Andreas Gebhardt. Rapid Prototyping. Werkzeug für die schnelle Produktentwicklung. Mit 166 Bildern und 37 Tabellen. Carl Hanser Verlag München Wien

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1 Andreas Gebhardt Rapid Prototyping Werkzeug für die schnelle Produktentwicklung Mit 166 Bildern und 37 Tabellen Carl Hanser Verlag München Wien

2 Inhalt Vorwort 1 Definition 3 1 Von der Produktentwicklung zum Rapid Product Development Neue Anforderungen - neue Verfahren Veränderte Randbedingungen für die Produktentwicklung Konsequenzen für die Produktentwicklung Schlüsselfaktor time to market" Einfluß von Modellen auf die Produktentwicklung Simultaneous Engineering - Concurrent Engineering Klassische Produktentwicklungsstufen Anforderungen an neue Produktentwicklungsstrategien Motivation durch Modelle Zum Prinzip des Simultaneous Engineering (SE) Rapid Prototyping als Element des Simultaneous Engineering Produktentwicklung und Modelltypen Rapid Prototyping - Rapid Tooling - Rapid Manufacturing 23 2 Merkmale generativer Fertigungsverfahren Verfahrensgrundlagen Grundlagen der Generierung der Schichtinformation (Geometrie) Erzeugung von 3D-Geometrien Datenfluß Modellierung dreidimensionaler Körper im Computer Erzeugung der mathematischen Schichten Erzeugung der Konturierung in der Schichtebene Grundlagen der Generierung des physikalischen Schichtenmodells Verfestigen flüssiger Materialien - Photopolymerisation - Stereolithographie (SL) Generieren aus der festen Phase 59

3 X Inhalt Ausschneiden aus Folien - Layer Laminate Manufacturing (LLM) Schmelzen und Verfestigen aus der festen Phase - Fused Deposition Modeling (FDM) Schmelzen und Verfestigen von Pulvern und Granulaten - Selektives LASER-Sintern (SLS) Verkleben von Granulaten mit Bindern - 3D-Printing Abscheiden aus der Gasphase - LASER Chemical Vapor Deposition (LCVD) Zusammenfassende Darstellung und sonstige Verfahren Formende Elemente - LASER für Rapid Prototyping Zusammenfassende Beurteilung der theoretischen Potentiale der führenden Rapid Prototyping Verfahren 79 3 Industrielle Rapid Prototyping Systeme Datenaufbereitung und Datenübertragung Industrielle Rapid Prototyping Verfahren Photopolymerisation - Stereolithographie (SL) StereoLithography Appararus (SLA) - 3D Systems STEREOS-EOS Stereolithographie - Fockele & Schwarze (F&S) Solid Ground Curing - Cubital Selektives LASER-Sintern (SLS) Selektives LASER-Sintern - DTM LASER-Sintern - EOS Three Dimensional Printing von Keramik-Gußformen - Soligen Layer Laminate Manufacturing (LLM) t Hot-Plot - SPARX Laminated Object Manufacturing (LOM) - Helisys Stratified Object Manufacturing (SOM) - Klink/MEC Extrusionsverfahren Fused Deposition Modeling (FDM) - Stratasys Konventionelle Prototypverfahren Vergleich Rapid Prototyping Verfahren - konventionelle Verfahren Modellgenauigkeit und Anwendungsgebiete Einflüsse auf die Modellgenauigkeit Oberflächen Benchmark-Tests und User-Parts 166

4 Inhalt XI Vergleichende Betrachtung Entwicklungsziele Folgeprozesse Zielwerkstoff Kunststoff Zielwerkstoff Metall Anwendungen Rapid Prototyping in der industriellen Produktentwicklung Beispiel: Pumpengehäuse Beispiel: Dauerform für Feingußmodelle Beispiel: Büroleuchten Beispiel: Einbauleuchtenfassung Beispiel: Modellbaggerarm Beispiel: Spritzgußform Beispiel: PKW-Innenleuchte Rapid Prototyping Verfahren zur Überprüfung von Rechenverfahren Beispiel: Spannungsanalyse an einem Kipphebel eines LKW Verbrennungsmotors Rapid Prototyping Verfahren in Kunst, Archäologie, Medizin und Architektur Modellbildung in Kunst und Design Beispiel: Computer-Skulptur, Georg Glückman Beispiel: Möbeldesign, Per Toppenberg Modellbildung in der Medizin, Archäologie und Kunstgeschichte Modellbildung in der Medizin Beispiel: Abdeckung eines Schädeldefektes durch ein Titanimplantat Beispiel: Büste der Königin Teje Modellbildung in der Architektur Beispiel: Frauenkirche Dresden Sicherheitsvorschriften und Umweltschutz Gesetzliche Grundlagen für die Herstellung und das Betreiben von Rapid Prototyping Anlagen und zugehörigen Werkstoffen Anmerkungen für Anlagenbetreiber und Anwender von Rapid Prototyping Modellen Gefahren bei der Benutzung von Rapid Prototyping Modellen 233

5 XII Inhalt 6 Aspekte zur Wirtschaftlichkeit Wirtschaftlichkeit des Produktentwicklungszyklus Wirtschaftlichkeit der Rapid Prototyping Verfahren Zur Ermittlung des oder der optimalen Rapid Prototyping Verfahren Zur Ermittlung der Kosten von Rapid Prototyping Verfahren Service Zukünftige Rapid Prototyping Verfahren Direktversintern metallischer Werkstoffe Mehrkomponenten-Pulver Einfluß der Verfahrensparameter auf die Bauteildichte und Festigkeit Einkomponenten-Pulver Einfluß der Verfahrensparameter auf die Bauteilqualität Beispiele: Werkzeugform aus Edelstahl Generieren mit LASER-Strahl Verfahrensprinzip Einfluß der Leistungsdichteverteilung Pulverdüsenkonzepte Pulvereinbringung außeraxial zum LASER-Strahl Pulvereinbringung koaxial zum LASER-Strahl Prozeßregelung Strategien zur Erzeugung verschiedener Bauteilgeometrien Dünnwandige Bauteile Schräge Bauteilkonturen Vollvolumige Bauteile Eigenschaften generierter Bauteile Dichte Festigkeit Härte Oberflächenrauhigkeit Beispiel: Tiefziehwerkzeug 270

6 Inhalt XIII Trademarks 273 Literaturverzeichnis 274 Im Buch verwendete Literatur 274 Empfohlene Literatur 276 Zeitschriften und regelmäßige Publikationen zum Thema Rapid Prototyping 278 Normen oder nonnenähnliche Empfehlungen 278 Sachverzeichnis 279 Anhang 284 Al Werkstofftabellen 284 A2 Maschinendaten 299 A3 Definitionen 310 A4 Abkürzungen 313 A5 Ausgewählte Fachbegriffe der Werkstoffkunde (englisch, deutsch) 319

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