Beitrag zur Entwicklung generativer Fertigungs verfahren für das Rapid Manufacturing

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1 Forschungsberich te Band 187 Matthias Meindl Beitrag zur Entwicklung generativer Fertigungs verfahren für das Rapid Manufacturing herausgegeben von Prof. Dr.lng. Michael Zäh Prof. Dr.lng. Günther Reinhart Herbert Utz Verlag

2 Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Formelverzeichnis VII' XI 1 Einleitung Ausgangssituation und Problemstellung Zielsetzung der Arbeit Vorgehensweise 5 2 Stand der Erkenntnisse zu generativen Fertigungsverfahren und deren Anwendungen Vorgehensweise im Kapitel Grundlagen Verfahrensprinzip Technologisches Grundprinzip Arten der Werkstoffverfestigung Anwendung generativer Fertigungsverfahren Klassifizierung nach Bauteileigenschaften Rapid Prototyping, Rapid Tooling und Rapid Manufacturing Handlungsbedarf Verfügbare generative Fertigungstechnologien Allgemeines Verfestigung durch chemische Aktivatoren - 3D Printing Aufschmelzen und Erstarren.t...24

3 2.5.4 Lokales Sintern oder Schmelzen Zusammenfassung und Handlungsbedarf 34 3 Phasenmodell zur Technologieentwicklung innerhalb des Rapid Manufacturing Vorgehensweise im Kapitel Konzeption eines Phasenmodells Methoden für das Phasenmodell Anwendung Primäre Phase: Anforderungsanalyse für Rapid- Manufacturing-Verfahren Sekundäre/Tertiäre Phase: Kinetische Modelle für das Indirekte Metall-Lasersintern Primäre/Sekundäre Phase: Untersuchung und Bewertung von Einflussgrößen für das Elektronenstrahlsintern Zusammenfassung 45 4 Anforderungen an Rapid-Manufacturing-Verfahren (Primäre Phase) Vorgehensweise im Kapitel Zielsetzung und Vorgehensweise der Anforderungsanalyse Qualitätsanforderungen Marktentwicklungen und daraus resultierende Anforderungen Unternehmensspezifische Anforderungen an Fertigungsverfahren Unternehmensbefragung Zusammenfassung 62

4 5 Kinetische Modelle für das Indirekte Metall-Lasersintern (Sekundäre/Tertiäre Phase) Vorgehensweise im Kapitel Ausgangssituation Zielsetzung und Vorgehensweise Analyse der thermischen Behandlung beim IMLS Multivariate formalkinetische Analyse und Modellierung Grundlagen der thermokinetischen Analyse Kinetische Modelle Formalkinetische Analyse und Modellierung Vorgehensweise zur multivariaten formalkinetische Analyse und Modellierung (MFA) Adaption der multivariaten formalkinetischen Analyse an das IMLS Grundlagen Untersuchungsobjekte Experimente - Thermische Analyse ; Modellfreie Analyse der TG-Messungen - Anwendung der Friedman-Analyse Kinetische Modellierung Optimierung des Binderausbrennens Modellvalidierung Technologische und wirtschaftliche Bewertung Aufwand zur Kalibrierung des Ofenprozesses für neue Pulverwerkstoffe oder erweiterte Bauteildimensionen 92

5 5.7.2 Herstellung von Bauteilen - geometrieabhängige Untersuchungen Nachbehandlung, Reparatur Nutzen aus der Anwendung multivariater formalkinetischer Modelle 95 6 Untersuchung und Bewertung von Einflussgrößen für das Elektronenstrahlsintern (Primäre/Sekundäre Phase) Vorgehensweise im Kapitel Ausgangssituation Zielsetzung Vorgehensweise Erfassen der Einflussgrößen Methoden zur Untersuchung und Bewertung von Einflussgrößen Elektronenstrahlsintern (EBS) Anlagentechnologie Verfahrensprinzip Detaillierte Analyse des EBS Umfang der Analyse Ermittlung von Einflussgrößen Werkstoffe - Metallpulver Energieeinkopplung des Elektronenstrahls in das Pulver Belichtungsstrategien, 120 IV

6 6.7 Festlegung der Einfluss- und Zielgrößen für die Versuchsdurchführung Einflussgrößen für die Versuchsdurchführung Zielgrößen zur Beurteilung von Produktmerkmalen Identifikation geeigneter Wertebereiche für Einflussgrößen Konzeption der Versuchsstrategie Versuchsdurchführung, Bewertung von Zielgrößen Versuchsauswertung Versuchsdurchführung und -auswertung Versuchsmatrix Durchführung von Experimenten ; Versuchsauswertung bei Kupferpulver Cu-103 (Cu38Ni) Verifikation Technologische und wirtschaftliche Bewertung Zusammenfassung und Ausblick Literatur Anhang Der Qualitätsbegriff Umfrage zu Einsatzpotenzialen generativer Fertigungsverfahren für die Serienfertigung Vorgehensweise zur multivariaten formalkinetischen Analyse Erfassung und grundlegende Interpretation von Messdaten.193 V

7 9.3.2 Modellfreie Schätzung der Aktivierungsenergie Kinetische Modellierung Kenndaten des verwendeten thermogravimetrischen Analysators Signifikante Haupt- und Wechselwirkungseffekte beim EBS von Kupferpulver Cu-103 (Cu38Ni) Zielgröße Adhäsion Zielgröße Spur Zielgröße Strahleindringtiefe Zielgröße Versinterungsgrad Zielgröße Schmelztropfen Zielgröße Spritzen.208 VI

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