Additive ManufacturingWas ist das Verfahren?
Additive Manufacturing Die additive Fertigung oder (AM) ist eine innovative Methode der industriellen Produktion, die mehr Flexibilität und Effizienz als herkömmliche Verfahren bietet. Die additive Fertigung wird oft mit dem 3D-Druck allein verwechselt, umfasst aber letzteren als einen ihrer vielen Schritte.
Step Die Grundlagen derAdditive Manufacturing
1. Modell-Erstellung CAD
CAD Die erste Stufe des AM-Prozesses besteht in der Erstellung eines 3D-Modells mit Hilfe einer Software (Computer-Aided Design). Alternativ kann das 3D-Modell auch durch 3D-Scannen erstellt werden.
2. Vorbereitung der Datei STL
CAD STL Das Modell wird dann in ein Standardformat für den Druck umgewandelt: die Datei (Stereolithographie). Dieses Format verwendet Polygone, hauptsächlich Dreiecke, um die Oberfläche des Objekts zu beschreiben.
3. Maschineneinstellungen
STL slicing G-codeDie Datei wird in ein Programm importiert, das sie in eine Sprache umwandelt, die von CNC-Maschinen (Computer Numerical Control) verwendet wird. In dieser Phase werden die Druckparameter eingestellt, um die Qualität zu optimieren, Fehler zu reduzieren, den Materialabfall zu minimieren und die erforderlichen Medien zu erzeugen.
4. 3D-Druck
Für den 3D-Druck werden je nach Druckverfahren verschiedene CNC-Maschinen eingesetzt. Eine gründliche Kenntnis der Maschine ist für eine genaue Kalibrierung unerlässlich.
5. Post-Processing
Nach dem Druck wird das Objekt aus der Maschine entnommen und muss möglicherweise weiter bearbeitet werden, um die gewünschte Qualität zu erreichen.Fused Deposition Modeling So müssen beispielsweise bei FDM-Drucken ( ) die Medien entfernt werden, während bei SLA-Drucken (Stereolithographie) eine UV-Behandlung erforderlich ist, um die Harzpolymerisation abzuschließen.
Arten von Additive Manufacturing
layer Die additiven Fertigungstechnologien unterscheiden sich hauptsächlich durch die Methode zur Erstellung des Drucks.
Additive Manufacturing Im Jahr 2010 formulierte die ASTM-Gruppe(American Society for Testing and Materials) mit dem F42 Committee on Additive Manufacturing Technologies eine Reihe von Standards, die das Spektrum der additiven Fertigungsverfahren in 7 Kategorien einteilen(ASTM F2792-12a, Standard Terminology for Technologies , (Withdrawn 2015), ASTM International, West Conshohocken, PA, 2012, www.astm.org):
1. Binder Jetting
Binder Jetting ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem ein flüssiges Bindemittel selektiv auf ein Pulverbett aufgebracht wird, um Partikel zu verbinden und feste Schichten zu bilden.
Diese Methode wird für Materialien wie Metalle, Sande und Keramiken verwendet.
Binder Jetting Zu den wichtigsten Merkmalen gehören:
- Hohe Produktionsgeschwindigkeit
- Möglichkeit der Verwendung einer breiten Palette von Werkstoffen
- Geringe Dichte der fertigen Teile, die zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit nachbehandelt werden müssen
2. Gerichtete Energieabscheidung (DED)
Bei der gerichteten Energieabscheidung (Directed Energy Deposition, DED) wird eine fokussierte thermische Energiequelle, z. B. ein Laser, ein Elektronenstrahl oder ein Plasmalichtbogen, verwendet, um die Materialien beim Abscheiden zu schmelzen.
Dieses Verfahren eignet sich besonders für Reparaturen und Materialergänzungen an bestehenden Bauteilen.
Zu den Vorteilen des DED gehören:
- Möglichkeit der Reparatur beschädigter Teile
- Herstellung von Bauteilen mit mehreren Werkstoffen
- Hohe Materialdichte und -qualität
3. Material-Extrusion
Fused Deposition Modeling Bei der Materialextrusion, allgemein bekannt als FDM, wird ein thermoplastisches Material durch eine beheizte Düse extrudiert, die das Material Schicht für Schicht aufträgt.
Diese Methode ist aufgrund ihrer Einfachheit und geringen Kosten eine der beliebtesten.
Zu den Vorteilen der Materialextrusion gehören:
- Breite Verfügbarkeit von Materialien
- Niedrige Kosten für Ausrüstung und Wartung
- Leichte Handhabung und Zugänglichkeit
4. Materialstrahlverfahren
Beim Material Jetting werden selektiv Materialtröpfchen, z. B. Fotopolymere und Wachs, aufgetragen, die anschließend verfestigt werden.
Dieses Verfahren bietet hohe Präzision und eine ausgezeichnete Oberflächengüte.
Die wichtigsten Merkmale des Material Jetting sind:
- Hohe Präzision und Detailgenauigkeit
- Möglichkeit der gleichzeitigen Verwendung mehrerer Materialien
- post-processing Hochwertiges Oberflächenfinish ohne großen Aufwand
5. Pulverbettfusion
Selective Laser Sintering Das Pulverbettschmelzen umfasst Technologien wie SLS und DMLS, bei denen ein Laser- oder Elektronenstrahl selektiv Pulverpartikel aufschmilzt, um feste Schichten zu bilden.
Dieses Verfahren ist ideal für metallische und thermoplastische Werkstoffe.
Zu den Vorteilen des Pulverbettschmelzens gehören:
- Hohe Dichte und mechanische Festigkeit der Bauteile
- Geometrische Freiheit und Komplexität des Designs
- Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, der Medizin und der Automobilindustrie
6. Blechkaschierung
Bei der Blechkaschierung werden Materialblätter geschnitten und miteinander verbunden, um ein dreidimensionales Objekt zu bilden.
Bei diesem Verfahren können Materialien wie Papier, Polymere und Metalle verwendet werden.
Die wichtigsten Merkmale der Folienkaschierung sind:
- hohe Produktionsgeschwindigkeit
- niedrige Materialkosten
- Möglichkeit der Herstellung großer Objekte
7. Photopolymerisation (Wannen-Photopolymerisation)
Bei der Photopolymerisation, auch bekannt als Stereolithographie (SLA), wird ein flüssiges Photopolymer in einem Tank verwendet, das mit UV-Licht selektiv polymerisiert wird.
Diese Methode ist bekannt für ihre hohe Auflösung und Oberflächenqualität.
Zu den Vorteilen der Photopolymerisation gehören:
- Sehr hohe Präzision und Detailgenauigkeit
- Ausgezeichnete Oberflächengüte
- Ideal für ästhetische Prototypen und detaillierte Modelle
additive manufacturing In einem 2019 in Nanocomposites veröffentlichten Artikel der Gruppe "NUS Centre for Nanofibers and Nanotechnology", Department of Mechanical Engineering, finden wir einen interessanten Überblick [Anmerkung1].
Insbesondere die folgende Tabelle listet die verschiedenen additiven Fertigungstechnologien auf, die wir gerade gesehen haben, mit den grundlegenden Prinzipien und typischen Methoden.
Abbildung © https://doi.org/10.1080/20550324.2018.1558499
Eine Illustration einiger additiver Fertigungsverfahren hier:
Abbildung © https://doi.org/10.1080/20550324.2018.1558499
Vorteile der additiven Fertigung
Die additive Fertigung bietet zahlreiche Vorteile gegenüber den traditionellen Verfahren:
1. Geschwindigkeit
Der 3D-Druck ermöglicht die Herstellung von Prototypen in nur wenigen Stunden und beschleunigt so den Produktentwicklungszyklus.
2. Einstufige Produktion
Verringert die Fertigungszwänge und ermöglicht die Herstellung komplexer Objekte ohne spezielle Werkzeuge.
3. Kostenreduzierung
Einsparung von Betriebs-, Rohstoff- und Arbeitskosten, insbesondere bei kleinen Produktionsmengen.
4. Risiko- und Ausschussreduzierung
Ermöglicht eine schnelle Überprüfung und Änderung von Entwürfen, wodurch Kosten und Entwurfszeit gesenkt und der Materialabfall minimiert werden.
5. Kundenspezifische Anpassung
Bietet die Möglichkeit, Einzelstücke oder Kleinserien zu produzieren, um spezifische Kundenanforderungen zu erfüllen.
Fazit
Additive Manufacturing stellt eine Revolution in der industriellen Produktion dar und bietet erhebliche Vorteile in Bezug auf Flexibilität, Geschwindigkeit und Kostenreduzierung. Es ist jedoch unerlässlich, den Einzelfall sorgfältig zu prüfen, um festzustellen, ob diese Technologie die am besten geeignete Lösung ist, da in einigen Fällen die traditionellen Methoden vorzuziehen sein können.
[Anmerkung 1] A. Additive manufacturing Sandeep Kranthi Kiran, Jagadeesh Babu Veluru, Sireesha Merum, A.V. Radhamani, Mukesh Doble, T. S. Sampath Kumar & Seeram Ramakrishna (2019): technologies: an overview of challenges and perspective of using electrospraying, Nanocomposites. DOI: https://doi.org/10.1080/20550324.2018.1558499
