Rapid Prototyping
Rapid Fragenkatalog
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Nennen Sie zwei RP-Verfahren die mit Lasern arbeiten
SL ( Stereolithographie )
LOM ( Schicht-Laminat-Verfahren)
LS (Lasersintern)
Sie haben die Aufgabe eine Kleinserie von 10 Exemplaren von einer Rückleuchte für einen PKW zu produzieren. Welches Verfahren bzw. welche Verfahrenskette wählen Sie?
Stereolithopgrahie wegen Detaillierung
Vakuumgießen wegen Stückzahl
Transparentes Material
Mit welchem Verfahren können direkt Bauteile hergestellt werden, die über 100°C aushalten? Welche Materialien werden dann verwendet?
SLS, SLM, FDM
PA, ABS, PPSU, PEEK, Metalle (SLM)
Welche Vorteile hat das selektive Lasersintern ggü. der Stereolithographie?
- höhere mechanische und thermische Festigkeit
- keine Stützen
- einstufig!
Nennen Sie je einen Vorteil bzw. Nachteil des Vakuumgießens in Silikonformen
+ Keine Werkzeugkonstruktion
+ Keine Endformschrägen
+ Skalierung
- Beschränkung auf PU-Materialien
- Limitierte Stückzahl
Nennen Sie je einen Vor- und Nachteil von RP-Verfahren
+ schnell
+ Detailreichtum
+ Werkzeuglos
- stufig
- für Serie zu langsam
- teuer (nicht immer)
Welche RP-Verfahren können Sie zur Herstellung metallischer Strukturen verwenden? Nennen Sie ein Verfahren und erläutern Sie die wesentlichen Verfahrensschritte
Sinterverfahren und 3D-Printing
Sinterverfahren: Aufschmelzen metallischer Pulver mittels Laser, Erstarrung nach Abkühlung
Nennen Sie zwei unterschiedliche (RP) Verfahren, die keine Stützstrukturen benötigen. Wie werden die teilfertigen Modelle bei diesen Verfahren gestützt?
SLS: das kompaktierte Pulver stützt das Bauteil
3DP: das lose Pulver stützt das Bauteil
Welcher Nachbearbeitungsschritt (post processing) ist beim 3D Printing notwendig, aber bei keinem anderen generativen Verfahren?
Entfernen aus dem Pulverkuchen
(auch beim Sintern)
Säubern
(auch beim Sintern + FDM)
Infiltrieren
(nur beim 3DP!!)
Wie fertigen Sie ein hochtransparentes Bauteil? Welche generativen oder RP Verfahren setzten Sie dafür ein?
( Durch Abformprozesse, z.B. das Vakuumgießen )
Stereolithographie und PolyJet erlauben den Einsatz
transparenter Materialien !
Nennen Sie je einen Vorteil, einen Nachteil, den das Laser Sinterverfahren ggü. dem 3D Printing hat?
+ Höhere Belastbarkeit
(bessere Oberflächen)
- Langsamer, teurer
Warum benötigen die Formen für das Vakuumgießen keine Auswerfer?
Weil die Formen flexibel sind
Welches oder welche Verfahren sind nicht einsetzbar, wenn man mechanisch belastete Bauteile herstellt?
SL
3DP
LLM
Nennen Sie drei Nachteile, die Verfahren aufweisen, die Stützstrukturen benötigen
Längere Bauzeit
Nachbearbeitung der Oberfläche
Stützen müssen konstruiert und entfernt werden
( aufwendig bei Innenräumern )
Höherer Materialverbrauch
Sie wollen den Prototypen eines Rohrsystems zur Verteilung von warmer Luft zu Heizung eines Fahrzeuges aus Kunststoff herstellen. Nennen Sie drei Kriterien, die ein dafür geeignetes RP Verfahren erfüllen muss.
- Gute thermische Eigenschaften
- Gute mechanische Eigenschaften
- Thermoplaste müssen verarbeitet werden
à SLS
Nennen Sie einen Vorteil, einen Nachteil, die Schicht-Laminatverfahren haben?
+ preiswerte Werkstoffe
+ wirtschaftlich bei massiven Bauteilen
+ sehr schnelle Baugeschwindigkeit
- Anisotropie
- Kein Konstruktionswerkstoff
- Oberflächebeschaffenheit (Stufen)
- unwirtschaftlich bei Hohlkörpern
Wie wird die Trennebene einer Form für das Vakuumgießen festgelegt?
Durch die Form des zu gießenden Bauteils
Die äußere Kontur des BT gibt die Trennebene vor
Abgeklebt durch Klebestreifen
Nennen Sie ein RP-Verfahren, dass Modelle liefert, mit deren Hilfe auch mechanische Test durchgeführt werden können und eines, wo dieses nicht möglich ist. Begründen Sie Ihre Antwort
Lasersintern / Laserschmelzen:
- Fertigung aus Konstruktionswerkstoff
- gute thermische & mechanische Eigenschaften
Schichtlaminatverfahren:
- Anisotropie
- kein Konstruktionswerkstoff
Welche Auswirkungen hat der Klebstoff zwischen den Schichten der Papier- und Kunststoff-Laminat-Verfahren auf die Festigkeit der Bauteile.
Nachteilige Auswirkung:
Der Klebstoff bewirkt deutlich unterschiedliche mechanische und technologische Eigenschaften längs und parallel zur Schnittrichtung
( Ausnahme Diffusions- & ultraschall-geschweißte, metallene, Bauplatten )
Sie haben ein generativ gefertigtes Bauteil, benötigen aber je zwei Bauteile aus unterschiedlichen Materialien und mit unterschiedlichen Farben.
Welches generative Verfahren wählen Sie, wenn Sie kein Abformverfahren wie z.B. Vakuumgießen einsetzen können?
3D Printing,
Farbgebung durch farbige Binder
FDM:
Farbgebung durch farbige Werkstoffe
Materialien:
Papier, Kunststoff, Keramik, Metall
Nennen Sie die 5 Familien der industriellen generativen FertigungsverfahrenNennen Sie die 5 Familien der industriellen generativen Fertigungsverfahren
- Polymerisationsverfahren
(Stereolithography – SL)
- (Laser)Schmelz- und Sinterverfahren
(Laser Melting, Laser Sintering - SLM,SLS)
- Schicht-Laminat Verfahren
(Layer Laminate Manufacturing - LLM)
- Extrusionsverfahren
(Fused Layer Modeling - FLM)
- 3D-Printing
(Three Dimension Printing - 3DP)
Durch welche Merkmale unterscheiden sich die einzelnen Verfahren?
- Art der Schichtgenerierung
- Material, aus dem das Bauteil gefertigt wird
- Art der Verbindung mehrerer Schichten untereinander
- Wie komfortabel der gesamte Prozess per CAD und Steuerrechner bedient werden kann
Beschreiben Sie das Polymerisationsverfahren – Stereolithographie (SL)
Die Modelle entstehen durch lokale Verfestigung eines flüssigen Monomers mittels eines ultravioletten Laserstrahls (Photopolymerisation). Die Kontur des zu generierenden Bauteils wird durch Laser-Scanner-Einheit auf die Oberfläche eines Harzbades gezeichnet. Dort wo der Laserstrahl auftritt polymerisiert (verfestigt) sich das Harz. Nach Verfestigung einer Schicht wird diese mit Hilfe einer Plattform in z-Richtung um eine Schichtdicke verfahren, eine neue Harzschicht aufgetragen und diese wie oben beschrieben polymerisiert.
Charakteristika der Stereolithographie
- Ältestes Verfahren
- Verfahren mit höchsten Detaillierung
- Beste Oberflächen
- Höchste Genauigkeit
- Benötigt Stützen
Bauteil wird nur zu 95% in der Maschine polymerisiert à muss außerhalb der Maschine nachvernetzt und anschließend mit Lösungsmittel gereinigt werden
Beschreiben Sie das Lasersinterverfahren (SLS)
Es werden in einem Pulverbett angeordnete, typischerweise 20-50µm große Partikel (aus Kunststoff, Metall oder Keramik) durch einen Laserstrahl lokal aufgeschmolzen und bilden nach dem Abkühlen eine feste Schicht.
Nach Generierung jeder Schicht wird das Pulverbett um eine Schichtdicke abgesenkt und aus dem Vorratsbehälter eine neue Schicht Material aufgetragen
Das Verfahren benötigt keine Stützen (auser bei Metall)
Charakteristika der Lasersinterverfahren
- geringere Details und größere Rauhigkeit als SL
- aber: stabiler und damit höher belastbar
- Grundlage für SLM Verfahren für die Bearbeitung von Metallen
- innere Hohlräume einfach umsetzbar und evakuierbar, da Pulver
- keine Stützen benötigt (SLM-Verfahren benötigt Stützen!)
Das Bauteil muss nach dem Bauprozess von lose anhaftendem Pulver befreit werden
Beschreiben Sie das Schicht-Laminat Verfahren (LLM)
Die Schichtkonturen werden mittel eines Lasers oder eines Schneidplotters aus Papier ausgeschnitten und automatisch aufeinander geklebt.
Bekanntestes Verfahren: LOM
(Laminated Objekt Manufacturing)
Das Papier (einseitig mit thermisch aktivierbarem Klebstoff in Rollenform) wird über die Bauplattform abgerollt, nicht benötigtes Papier wird auf Gegenseite aufgerollt. Mit beheizter Rolle wird das Papier aufgeklebt und mittels Laser ausgeschnitten.
Beschreiben Sie das Fused Layer Modeling (FLM)
Erzeugung von Modellen durch lokales Anschmelzen und anschließendes Extrudieren thermoplastischer Materialien.
Bekanntestes Verfahren: FDM
(Fused Deposition Modelling)
Ein meist in Drahtform vorliegendes thermoplastisches Material wird in beheizter Düse aufgeschmolzen und durch diese auf das Bauteil extrudiert. Schichtbildung erfolgt durch Wärmeleitung beim Kontakt mit dem schon fertigen Modell. Auch Serienkunststoffe wie ABS können verarbeitet werden.
Farbkombinationen möglich!
Beschreiben Sie das 3D-Printing (3DP) oder Pulver-Binder Verfahren
Stärke- oder Gips-Keramikpulver + wasserbasierter Binder
Der Boden des Vorratsbehälters wird angehoben, die so bereitgestellte Pulvermenge wird mittels einer Walze über den um eine Schichtdicke abgesenkten Boden der Prozesskammer verteilt. Ein über dem Bauraum angeordneter Druckkopf sprüht eine gefärbte Binderflüssigkeit entsprechend der Kontur der zu bauenden Schicht in die Oberfläche des Pulvers.
Dort wo der Binder mit Wasser in Berührung kommt, verklumpt das Modell und bildet eine feste Schicht, während die darunter liegende Pulverschicht unverbunden bleibt und als Stützmaterial dient.
Charakteristika des 3DP
- Modell sehr zerbrechlich
- Muss mit Wachs oder Epoxidharz infiltriert werden
- Nach Infiltrierung gerade mit Epoxidharz: Sehr widerstandsfähig
à kann spanend bearbeitet, geschliffen, lackiert werden
- Maschine ist sehr schnell
- Anschaffung + Betrieb: sehr preiswert
- Oberflächengenauigkeiten relativ schlecht, reicht aber für Konzeptmodelle
- kein Konstruktionswerkstoff
- alle Farben möglich (kontinuierliche Farbgebung)
Überblick alle Verfahren
Übersicht
Abformverfahren/Folgeprozesse
Vakuumgießen
Das Rapid Prototyping Urmuster wird in Silikon eingeformt. Aus der so entstehenden Form können je nach Geometrie ca. 15 geometrisch identische Prototypen aus einer Vielzahl vergießbarer PU-Harze gefertigt werden. Die Anzahl der Prototypen wird lediglich durch wirtschaftliche Überlegungen limitiert.
Anwendungsebenen
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Generische Bezeichnung und Markenname
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Zusammenfassung Folgeverfahren und Abformtechnik
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Warum Folgeverfahren?
Additive Verfahren führen zu einem oder wenigen Bauteilen aus prozessspezifischem Material.
Eine größere Anzahl von Bauteilen, definierten Eigenschaften wie Farbe, Transparenz, Elastizität usw. erzielt man durch Abformtechniken
à generativ gefertigtes Bauteil wird als Urmodell aufgefasst
Prinzip der Trennung der Eigenschaften:
AM: Schnelle Herstellung der geometrisch exakten Urmodells
Abformverfahren: Gewünschte Anzahl und Eigenschaften
Welche Materialien sind zur Zeit für das Laser Sintern industriell verfügbar? Welche Materialien sind grundsätzlich (oder theoretisch) verwendbar?
Polyamid (PA)
Polystyrol (PS)
Sand
Metall
Keramik
Theoretisch alle sich thermoplastisch verhaltenden Werkstoffe
Welches RP-Verfahren kann mit oder ohne Laser realisiert werden?
Schicht-Laminat Verfahren (LLM)
Welche Vorteile hat das im RP am weitesten verbreitete STL-Dateiformat?
- Skalierbarkeit
- Beliebige Veränderung der Anzahl der Dreiecke
- Beliebige Schnitte auch ohne Original CAD System
Auf dem Weg vom digitalen Produktmodell (im Computer) zum physikalischen Modell (aus dem Prototyper) sind drei fundamentale und für alle RP-Verfahren gleiche Schritte zu unternehmen. Welche sind das?
- Zerlegen des digitalen Modells in Schichten gleicher Stärke (virtuell)
- Umsetzen der Einzelquerschnitte in physische Schichten
- Zusammenführung der physischen Einzelschichten zum Bauteil
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- 1 / 50
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Lernkarten
Nennen Sie je einen Vorteil, einen Nachteil, den das Laser Sinterverfahren ggü. dem 3D Printing hat?
+ Höhere Belastbarkeit
(bessere Oberflächen)
- Langsamer, teurer
Warum benötigen die Formen für das Vakuumgießen keine Auswerfer?
Weil die Formen flexibel sind
Welches oder welche Verfahren sind nicht einsetzbar, wenn man mechanisch belastete Bauteile herstellt?
SL
3DP
LLM
Nennen Sie drei Nachteile, die Verfahren aufweisen, die Stützstrukturen benötigen
Längere Bauzeit
Nachbearbeitung der Oberfläche
Stützen müssen konstruiert und entfernt werden
( aufwendig bei Innenräumern )
Höherer Materialverbrauch
Sie wollen den Prototypen eines Rohrsystems zur Verteilung von warmer Luft zu Heizung eines Fahrzeuges aus Kunststoff herstellen. Nennen Sie drei Kriterien, die ein dafür geeignetes RP Verfahren erfüllen muss.
- Gute thermische Eigenschaften
- Gute mechanische Eigenschaften
- Thermoplaste müssen verarbeitet werden
à SLS
Nennen Sie einen Vorteil, einen Nachteil, die Schicht-Laminatverfahren haben?
+ preiswerte Werkstoffe
+ wirtschaftlich bei massiven Bauteilen
+ sehr schnelle Baugeschwindigkeit
- Anisotropie
- Kein Konstruktionswerkstoff
- Oberflächebeschaffenheit (Stufen)
- unwirtschaftlich bei Hohlkörpern
Wie wird die Trennebene einer Form für das Vakuumgießen festgelegt?
Durch die Form des zu gießenden Bauteils
Die äußere Kontur des BT gibt die Trennebene vor
Abgeklebt durch Klebestreifen
Nennen Sie ein RP-Verfahren, dass Modelle liefert, mit deren Hilfe auch mechanische Test durchgeführt werden können und eines, wo dieses nicht möglich ist. Begründen Sie Ihre Antwort
Lasersintern / Laserschmelzen:
- Fertigung aus Konstruktionswerkstoff
- gute thermische & mechanische Eigenschaften
Schichtlaminatverfahren:
- Anisotropie
- kein Konstruktionswerkstoff
Welche Auswirkungen hat der Klebstoff zwischen den Schichten der Papier- und Kunststoff-Laminat-Verfahren auf die Festigkeit der Bauteile.
Nachteilige Auswirkung:
Der Klebstoff bewirkt deutlich unterschiedliche mechanische und technologische Eigenschaften längs und parallel zur Schnittrichtung
( Ausnahme Diffusions- & ultraschall-geschweißte, metallene, Bauplatten )
Sie haben ein generativ gefertigtes Bauteil, benötigen aber je zwei Bauteile aus unterschiedlichen Materialien und mit unterschiedlichen Farben.
Welches generative Verfahren wählen Sie, wenn Sie kein Abformverfahren wie z.B. Vakuumgießen einsetzen können?
3D Printing,
Farbgebung durch farbige Binder
FDM:
Farbgebung durch farbige Werkstoffe
Materialien:
Papier, Kunststoff, Keramik, Metall
