Verwandlungskunst mit Licht und Laser

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1 STEREO- LITHOGRAPHIE Die Stereolithographie ist das Modellbauverfahren mit den universellsten Einsatzmöglichkeiten. Verwandlungskunst mit Licht und Laser Beim Rapid Prototyping-Verfahren der Stereolithographie härtet ein computergesteuerter Laserstrahl, der über bewegliche Spiegel positioniert wird, die gewünschte Form Schicht für Schicht aus einem flüssigen, lichtempfindlichen Kunstharzbad (Photopolymer) aus. Die dazu nötige Bauplattform, auf der das Modell entsteht, befindet sich zu Beginn des Vorgangs 0,1 bis 0,2 mm unter der Oberfläche der Flüssigkeit. Der Wischer bestreicht die erste Schicht des zu bauenden Prototyps gleichmäßig mit dem flüssigen Kunstharz und der Laserstrahl härtet sie aus. Danach senkt sich die Plattform mit dem Werkstück um weitere 0,1 bis 0,2 mm ab und der Bau der nächsten Schicht kann beginnen. Nach und nach entsteht so ein dreidimen sionaler Prototyp. Nach dem Bauprozess werden die benötigten Stützkonstruktionen entfernt, das Modell gereinigt, unter UV-Licht nachgehärtet sowie durch Oberflächenbehandlung gefinisht. Je nach Größe des Modells ist der Prototyp innerhalb weniger Stunden hergestellt. Mit Hilfe der Stereolithographie gefertigte Bauteile dienen als Design- oder Einbaumuster, sie stehen ebenso oft auch als Urmodell für Nachfolgeverfahren wie das Vakuumgießen oder den Metallguss zur Verfügung ein Grund mehr für die große Bedeutung des Verfahrens im Rapid Prototyping. Spiegel Plattformbewegung Materialien: Acryl-, Epoxid- und Venyletherharze Laser Bauoberfläche Modell Besonderheiten: Bauteile mit hoher Komplexität herstellbar, Stützkonstruktionen erforderlich max. Bauteilgröße (mm): 2100 x 700 x 800 Maßgenauigkeit (%): 0,2 (min. ± 0,1mm) Stützkonstruktion Photopolymerbad Plattform Stereolithographie

2 STEREO- LITHOGRAPHIE Technische Daten für STL-Materialien Materialbezeichnung P3002 P3003 Material Epoxydharz Epoxydharz Eigenschaft ABS-ähnlich Keramisch gefüllt Farbe weiß grau Dichte (g/cm 3 ) 1,10 1,20 Zug-E-Modul (N/mm 2 ) (DIN EN ISO 527) Biege-E-Modul (N/mm 2 ) (DIN EN ISO 178) Zugfestigkeit (N/mm 2 ) (DIN EN ISO 527) Reißdehnung (%) 8 1,2 (DIN EN ISO 527) Formbeständigkeitstemperatur ( C) (HDT/B ASTM D648) Shorehärte D (DIN 53505) Biegefestigkeit (N/mm 2 ) k.a. 129 (DIN EN ISO 178) PTZ-PROTOTYPENZENTRUM GMBH Otto-Mohr-Straße Dresden Tel Fax info@ptz-prototypen.de

3 VAKUUMGUSS MIT POLYAMID Beim Vakuumgießen mit Polyamid findet im Unterschied zum Vakuumgießen mit PU der sehr häufig in Serienbauteilen verwendete Werkstoff PA6 Anwendung. Prototyp und Serienprodukt auf Tuchfühlung Beim Rapid Manufacturing- Verfahren Polyamidguss ent - stehen innerhalb kürzester Zeit hochwertige Bauteile mit seriennahen Werkstoffeigenschaften aus thermoplastischem Kunststoff der größte Unterschied zum herkömmlichen Vakuumgießen. Während des Verfahrens werden Monomere mit additiven und katalytischen Komponenten angereichert und zur Polymerisation unter Vakuum in eine Silikonkautschukform gegossen. Das Vakuum ermöglicht lunkerfreie Abgüsse der komplexen Formteile. Als Basis für die Gießformen dienen im Regelfall generativ gefertigte Urmodelle. Der entscheidende Vorteil des Verfahrens liegt in der Serienidentität des Materials: Die hergestellten Bauteile können als vollwertige Funktionsprototypen oder Kleinserien eingesetzt werden. Funktions- und Dauertests, Vakuumguss mit Polyamid die mit diesen Prototypen durchgeführt werden, liefern zuverlässige Ergebnisse und geben mehr Sicherheit für die optimale Auslegung der Serienteile. Insbesondere bei hohen thermischen oder mech ani schen Beanspruchungen bieten Prototypen aus PA6 daher die Alternative zu herkömmlichen Vakuumgussteilen aus PU. Gießharze auf PA-Basis Materialien: Gusspolyamid (PA6) mit und ohne Glasfaser Caprolactam Dosierung Silikon- Kautschukform Katalysator Dosierung Mischen der Gießharze Bauteil aus Polyamid Besonderheiten: Bauteile mit serienidentischen Eigenschaften herstellbar, hohe Wärmeformbeständigkeit, hoher E-Modul Stückzahlen: 5-25 max. Bauteilgröße (mm): z.zt. 500 x 500 x 200 max. Bauteilgewicht (g): z.zt Maßgenauigkeit (%): ± 0,5

4 VAKUUMGUSS MIT POLYAMID Technische Daten für Vakuumguss mit Polyamid Gusspolyamid Bezeichnung P5000 Shorehärte D (bei 25 C) 79 WF-Wärmeformbeständigkeit ( C) 180 Zug-E-Modul (MPa) 2700 Zugfestigkeit (MPa) 70 Biege(bruch)festigkeit (MPa) 86 Biege-E-Modul (MPa) 2400 Dichte (kg/dm 3 ) 1,2 Schwindung (mittlere) (%) 2,5 Gusspolyamid mit Glasfaser Bezeichnung P5001 Shorehärte D (bei 25 C) 86 WF-Wärmeformbeständigkeit ( C) 180 Zug-E-Modul (MPa) 5900 Zug-E-Modul bei +120 C (lt. IKET) (MPa) 1800 Zug-E-Modul bei +80 C (lt. IKET) (MPa) 1900 Zugfestigkeit (MPa) 107 Zugfestigkeit bei +120 C (lt. IKET) (MPa) 45 Zugfestigkeit bei +80 C (lt. IKET) (MPa) 48 Dichte (kg/dm 3 ) 1,35 Schwindung (mittlere) (%) 2,0 Bruchdehnung (%) 4,2 Glasfaseranteil (%) 30 PTZ-PROTOTYPENZENTRUM GMBH Otto-Mohr-Straße Dresden Tel Fax info@ptz-prototypen.de

5 VAKUUMGUSS MIT POLYURETHAN Das Vakuumgießen mit Polyurethan ist das Vervielfältigungsverfahren des Rapid Manufacturing zur Herstellung komplexer Kunststoff-Bauteile. PU-Vakuumguss: Klassisch, schnell und günstig Das Vakuumgießen mit Polyurethan ist ein Rapid Manufacturing-Verfahren zur Vervielfältigung von Kunststoff-Formteilen mit komplexer Geometrie. Es stellt für Prototypen und Kleinserien die schnelle und kostengünstige Alternative zum Spritzguss-Verfahren dar. In der Silikonkautschuk-Form werden 2-K-Polyurethangießharze unter Vakuum vergossen und anschließend ausgehärtet. Das Vakuum ermöglicht hierbei lunkerfreie Abgüsse hoher Genauigkeit. Die von Spritzgussteilen bekannten Einfallstellen durch Masseanhäufungen treten nicht auf. Mit ausgesuchten Gießharzen können so zum Beispiel transparente, gummiähnliche oder wärmeformbeständige Formteile gefertigt werden. Die Herstellung von Hinterschneidungen ist unproblematisch, ebenso können Gewindebuchsen oder andere Einlegeteile mit eingegossen werden. Die minimale Wandstärke liegt in Abhängigkeit vom Fließweg zwischen 0,5 mm und 1,0 mm. Die nachträgliche mechanische Be ar bei tung mit den üblichen Verfahren ist möglich. Kundenspezifische Anforderungen hinsichtlich des Oberflächenfinishs können u.a. durch Einfärben, Lackieren, Polieren oder Beschichten realisiert werden. Vakuumguss mit Polyurethan Polyol Isocyanat Materialien: hochwertige Gießharze auf Polyurethan-Basis von Hand dosiert und gemischt Besonderheiten: kostengünstig, schnell, vielfältige Materialeigenschaften, transparente, gummiähnliche oder glasfaserverstärkte Materialien, Integration von Einlegeteilen Die für die Herstellung der Silikon-Kautschukform not wendigen Urmodelle werden in der Regel schnell und kostengünstig durch generative Rapid Prototyping-Verfahren hergestellt. Die Modell- und Formkosten liegen bei ca. 5 bis 10 % der Werkzeugkosten für das Spritzguss-Verfahren. Silikon- Kautschukform Stückzahlen: 5-25 max. Bauteilgröße (mm): 1200 x 600 x 550 Bauteil aus Polyurethan max. Teilegewicht (kg): 10 Maßgenauigkeit (%): ±0,2 (min. ±0,1mm)

6 VAKUUMGUSS MIT POLYURETHAN Technische Daten für Vakuumguss mit Polyurethan (Auszug) Vakuumgießharze Shore A (weich) Bezeichnung Shorehärte A Bruch- Reißfestigkeit Zugfestigkeit Besondere (bei 25 C) dehnung (MPa) (MPa) Eigenschaften (%) P k.a. niedrige Härte P P alterungsbeständig P reißfest P Anti-Rutsch-Eigenschaft P reißfest P P transparent P reißfest P flexibel P abriebfest P abriebfest P ,5 5 transparent P gute Haftung auf Metall P gute Bruchdehnung P benzinbeständig >/=12h Vakuumgießharze Shore D (hart) Bezeichnung Biege-E-Modul Bruchdehnung Wärmeform- Zugfestigkeit Besondere (MPa) (%) beständigkeit (MPa) Eigenschaften ( C) P schlagzäh P hoch schlagzäh P P hochtemperaturbeständig P hochtemperaturbeständig P hochtemperaturbeständig P hohe Schlagzähigkeit P lange Topfzeit P hoch transparent, UV-beständig P P P hochtemperaturbeständig P hochtemperaturbeständig P hochtemperaturbeständig P hochtemperaturbeständig P hochtemperaturbeständig, UV-best., gut polierbar P transparent P sehr schlagzäh P gute Biegefestigkeit P sehr steif und schlagzäh P UV-stabil P ,9 70 UL 94 Brandklasse P sehr hoher E-Modul PTZ-PROTOTYPENZENTRUM GMBH Otto-Mohr-Straße Dresden Tel Fax info@ptz-prototypen.de

7 SELEKTIVES LASERSINTERN KUNSTSTOFF Das Selektive Lasersintern ist ein generatives Schichtbauverfahren zur Herstellung erster belastbarer Funktionsmuster aus Kunststoff mit komplexer Geometrie und hoher Genauigkeit. Vom Pulver zum Prototyp Selektives Lasersintern Kunststoff Beim Rapid Prototyping-Verfahren Kunststoff-Lasersintern entsteht das Erstmuster aus pulverisiertem Kunststoff. Ein gesteuerter Laser schmilzt die erste Schicht entsprechend der vorher geslicten Kontur des Bauteils schrittweise in das Pulverbett ein. Danach senkt sich die Bauplattform um die Schichtdicke und die nächste Schicht wird gesintert. Mit Hilfe einer Walze wird der Werkstoff kontinuierlich in einer Schichtdicke von 0,1 mm vollflächig auf die Bauplattform aufgetragen. Der Prototyp baut sich so Schicht für Schicht in vertikale Richtung bis zur gewünschten Form auf auch komplexe Geometrien oder Hinterschneidungen sind dadurch möglich. Prototypen aus diesem Verfahren sind mechanisch belastbar und gut für erste Funktionstests geeignet. Sie kommen aber auch als Vorserienmuster in kleinen Stückzahlen zum Einsatz. Laser Modell Spiegel Rolle Materialien: Polyamid PA 12 gefüllt/ungefüllt Besonderheiten: Bauteile mit hoher Komplexität herstellbar, mechanische Belastbarkeit, für erste Funktionstests geeignet, hohe Genauigkeit Stückzahlen: 1-5, bei kleinen Bauteilen auch größer max. Bauteilgröße (mm): 700 x 380 x 580 Prozesskammer Kammer für Pulveraufnahme Maßgenauigkeit (%): ca. ± 0,2

8 SELEKTIVES LASERSINTERN KUNSTSTOFF Technische Daten für SLS-Materialien Kunststoff Materialbezeichnung P4000 P4001-GF P4002-Alu Material Polyamid Polyamid Polyamid Eigenschaft PA-ähnlich PA-glasgefüllt PA-alugefüllt Standardschichtdicke (mm) 0,1 0,1 0,1 Farbe weiß weißlich-grau alufarben Dichte (g/cm 3 ) 0,95 1,25 1,35 Zug-E-Modul (N/mm 2 ) (DIN EN ISO 527) Biege-E-Modul (N/mm 2 ) (DIN EN ISO 178) Zugfestigkeit (N/mm 2 ) (DIN EN ISO 527) Reißdehnung (%) (DIN EN ISO 527) Schmelztemperatur ( C) (DIN 53736) Formbeständigkeitstemperatur ( C) (HDT/B ASTM D648) Vicaterweichungstemperatur ( C) (B/50 DIN EN ISO 306) Shorehärte D (DIN 53505) Biegefestigkeit (N/mm 2 ) k.a. k.a. 70 (DIN EN ISO 178) Charpy-Schlagzähigkeit (kj/m 2 ) (DIN EN ISO 179) Charpy-Kerbschlagzähigkeit (kj/m 2 ) 4,8 5,4 4,6 (DIN EN ISO 179) PTZ-PROTOTYPENZENTRUM GMBH Otto-Mohr-Straße Dresden Tel Fax info@ptz-prototypen.de

9 DRUCK-DIFFERENZ- VAKUUM-FEINGUSS- VERFAHREN Das DDV-Feingussverfahren eignet sich vor allem zur Herstellung metallischer Prototypen und Kleinserien mit komplexer Geometrie. Feinguss für feine Geometrien Das bewährte Rapid Manufacturing-Verfahren DDV-Feinguss ist die Technologie der Wahl zur vergleichsweise raschen Fertigung metallischer Prototypen und Kleinserien von fünf bis 20 Stück in hochwertiger Gussqualität. DDV steht hierbei für Druck-Differenz-Vakuum. Dafür wird das Urmodell zunächst in Feingusswachs dupliziert. Das mit Anguss und Steigern versehene fertige Wachsmodell wird in eine spezielle Keramikmasse eingebettet. Anschließend wird es in einem mehrstündigen Temperprozess ausgeschmolzen und die Keramik zur Erreichung der notwendigen Temperaturfestigkeit gebrannt. In die entstandene Gussform kann in einem weiteren Prozessschritt nun die vorher unter Schutzgasatmosphäre induktiv aufgeschmolzene Metalllegierung vergossen werden. DDV-Feingussverfahren Während des Gusses ermöglicht die SPS-Steuerung einen definierten Nachdruck auf die Metall- Schmelze gute Formfüllung selbst bei filigranen Geometrien und Verringerung der Lunkerbildung sind damit gewährleistet. Nach dem Abgießen und Aushärten wird die Keramikform mittels Wasserstrahl zerstört und das Gussstück entformt. Je nach Anforderung werden die Gussteile durch Strahlen und entsprechende mechanische Bearbeitungen zum Fertigteil. Das Verfahren ist dann besonders kostengünstig, wenn das Bauteil eine komplexe Geometrie aufweist und eine Herstellung durch andere Verfahren wie CNC-Fräsen nicht möglich oder sehr aufwendig ist. Materialien: Aluminium, Zink, Stahl, Messing Besonderheiten: schnelle Verfügbarkeit von Funktionsmustern, hochwertige Gussqualität, beste Oberflächenqualität 1. Wachsmodellherstellung 2. Montage der Gießeinheit 3. Einbetten 4. Modellausschmelzen und Brennen Stückzahlen: 5-20 max. Bauteilgröße (mm): 300 x 330 x Gießen 6. Ausbetten 7. Trennen und Finish max. Teilevolumen (cm³): 3000 max. Teilegewicht (kg): : bei Aluminium 8,0

10 DRUCK-DIFFERENZ- VAKUUM-FEINGUSS- VERFAHREN Feingusstoleranzen im DDV-Feingussverfahren Lineare Toleranzen (Maße in mm)/werkstoffgruppe A: Aluminium-Legierung Nennmaßbereich A1 Feld A2 Feld A3 Feld bis 6 0,3 0,24 0,2 6 bis 10 0,36 0,28 0,22 10 bis 18 0,44 0,34 0,28 18 bis 30 0,52 0,4 0,34 30 bis 50 0,8 0,62 0,5 50 bis 80 0,9 0,74 0,6 80 bis 120 1,1 0,88 0,7 120 bis 180 1,6 1, bis 250 1,9 1,5 1,2 250 bis 315 2,6 2,2 1,6 315 bis 400 2,8 2,4 1,7 400 bis 500 3,2 2,6 1,9 Gültigkeit der Genauigkeitsgrade: A 1 gilt für alle Maße. A 2 gilt für zu tolerierende Maße. A 3 kann nur mit aufwendigen Werkzeugkorrekturen eingehalten werden. Wanddickentoleranzen (Maße in mm) kleinste Seitenlänge einer Fläche Werkstoffgruppe A Für Prototypen gelten die Genauigkeitsgrade sinngemäß. Werkzeugkorrekturen sind nur bedingt möglich. bis 50 ± 0,25 50 bis 100 ± 0, bis 180 ± 0, bis 315 ± 0,50 größer 315 ± 0,60 PTZ-PROTOTYPENZENTRUM GMBH Otto-Mohr-Straße Dresden Tel Fax info@ptz-prototypen.de

11 SELEKTIVES LASERSINTERN METALL Beim Direkten Metall- Lasersintern wird das metallische Funktionsteil unmittelbar aus 3-D-Daten erzeugt die Prototypen- Technologie mit dem größten Zukunftspotenzial. Keine Zauberei: Vom 3-D-Modell direkt zum Funktionsteil aus Metall Mit der zukunftsträchtigen Technologie des Metall-Lasersinterns werden metallische Werk zeugeinsätze und Funktionsteile auf direktem Wege aus 3-D-Daten erzeugt. Das anspruchsvolle, schnelle Verfahren erweitert die Fertigung hochwertiger Prototypen aus Metall und ergänzt das Metallfeingussverfahren. Als generatives Schichtbauverfahren funktioniert es ähnlich wie das Kunststoff-Lasersintern bis auf den verwendeten Werkstoff. Das Erstmuster entsteht aus pulverisiertem Metall, das ebenfalls mit einem Laser schichtweise aufgebaut wird. Die Prototypen des Metall-Lasersinterns kommen als mechanisch belastbare Funktionsteile sowie schnell gefertigte Werkzeugeinsätze zur Anwendung. Direktes Metall-Lasersintern Quelle: Concept Laser GmbH Spiegel Materialien: Metalle wie Titan, Werkzeugstahl/Edelstahl, Aluminium, Kobalt Chrom-Legierungen Laser Modell Prozesskammer Rolle Kammer für Pulveraufnahme Besonderheiten: Bauteile mit hoher Komplexität herstellbar, mechanische Belastbarkeit, für erste Funktionstests und als Werkzeugeinsätze geeignet Stückzahlen: 1-5, bei kleinen Bauteilen auch bis 20 max. Bauteilgröße (mm): 250 x 250 x 220 Maßgenauigkeit (%): ± 0,2

12 SELEKTIVES LASERSINTERN METALL Technische Daten für SLS-Materialien (Metall) Aluminium Mechanische Daten Al SI 12 Zugfestigkeit R m (MPa) 330 Dehngrenze R m (MPa) 194 Härte 105 HB Bruchdehnung A (%) 6,8 Rauigkeit R Z X/Y (μm) 15 Rauigkeit R Z X (μm) 34 Edelstahl Mechanische Daten (316L) (H13) Zugfestigkeit R m (MPa) Dehngrenze R m (MPa) k. A. Härte 272 HV 237 HV 54 HRC (Kerb) Schlagarbeit (J) k. A. Wärmeleitfähigkeit (W/mK)* 16,8 14,8 24,1 Rauigkeit R Z X/Y (μm) Rauigkeit R Z X (μm) * bei 100 C Kobalt Chrom Mechanische Daten CoCr ASTM F75 Zugfestigkeit R m (MPa) 1050 Dehngrenze R m (MPa) 835 Härte 35 HRC Rauigkeit R Z X/Y (μm) 17 Rauigkeit R Z X (μm) 29 Titan Mechanische Daten Ti A 6 Nb7** Ti A 6 V4** Reintitan Zugfestigkeit R m (MPa) Dehngrenze R po2 (MPa) Härte 39,4 HRC 37,3 HRC 140 HB Bruchdehnung A (%) k. A. (Kerb) Schlagarbeit (J) k. A. k. A. 38 Wärmeleitfähigkeit (W/mK) 19,4 19,4 20 Rauigkeit R Z X/Y (μm) Rauigkeit R Z X (μm) ** Werte für geglühte Proben PTZ-PROTOTYPENZENTRUM GMBH Otto-Mohr-Straße Dresden Tel Fax info@ptz-prototypen.de