Die einzelnen Radpid- Prototyping-Verfahren im Detail

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1 Was ist? bedeutet übersetzt: schneller Modellbau und ist ein Überbegriff für die verschiedenen Technischen Verfahren, welche zur schnellen Fertigung von Bauteilen verwendet werden. Der Ausgangspunkt sind immer Konstruktionsdaten. Die Technologien sind somit Fertigungsverfahren, welche das Ziel haben, ohne weitere Umwege, vorhandene Daten, schnell in greifbare Bauteile umzuwandeln. Die einzelnen Radpid- Prototyping-Verfahren im Detail

2 Was ist 3D-Drucken? 3D-Drucken ist ein allgemeiner Begriff, welcher häufiger verwendet wird. Er Beschreibt letztendlich einige der Rapid-Prototyping-Technologien. 3D Druck ist das Erzeugen von echten, dreidimensionalen Bauteilen, auf der Basis von Datensätzen. Das zu erzeugende Modell wird hierzu als 3D Datensatz in einem beliebigen CAD- Programm erstellt. Anschließend genügt ein Knopfdruck und das Modell wird Schicht für Schicht Realität. Durch diverse Nachbehandlungen können die Festigkeit, die Hitzebeständgkeit und auch die Optik verändert werden. Es gibt 3D-Drucken mit Nichtmetallischen oder Metallischen Materialien. Die einzelnen Radpid- Prototyping-Verfahren im Detail

3 Wie sind die Fertigungstoleranzen? Für alle Rapid-Prototypingverfahren gelten als Richtlinie die nach DIN ISO festgelegten Allgemeintoleranzen. Je nach Verfahren können Fertigungsspezifische Abweichungen hiervon auftreten. Häufig wird zuerst ein Musterteil gefertigt und auf Maßhaltigkeit geprüft. Falls nötig, kann danach konstruktiv nachgebessert werden, um die nachfolgenden Bauteile gemäß ihren Anforderung verwenden zu können. Die einzelnen Radpid- Prototyping-Verfahren im Detail Nennmaßbereich [mm] 0 bis bis bis bis bis bis bis 500 über 500 0,15mm 0,15mm 0,2mm 0,25mm 0,3mm 0,5mm 0,8mm 0,03% zulässige Toleranz +/-

4 Die verfügbaren Rapid-Prototyping Technologien

5 Pulverdruck (3D Printing 3DP): Als Grundlage dient eine dünne Pulverschicht, die an bestimmten Stellen durch ein Bindemittel verfestigt wird. Bevorzugt werden Anschauungsmodelle hergestellt. Das ist die einzige Druckmethode mit der mehrfarbige hochauflösende Modelle ausgedruckt werden können. Belastbare Vorserien-Prototypen können nur bis zu einem gewissen Maß durch die dementsprechende chemische Nachbehandlung erzeugt werden. Durch das Pulverdrucken sind komplexe Formen möglich. Das nicht verfestigte Pulver, welches sich um das Bauteil herum befindet, dient als Stützmaterial. Nach dem Druckprozess kann dieses problemlos entfernt und wiederverwendet werden. Das Bauteil, welches nach dem Druckprozess noch sehr empfindlich ist, wird mit einem weiteren Füllstoff behandelt (Infiltriert), welcher die schlussendlichen Mechanischen Eigenschaften verleiht. Die Oberfläche ist leicht rau, ähnlich wie sandgestrahlte Metalle.

6 Selektives Lasersintern (Selective Laser Sintering SLS): Auch hier ist die Basis ein sehr feines Pulver (Polyamid). Im Gegensatz zum Pulverdruck wird hier das Material nicht durch ein Bindemittel verbunden, sondern mit Hilfe eines Laserstrahls verschmolzen. Die Bauteile haben eine raue Oberfläche (wie sandgestrahlt). Sie sind direkt nach dem Fertigungsprozess stabil und müssen kaum Nachbearbeitet werden. Die Modelle können nur einfarbig hergestellt werden. Es können Hitzebeständige, sehr stabile sowie flexible Bauteile gefertigt werden.

7 Stereolithographie (SLA): Bei diesem Verfahren ist flüssiges Harz oder Wachs der Ausgangsstoff. Durch eine UV-Lichtquelle oder einen Laser wird das flüssige Material an den gewünschten Stellen ausgehärtet. Diese Technologie ist Beispielsweise sehr gut geeignet, um Vakuumguss- Urmodelle herzustellen da es Thermisch nur begrenzt belastbar ist. Hier ist eine glatte und präzise Oberfläche möglich. Es können nur einfarbige, dafür hochpräzise Modelle gefertigt werden.

8 Schmelzschichtung (Fused deposition modelling FDM mit einer Düse): Ein Kunststoffdraht (normalerweise PLA oder ABS) wird geschmolzen und durch eine Düse an den gewünschten Stellen Schichtweise aufgetragen. Dort härtet das Material aus und ein Kunststoffteil wird erzeugt. Da das Bauteil während des Druckprozesses langsam aushärtet, muss auch eine Stützstruktur durch den Drucker aufgebaut werden. Dieses Stützmaterial muss nach dem Druckprozess manuell entfernt und dann entsorgt werden. Die Nacharbeit an den Bauteilen ist je nach Form des Bauteils mehr oder weniger Aufwendig. Es können einfache, belastbare Modelle gefertigt werden. Die Oberfläche ist leicht rillig.

9 Schmelzschichtung (Fused deposition modelling FDM mit zwei Düsen): Ein dünner Kunststoffdraht (normalerweise PLA oder ABS) wird geschmolzen und durch eine Düse an den gewünschten Stellen Schichtweise aufgetragen. Dort härtet das Material aus und ein Kunststoffteil wird erzeugt. Da das Bauteil während des Druckprozesses langsam aushärtet, muss Stützmaterial durch die zweite Düse des Druckers in den Zwischenräumen aufgebaut werden. Dieses wasserlösliche Stützmaterial wird nach dem Druckprozess ausgewaschen. Es können komplexe, belastbare Modelle gefertigt werden. Die Oberfläche ist leicht rillig.

10 Polyjetverfahren (Multi-Jet-Modeling MJM) Bei der PolyJet-Technologie werden unterschiedliche Photopolymer- Materialien durch mehrere Druckköpfe in sehr dünnen Schichten aufgetragen. Die Zwischenräume werden automatisch mit einem wasserlöslichen Stützmaterial gefüllt. Jede Photopolymer-Schicht wird direkt nach dem Auftragen durch UV- Licht gehärtet. Dadurch erhalten die Modelle Ihre Stabilität und können somit leicht entnommen werden. Das Stützmaterial kann nach dem Druckvorgang leicht mit einem Wasserstrahl entfernt werden. Mit dieser Technologie sind hochpräzise, glatte Modelle möglich. Es können einfarbige, transparente und auch gummiartige Bauteile mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften in einem Ausdruck gefertigt werden. Durch Nachträgliches Härten unter UV-Licht können die Mechanischen Eigenschaften weiter verändert werden. Die Hitzebeständigkeit der Modelle ist allerdings begrenzt.

11 Vakuumgießen (Vacuum-Casting VAG) Beim Vakuumgießen müssen zuerst Urformen hergestellt werden. Diese dienen als Basis für die eigentliche Gießform. Die Urmodelle werden durch die oben aufgeführten Fertigungsverfahren hergestellt. (Meistens durch Stereolithographie) Die Gießform wird danach aus Silikonkautschuk mithilfe des Urmodells erstellt. Mit der fertigen Gießform können dann, mehrere Bauteile mithilfe von Vakuum (um Lufteinschlüsse zu vermeiden) hergestellt werden. Das hierfür verwendete Material ist ein Zweikomponenten-Gießharz mit ähnlichen Eigenschaften wie ABS. Pro Gießform sind ca.25 Abgüsse möglich. Hier ist eine glatte und präzise Oberfläche möglich. Es können nur einfarbige Modelle gefertigt werden. Dieses Fertigungsverfahren wird häufiger für die Herstellung von Kleinserien verwendet.

12 Vor-und Nachteile Alle Technologien haben ihre ganz eigenen Vor- und Nachteile. Mit jeder Technologie kann man begrenzte Anwendungsgebiete abdecken. Deshalb ist es von entscheidender Bedeutung, welche Anforderungen an das zu fertigende Bauteil gestellt werden. Erst wenn man das genau hinterfragt hat, kann man die Optimale Technologie für die Erstellung des Bauteils bestimmen. Hier ein Überblick was die einzelnen 3D-Druck Technologien voneinander unterscheidet.

13 Pulverdruck Pulverdrucken (3D Printing 3DP) Vorteile: günstige Herstellung, schnelle Fertigung, es sind keine Stützstrukturen nötig, vollfarbige Modelle sind darstellbar, komplexeste Formgebung möglich, es können auch einfache Gießformen erstellt werden, thermisch belastbare Bauteile sind möglich. Nachteile: mechanisch nur teilweise belastbar wenn die Bauteile mit Verbundstoffen nachbehandelt werden, leicht raue Oberfläche wie sandgestrahlt. Material: speziell behandeltes homogenes Pulver, welches durch ein Bindemittel verbunden wird. Durch nachträgliche Inflitration mit Zweikomponentenharz oder Cyanacrylat wird das Bauteil zusätzlich verstärkt.

14 Selektives Lasersintern (Selective Laser Sintering SLS): Vorteile: mechanisch belastbar, es sind keine Stützstrukturen nötig, Materialvielfalt, komplexeste Formgebung möglich, thermisch belastbar. Nachteile: leicht raue Oberfläche, hohe Fertigungskosten, langsamer Fertigungsprozess, nur einfarbige Modelle sind möglich. Da es sich um einen thermischen Prozess handelt, ist ein leichter Verzug der Bauteile möglich. Material: Kunststoff, Metall, Aluminium, Sand.

15 Stereolithographie (SLA): Vorteile: sehr detaillierte und feine Oberfläche möglich, mechanisch teilweise belastbar, hohe Fertigungsgenauigkeit, transparente Bauteile sind möglich, komplexeste Formgebung möglich. Nachteile: Es sind nur UV-härtbare Kunststoffe/ Harze verwendbar, hohe Fertigungskosten, nur einfarbige Modelle sind möglich, langsamer Fertigungsprozess, begrenzt thermisch belastbar, Stützstruktur muss nachträglich entfernt und verschliffen werden. Material: Kunststoffe und Harze welche unter UV-Licht bzw. Hitzeeinwirkung aushärten.

16 Schmelzschichtung (Fused deposition modelling FDM mit einer Düse): Vorteile: kostengünstig, widerstandsfähige Bauteile sind möglich. Nachteile: Es sind nur Oberflächen mit Rillen möglich, mittlere Fertigungsgenauigkeit, nicht vielfarbig, Stützkonstruktionen und Nacharbeit notwendig, sehr langsamer Fertigungsprozess. Material: Thermoplastische Kunststoffe wie PVC und ABS.

17 Schmelzschichtung (Fused deposition modelling FDM mit zwei Düsen): Vorteile: kostengünstig, widerstandsfähige Bauteile sind möglich. Nachteile: Es sind nur Oberflächen mit Rillen möglich, nicht vielfarbig, langsamer Fertigungsprozess. Material: Thermoplastische Kunststoffe wie PVC und ABS.

18 Polyjetverfahren (Multi-Jet-Modeling MJM) Vorteile: höchstmögliche Genauigkeit, sehr glatte Oberflächen sind möglich, transparente Bauteile sind möglich, komplexeste Formgebung möglich, unterschiedliche Materialeigenschaften können auf einem Bauteil kombiniert werden. Flexible- und Gummiartige Bauteile sind möglich. Nachteile: die Hitzebeständigkeit der Bauteile ist begrenzt. Material: unterschiedlichste Photopolymer-materialen welche durch UV-Licht ausgehärtet werden. Unterschiedliche Kunststoffe und Gummiarten können simuliert werden.

19 Vakuumgießen (Vacuum-Casting VAG) Vorteile: hohe Genauigkeit, glatte Oberflächen sind möglich, transparente und einfarbige Modelle sind möglich, komplexeste Formgebung möglich, kostengünstige Gießform aus Silikonkautschuk. Nachteile: schneller Verschleiß der Gießform, die Hitzebeständigkeit der Bauteile ist aufgrund der Silikongießform begrenzt. Nur Wirtschaftlich bei größeren Abnahmemengen. Material: Zweikomponenten-Gießharze, Wachsmaterialien

20 Ihre Vision ist unser Auftrag. Ihr Ansprechpartner für alle Anforderungen im Prototypenbau Falls Sie Fragen in Bezug auf Fertigungsverfahren oder die einzelnen Materialien haben, können Sie uns gerne kontaktieren. ProTec3D Geschäftsinhaber Alexander Reizner Sillersdorferst.24 D Freilassing Phone: +49 (0) Mobile: +49 (0)

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