Gestalterische Möglichkeiten und Grenzen mit der Fused Deposition Modeling (FDM)

Transkript

1 Gestalterische Möglichkeiten und Grenzen mit der Fused Deposition Modeling (FDM) Prof. Dr.-Ing. Sung-Won Choi, FH Lübeck

2 Agenda FACHHOCHSCHULE LÜBECK AUSWIRKUNG AUF DIE PRODUKTENTWICKLUNG? EINFLUSSGRÖSSEN GESTALTUNGSREGELN ZUSAMMENFASSUNG

3 DIE FACHHOCHSCHULE LÜBECK Eine Fachhochschule, vier Fachbereiche Angewandte Naturwissenschaften Bauwesen Elektrotechnik und Informatik Maschinenbau und Wirtschaft Studiengänge insgesamt 18 Bachelor 11 Master Online-Studiengänge 2 Bachelor 1 Master Offene internationale Studienangebote 3* Bachelor 3 Master Geschlossene internationale Studienangebote 2** - *) mit Doppelabschluss **) z. Zt. nur für Studierende der East China University of Science and Technology zugänglich

4 Quelle: ( ) DIE FACHHOCHSCHULE LÜBECK Fachbereich M&W Labor Rechneranwendung im Maschinenbau Das RAM-Labor steht für Lehrveranstaltungen sowie Abschlussarbeiten zur Verfügung. Lehrveranstaltungen wie: CAD/CAE (SolidEdge, NX) Computer Aided Techniques in Design Prototyping and Virtual Reality Mechanismentechnik Quelle: ( )

5 Auswirkungen auf die Produktentwicklung?

6 DIE PRODUKTENTWICKLUNG Produktentwicklungsphasen nach Pahl/Beitz... Planen Konzipieren Entwerfen Ausarbeiten Fertigung Grundregeln der Gestaltung: Eindeutig Einfach Sicher Wissen erforderlich über : Extrusionsverfahren Einflussgrößen auf Bauteilqualität Gestaltungsregeln

7 ADDITIVE FERTIGUNG EXTRUSIONSVERFAHREN Verfahrensprinzip

8 ADDITIVE FERTIGUNG EXTRUSIONSVERFAHREN Vor- und Nachteile Gestalterische Freiheiten bzgl. der Geometrie (Fertigung ohne Werkzeuge) Integration von zusätzlichen Funktionalitäten Individuell angepasste Bauteile Fertigung von (beweglichen) Baugruppen möglich geeignet für Büroräumen Oberflächengüte / Treppenstufeneffekt Maß-, Form und Lagetoleranzen Anisotropie Verfügbare Werkstoffe

9 Einflussgrößen

10 50px-Rostock.jpg ( ) DIE EINFLUSSGRÖßEN Extrusionsverfahren Einfluss auf Bauteil Extruder x,y-richung Plattform z-richtung Aufnahme der Objekte Quelle: ( ) Quelle: ( ) Materialzufuhr Verflüssigen des Materials durch Hitze

11 Schichthöhe DIE EINFLUSSGRÖßEN Prozessbedingte Gegebenheiten Luft Treppenstufeneffekt Support Überhang Maß-, Form und Lagetoleranzen

12 DIE EINFLUSSGRÖßEN Anisotropie Quelle: Kirchner K, Jäschke H, Franke H, Vietor T, Grote K (2010). Mechanisch-technologische Eigenschaften generativ gefertigter Bauteile in Abhängigkeit von der Bauteilorientierung. RTejournal - Forum für Rapid Technologie, Vol. 7. (urn:nbn:de: ) ( )

13 DIE EINFLUSSGRÖßEN Anisotropie Konstruktion Faserverbundwerkstoff Quelle: ( ) Quelle: Schürmann, H: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden, Springer, Heidelberg, 2007 Quelle: Prüß H, Vietor T (2015). Neue Gestaltungsfreiheiten durch 3D-gedruckte Faser-Kunststoff-Verbunde. RTeJournal - Fachforum für Rapid Technologie, Vol (urn:nbn:de: ), ( )

14 DIE EINFLUSSGRÖßEN Einflussparameter Bauteilqualität Druckbett Bauraum Extruder Fertigungstoleranzen Umgebungstemperatur Düsendurchmesser Geschwindigkeit Bett-Temperatur Abstand zu Extruder Temperatur-Erstarren Luftfeuchtigkeit Isolation Gestaltung Temperatur Schrittverlust Schichthöhe Materialförderung Fülldichte Bauteilqualität Schmelztemperatur realer Durchmesser STL Export Orientierung Temperatur Flussfaktor Wandstärke Skirt, Raft, Brim Werkstoff Bauteil Druckstrategie

15 Gestaltungsregeln

16 Schichthöhe DIE GESTALTUNGSREGELN Rohdaten? Export als STL Datei Software STL: (Surface Tesselation Language) Software

17 DIE GESTALTUNGSREGELN Triangulation P3 P1 P2 Quelle: ( ) STL Datei: 604KB STL Datei: 4KB Bauteilauflösung vs. Schichthöhe Geometrieabweichung bereits in den Rohdaten Auflösung so hoch wie nötig und so gering wie möglich!

18 DIE GESTALTUNGSREGELN Modi Solid / Sparse Solid Nachbearbeitung ggf. Aufmaß berücksichtigen höhere Festigkeit Sparse Materialeinsparung Leichtbau

19 DIE GESTALTUNGSREGELN Überhänge und bewegliche Baugruppen Supportwerkstoff = Modellwerkstoff teilweise selbsttragend Supportwerkstoff Modellwerkstoff löslich Quelle: ( ) Supportstrukturen verschlechtern die Oberflächengüte möglichst vermeiden z.b. durch geteilte Bauteile, Bauteilorientierung, Umgestaltung

20 DIE GESTALTUNGSREGELN Toleranzen Krümmung Steigung

21 DIE GESTALTUNGSREGELN Quelle: ( ) Quelle: ( )

22 7. LÜBECKER WERKSTOFFTAG IHK ZU LÜBECK Zusammenfassung FDM Verfahren erweiterte Gestaltungsmöglichkeiten Grenzen der Gestaltung Anisotropie Überhänge Treppenstufeneffekt Ursachen von Maßabweichungen Strategien zur Reduzierung der Maßabweichungen

23 VIELEN DANK FÜR DIE AUFMERKSAMKEIT