabelle A3-25: Physikalisch-technische Eigenschaften ausgewählter Gießharze A4 Abkürzungen Stichwortverzeichnis

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