Kleinklasse_Woche_13 Flashcards
(18 cards)
Wie kann 3D-Printing definiert werden und wie steht es im Vergleich zu subtraktiven und Gussverfahren?
Gussverfahren?
- Der 3D-Druck ist ein Verfahren, bei dem Material Schicht für Schicht aufgetragen und so dreidimensionale Gegenstände erzeugt werden.
- Dabei erfolgt der schichtweise Aufbau computergesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach vorgegebenen Maßen und Formen (siehe CAD).
- Beim Aufbau finden physikalische oder chemische Härtungs- oder Schmelzprozesse statt.
- Typische Werkstoffe für das 3D-Drucken sind Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken und Metalle. Inzwischen wurden auch Carbon- und Graphitmaterialien für den 3D-Druck von Teilen aus Kohlenstoff entwickelt.
Additive Manufacturing vs. 3D-Printing
3D-Printing ist der in der Öffentlichkeit bekanntere Begriff und hat sich inzwischen auch als Fachbegriff etabliert. Der ursprüngliche und immer noch gültige Fachbegriff ist Additive Manufacturing (Additive Fertigung). Solche Verfahren existieren schon seit den 80er-Jahren, auch wenn sich die Verfahren erst ab den 2000er deutlich verbreitet haben.
Additive Manufacturing steht Subtractive Processes gegenüber, welches die traditionellen Verfahren umfasst, bei welchen ein Materialblock solange abgetragen wird, bis er die gewünschte Form hat z.B. über Zerspanen/Fräsen, Bohren oder Schneiden.
3D-Printing als Single Step Manufacturing
Oben der idealisierte Produktionsablauf bei 3D-Druck, unten am Beispiel von CNC-Fräsen die vielen erforderlichen Schritte
3D-Printing vs. CNC
3D Printing:
- kleinere Grenzkosten (hohe Stückzahl)
- geringere Geschwindigkeit
- aber rascher vom Modell zum Objekt
CNC:
- höhere Kosten
- höhere Genauigkeit
- mehr Materialverbrauch
Gussverfahren vs. 3D-Printing
Pro:
- sehr günstig bei Massenproduktion
- Kunststoffteile können schneller hergestellt werden als bei 3D-Druck
Contra:
- Nicht direkt vom 3D-Modell zur Produktion, es muss zuerst eine Gussform erstellt werden
- Gussformen sind zeitaufwändig und teuer
- Hohe Fixkosten (bei geringer Stückzahl sehr teuer)
Stückzahlen-Abhängigkeiten der Verfahren
Auffallend, die geringen Grenzkosten bei 3D-Druck im Vergleich zu Gussverfahren als auch, dass nur bei geringen Stückzahlen gleichartiger Teile die Kosten bei 3D-Druck geringer sind als bei anderen Verfahren
Zusammenfassender Vergleich
3D-Druck für kleine Stückzahlen und grosser Komplexität der Teile
- CNC für eher kleinere Stückzahlen (250-500) in nicht zu hoher Komplexität
- Feinguss und Spritzguss für sehr hohe Stückzahlen mit nicht zu hoher Komplexität
Welche 3D-Printing-Technologien gibt es und wieso so viele?
- Aufbau durch Polymerisation
- Aufbau durch Verkleben
- Aufbau durch Verschmelzen
Material Extrusion: Fused Deposition Modeling (FDM)
- Ähnlich wie Zahnpasta aus einer Tube
- Material durch eine Düse auf eine Bauplatte
- Düse folgt einem vorgegebenen Schichtaufbau
- die am weitesten verbreitete 3D-Drucktechnologie FDM fertigt Teile mit Schnüren aus thermoplastischem Vollmaterial, das in einer Form vorliegt. Der Faden wird durch eine beheizte Düse geschoben, wo er geschmolzen wird. Der Drucker bewegt die Düse kontinuierlich umher und legt geschmolzenes Material an genau festgelegten Stellen ab. Wenn das Material abkühlt, erstarrtes und baut das Teil Schicht für Schicht auf.
VAT Polymerization: Stereolithography (SLA)
- SLA verwendet eine Bauplattform, die in einen lichtdurchlässigen, mit flüssigem Photopolymerharz gefüllten Tank eingetaucht ist.
- Sobald die Bauplattform eingetaucht ist, bildet ein Einpunktlaser innerhalb der Maschine eine Querschnittsfläche einer Konstruktion durch den Boden des Behälters ab, die das Material verfestigt.
- Nachdem die Schicht durch den Laser abgebildet und verfestigt wurde, hebt
- sich die Plattform ab und lässt eine neue Harzschicht über dem Bauteil fließen.
- Dieser Vorgang wird Schicht für Schicht wiederholt, um ein festes Teil herzustellen.
- Teile werden dann mit UV-Licht nachgehärtet.
Powder Bed Fusion: Selective Laser Sintering (SLS)
- Eine Laser Sintering Maschine trägt eine Schicht Plastikpulver auf eine Bauplattform auf.
- Diese wird mit Hilfe eines Lasers (oder mehreren Lasern) geschmolzen.
- Die Bauplattform wird abgesenkt und die nächste Schicht Plastikpulver wird aufgetragen. Durch Wiederholung des Vorgangs der schichtweisen Pulverauftragung sowie der selektiven Schmelzung werden die Teile im Pulverbett aufgebaut.
- Laser Sintering benötigt keine Stützstrukturen.
- Die Teile liegen im nicht geschmolzenen Plastikpulver. Daher kann das gesamte Bauvolumen mit mehreren Teilen aufgefüllt werden, inklusive Stapeln und Verschachteln von Teilen.
Vor- und Nachteile FDM
\+ Standardkunststoffe nachbearneitbar \+ gute mechanische Eigenschaften \+ am günstigsten - anisoptrop in z-Richtung - Stufenstruktur auf Oberfläche/ungenau
Vor- und Nachteile SLA
\+ auch grosse Teile (ca. 2m) \+ viele verschiedenartige Materialien \+ feine Details/hohe Oberflächengüte - nicht zeibeständig - teuer und Bauprozess langsam
Vor- und Nachteile SLS
+ mehr Materialien als FDM
+ keine Stützstrukturen
+ exzellente Matrialeigenschaften
Anwendungsweise FDM
Prototypen für Form-/Pass- und Funktionstests, Hilfsteile (Schablonen & Co.), (Kleinserien in Standardmaterialien)
Anwendungsweise SLA
Prototypen für Form-/Pass- und teilweise Funktionstests mit speziellen Materialien, Urmodelle/Formen
Anwendungsweise SLS
dito FDM, aber definitiv auch Kleinserien
Einsatzgebiete kennen im Unterschied zu traditionellen Fertigungsverfahren
Siehe Zusammenfassung Seite 95
