Dieses Assignment befasst sich mit konventioneller und additiver Fertigungstechnik. Hierbei wird das additive Verfahren beschrieben und derzeit verfügbare Umsetzungen aufgezeigt. Ebenso werden die additiven Verfahren den konventionellen Verfahren gegenübergestellt und bewertet.
Die frühsten Patente auf additive Fertigungsverfahren entstanden bereits in den 80er Jahren des vergangenen Jahrhunderts. Zu dieser Zeit waren die Verfahren jedoch aufgrund der fehlenden informationstechnischen Kapazitäten noch sehr eingeschränkt. Als sich gegen Ende des Jahrhunderts die Informations- und auch die Lasertechnik deutlich weiterentwickelte, wurden die additiven Fertigungsverfahren ebenfalls stark weiterentwickelt und neue Verfahren erschaffen. Gleichzeitig kam es zu ersten Einsatzbereichen, insbesondere im Automobil- und Luftfahrtbereich. Heute, 30 Jahre später, ist additive Fertigung ein weit bekanntes jedoch nur selten genutztes Fertigungsverfahren.
In der Ausarbeitung werden daher die Systematik und Eigenschaften sowie der grundsätzliche Ablauf von additiver Fertigung aufgezeigt. Weiter wird auf die Unterschiede, also auf die Vor- und Nachteile, gegenüber konventioneller Fertigung eingegangen, (potenzielle) Anwendungsbereiche aufgezeigt und die Lebensdauer der Werkstücke betrachtet. Die Arbeit schließt mit einer Rekapitulation und einem Ausblick. Dadurch soll ein umfassender, ausreichend detaillierter Überblick über die additive Fertigung und deren Potenzial gegeben werden, wodurch sich der Autor, und andere, diese Technologie näherbringen und sie als mögliche Lösung für künftige fertigungstechnische Herausforderungen wahrnehmen soll.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 RELEVANZ
2. Definition “Additive Fertigung”
2.1 GRUNDPRINZIP UND DEFINITION VON ADDITIVER FERTIGUNG
2.2 ABGRENZUNG ZU KONVENTIONELLEN FERTIGUNGSTECHNIKEN
3. Ausprägungsarten
3.1 SYSTEMATIK ADDITIVER FERTIGUNGSVERFAHREN
3.2 VERWENDBARE WERKSTOFFE
3.3 GENAUIGKEIT DER VERFAHREN
4. Herstellprozess eines generativ hergestellten Werkstücks
5. Vor- und Nachteile additiv gefertigter Werkstücke
5.1 KONSTRUKTION UND HERSTELLUNG
5.2 ANWENDUNG UND NUTZUNG
6. Anwendungsbereiche
7. Bewertung der Lebensdauer gegenüber konventionell gefertigter Werkstücke
8. Zusammenfassung
9. Ausblick und Abschlussbetrachtung
10. Anhang
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, einen umfassenden und detaillierten Überblick über die additive Fertigungstechnik zu geben, deren Potenzial aufzuzeigen und sie als technologische Lösung für zukünftige fertigungstechnische Herausforderungen zu evaluieren. Die Forschungsfrage konzentriert sich darauf, wie sich additive Verfahren von konventionellen Methoden unterscheiden, welche Vor- und Nachteile sie bieten und wie ihre Lebensdauer im Vergleich zu konventionell gefertigten Bauteilen einzustufen ist.
- Systematische Einordnung additiver Fertigungsverfahren und ihrer Grundprinzipien.
- Analyse der konstruktiven Freiheiten sowie der fertigungstechnischen Limitationen.
- Untersuchung von Lebensdauer und mechanischen Kennwerten additiver Bauteile.
- Darstellung von Anwendungsbereichen in Industrie, Medizin und Forschung.
- Bewertung des aktuellen Stands der Technologiereife im Hinblick auf ökologische und ökonomische Faktoren.
Auszug aus dem Buch
Konstruktion (CAD)
Das zu fertigende Werkstück muss vollständig durch ein 3D-Modell beschrieben werden. Wichtig ist hierbei, dass das Modell ein Solid, also ein ausgefülltes Modell, ist und nicht durch ein Flächenmodell erzeugt wurde. Beim Reverse-Engineering, auch als eine Art Nachbau zu verstehen, wird ein vorhandenes Bauteil mittels 3D-Scannern erfasst und anschließend zu einem soliden 3D-Modell transformiert. Generell sollte die Konstruktion des Werkstücks bereits die additive Fertigung berücksichtigen, da sich die Konstruktionsprinzipien dieser Werkstücke deutlich von konventionell hergestellten unterscheiden und bspw. bionische Ansätze besser berücksichtigt werden können (siehe hierzu u.a. Poll 2019).
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Dieses Kapitel führt in die Thematik der konventionellen und additiven Fertigung ein und erläutert die Relevanz der Arbeit im Kontext aktueller technischer Entwicklungen.
2. Definition “Additive Fertigung”: Hier wird das Grundprinzip der schichtweisen Fertigung definiert und die Abgrenzung zu subtraktiven sowie umformenden konventionellen Fertigungsverfahren vorgenommen.
3. Ausprägungsarten: Dieses Kapitel systematisiert die additiven Fertigungsverfahren, analysiert die verfügbaren Werkstoffgruppen und beleuchtet die Genauigkeit der verschiedenen Technologien.
4. Herstellprozess eines generativ hergestellten Werkstücks: Hier wird der gesamte Prozessablauf von der CAD-Konstruktion bis zum fertigen Werkstück anhand eines generischen Modells sowie beispielhaft am SLS-Verfahren dargestellt.
5. Vor- und Nachteile additiv gefertigter Werkstücke: Dieses Kapitel analysiert die Vor- und Nachteile hinsichtlich Konstruktion, Herstellung sowie Anwendung und beleuchtet energetische und ökonomische Aspekte.
6. Anwendungsbereiche: Hier werden die Hauptanwendungsbereiche Rapid Prototyping, Rapid Tooling und Rapid Manufacturing in verschiedenen Industriezweigen detailliert aufgelistet.
7. Bewertung der Lebensdauer gegenüber konventionell gefertigter Werkstücke: Dieses Kapitel vergleicht die Lebensdauer und Ermüdungseigenschaften additiv gefertigter Bauteile mit konventionellen Pendants unter Berücksichtigung verschiedener Fertigungsparameter.
8. Zusammenfassung: Dieses Kapitel fasst die wesentlichen Erkenntnisse der vorangegangenen Abschnitte zur Definition, Prozesskette und Leistungsfähigkeit der additiven Fertigung zusammen.
9. Ausblick und Abschlussbetrachtung: Hier wird ein Resümee gezogen und das Potenzial additiver Verfahren im Hinblick auf zukünftige Entwicklungen und Forschungsschwerpunkte diskutiert.
10. Anhang: Der Anhang bietet eine tabellarische Kurzerklärung der verschiedenen AM-Verfahren sowie das Literaturverzeichnis.
Schlüsselwörter
Additive Fertigung, Additive Manufacturing, Generative Fertigung, 3D-Druck, Rapid Prototyping, Rapid Tooling, Rapid Manufacturing, Schichtbauweise, Mechanische Eigenschaften, Lebensdauer, Konstruktion, Werkstoffkunde, Prozesskette, FDM, SLS.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der additiven Fertigungstechnik im Vergleich zu konventionellen Verfahren wie der Zerspanung oder dem Umformen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Publikation?
Die zentralen Themen umfassen die Systematik der Fertigungsverfahren, den typischen Prozessablauf, die konstruktiven Vorteile, die Werkstoffpalette sowie die mechanische Leistungsfähigkeit additiv gefertigter Bauteile.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es, ein tiefgreifendes Verständnis für die additive Fertigung zu schaffen und deren Potenzial als Lösung für moderne Anforderungen in der Produktion zu bewerten.
Welche wissenschaftliche Methode wurde für die Arbeit verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer fundierten Literaturanalyse unter Einbeziehung aktueller Studien und Fachbücher, um den Stand der Technik und aktuelle Forschungsergebnisse objektiv gegenüberzustellen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden neben der Definition und Systematik insbesondere die Prozessschritte, die konstruktiven Möglichkeiten sowie der detaillierte Vergleich der Lebensdauer additiver Bauteile gegenüber konventionell gefertigten Teilen behandelt.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Additive Manufacturing, Generative Fertigung, Rapid Manufacturing, mechanische Eigenschaften und Prozessoptimierung sind die zentralen Begriffe der Arbeit.
Warum ist die Unterscheidung zwischen "Rapid Prototyping" und "Rapid Manufacturing" wichtig?
Die Differenzierung ist wesentlich, da sie primär über die Stückzahl definiert ist – während Prototyping meist auf Einzelstücke abzielt, fokussiert Manufacturing auf die Serienproduktion.
Welche Rolle spielt die thermische Nachbehandlung für die Lebensdauer?
Die thermische Nachbehandlung, wie zum Beispiel „hot isostatic pressure“ (HIP), ist oft entscheidend, um bei additiv gefertigten Bauteilen die notwendigen Lastzyklengrenzen und mechanischen Festigkeiten zu erreichen.
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- Marvin Heyse (Author), 2020, Additive Fertigungstechnik. Eigenschaften, Ablauf und Gegenüberstellung zur konventionellen Fertigung, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/594733
