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E-Book

3D-Drucken

Grundlagen und Anwendungen des Additive Manufacturing (AM)

AutorAndreas Gebhardt, Julia Kessler, Laura Thurn
VerlagCarl Hanser Fachbuchverlag
Erscheinungsjahr2016
Seitenanzahl234 Seiten
ISBN9783446448452
FormatPDF/ePUB
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis39,99 EUR

Additive Manufacturing (AM) ist der weltweit genormte Begriff für die Fertigungstechnik der Schichtbauverfahren, die als Rapid Prototyping Ende der 1980er-Jahre bekannt wurden und ihren Siegeszug durch alle Branchen angetreten haben. AM ist heute nicht nur ein unverzichtbares Werkzeug zur direkten digitalen Herstellung von Modellen und Prototypen, sondern auch ein Fertigungsverfahren zur Produktion von Endprodukten aus Kunststoff und Metall sowie zur Herstellung von Werkzeugen, Lehren und Formen.
Mit der Vorstellung kleiner und preiswerter Maschinen und dem Vordringen des AM in private Bereiche hat sich der Begriff 3D-Drucker (dreidimensionaler Drucker), 3D Printer, einfach Drucker oder Printer, häufig auch Fabber (von Fabricator; der etwas herstellt) durchgesetzt. Alle Welt spricht daher heute nur noch vom Drucken, wenn es die Anwendung von AM meint. Am anderen Ende der Skala entwickeln sich Industrial Printer zur Serienfertigung individueller Produkte und läuten die Industrialisierung des 3D-Druckens ein.
Das Buch befasst sich mit diesen technischen Aspekten des 3D-Druckens, aber auch mit seinen Auswirkungen auf eine veränderte Methode der Herstellung und damit verbundene Aspekte einer neuen Art der Organisation von Produktion.
Das Buch wendet sich an alle, die mehr über die AM Technologie oder das 3D-Drucken wissen wollen, um die gesamte Breite vom Anschauungsmodell bis zum komplexen, aus Metall gesinterten Produkt kennen zu lernen. Es ist für Studierende, aber auch für Praktiker geeignet und vermittelt schnell und anschaulich die wesentlichen Fakten.

Dr.-Ing. Andreas Gebhardt studierte an der technischen Hochschule Aachen Maschinenbau mit dem Schwerpunkt Motoren- und Turbinenbau. Nach Stationen als Geschäftsführer in der mittelständischen Wirtschaft wurde er zum Sommersemester 2000 als Professor für Hochleistungsverfahren der Fertigungstechnik und Rapid Prototyping an die Fachhochschule Aachen berufen. Dort leitet er eine Forschergruppe und Labore zum Lasersintern von Metallen (SLM Verfahren), Polymerdrucken, 3D-Drucken (Pulver-Binder Verfahren), Extrusionsverfahren (FDM) und zum Einsatz unterschiedlicher Fabber. Seit dem Wintersemester 2000 ist Andreas Gebhardt Gastprofessor am City College der City University New York. 2004 gründete er das RTeJournal (www.rtejournal.de), eine 'open-access' online-Zeitschrift für Rapid Technology und ist dessen Herausgeber.

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Leseprobe

- Grundlagen, Definitionen und Anwendungsebenen
- Schichtbauverfahren/3D-Druckprozesse
- Anwendungen aus vielen Branchen
- Konstruktionsprinzipien und Entwicklungsstrategien
- Customization und Cloud Production
- Materialien, Gestaltungsrichtlinien und Qualitätsaspekte
- Glossar: Begriffe und Abkürzungen

Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort6
Danksagung8
Über die Autoren10
Inhaltsverzeichnis14
1Grundlagen der 3D-Druck-Technologie18
1.1?Grundbegriffe und Definitionen19
1.1.1?Additive Fertigungsverfahren19
1.1.2?Prinzip der Schichtbauverfahren20
1.2?Anwendungsebenen23
1.2.1?Direkte Prozesse25
1.2.1.1?Rapid Prototyping25
1.2.1.2?Rapid Manufacturing29
1.2.1.3?Rapid Tooling31
1.2.2?Indirekte Prozesse36
1.2.2.1?Indirect Prototyping36
1.2.2.2?Indirect Tooling39
1.2.2.3?Indirect Manufacturing42
1.3?Maschinenklassen für die additive Fertigung44
1.3.1?Generische Bezeichnung für AM-Maschinen45
1.3.2?Maschinenklassen und Bauteileigenschaften47
1.4?Schlussfolgerungen48
1.5?Fragen49
2Additive Fertigungs­verfahren/3D-Drucken52
2.1?Direkte additive Verfahren52
2.1.1?Polymerisation55
2.1.1.1?Laser-Stereolithographie (LS)56
2.1.1.2?Polymerdruckverfahren und Thermojet-Drucken (Polymerjetting)59
2.1.1.3?Digital Light Processing/Lampen-Masken-Verfahren61
2.1.1.4?Mikro-Stereolithographie62
2.1.2?Sintern und Schmelzen62
2.1.2.1?Lasersintern/Selektives Lasersintern (LS – SLS)63
2.1.2.2?Laserschmelzen/Selektives Laserschmelzen (SLM)66
2.1.2.3?Elektronenstrahl-Schmelzen68
2.1.3?Extrusion/Fused Layer Modeling68
2.1.4?Pulver-Binder-Verfahren72
2.1.4.1?3D Printer – 3D Systems/Z-Corporation72
2.1.4.2?Metall und Formsand Printer – ExOne75
2.1.4.3?3D-Drucksystem – Voxeljet76
2.1.5?Layer Laminate Manufacturing (LLM)77
2.1.5.1?Laminated Object Manufacturing (LOM)77
2.1.5.2?Selective Deposition Lamination (SDL)79
2.1.5.3?LLM Maschinen für Metallteile80
2.1.6?Hybridverfahren81
2.1.6.1?Metallpulverauftragsverfahren (MPA)81
2.1.6.2?Direct Metal Deposition (DMD)82
2.1.6.3?Extrudieren und Fräsen – Big Area Additive Manufacturing (BAAM)83
2.1.7?Weitere Verfahren84
2.1.7.1?Aerosolprinting84
2.1.7.2?Bioplotter86
2.2?Indirekte Verfahren – Folgeprozesse86
2.3?Schlussfolgerung88
2.4?Fragen88
3Die additive Prozess­kette und Maschinen für die Fertigung92
3.1?Datenfluss und Prozessketten92
3.1.1?Allgemeine AM-Prozesskette92
3.1.1.1?Prozesskette Rapid Prototyping94
3.1.1.2?Prozesskette Rapid Manufacturing96
3.1.2?Datenstrukturen und Fehlerbehebung97
3.2?Maschinen für die additive Fertigung101
3.2.1?Personal Printer102
3.2.1.1?Fabber – Do-it-yourself103
3.2.1.2?Desktop Printer105
3.2.2?Professional Printer108
3.2.3?Production Printer109
3.2.4?Industrial Printer112
3.3?Schlussfolgerungen und Ausblick115
3.4?Fragen115
4Anwendungen der additiven Fertigung118
4.1?Automobilindustrie und Zulieferer119
4.1.1?Automobilkomponenten – Interieur119
4.1.2?Automobilkomponenten – Exterieur122
4.2?Luftfahrtindustrie124
4.3?Konsumgüter126
4.4?Spielzeugindustrie131
4.5?Kunst und Kunstgeschichte133
4.6?Formenbau (Rapid Tooling)136
4.7?Medizintechnik138
4.8?Architektur und Landschaftsgestaltung143
4.9?Verschiedene Anwendungen148
4.9.1?Mathematische Funktionen148
4.9.2?3D-Dekorationsobjekte und Ornamente149
4.9.3?Aerodynamische und Freiformobjekte149
4.10?Schlussfolgerungen151
4.11?Fragen151
5Perspektiven und Strategien additiver Fertigung156
5.1?Potenziale additiver Herstellungsverfahren156
5.1.1?Komplexe Geometrien158
5.1.2?Integrierte Geometrie160
5.1.3?Integrierte Funktionalität162
5.1.4?Multi-Material-Bauteile und Gradientenmaterialien168
5.2?Strategien additiver Herstellungsverfahren172
5.2.1?Individualisierte Massenfertigung173
5.2.1.1?Einzelstücke und Kleinserienproduktion173
5.2.1.2?Individualisierung174
5.2.1.3?Personalisierung177
5.2.2?Persönliche Produktion181
5.2.3?Verteilte individualisierte Produktion183
5.3?Schlussfolgerungen183
5.4?Fragen184
6Materialien und Konstruktion188
6.1?Materialien189
6.1.1?Anisotrope Eigenschaften191
6.1.2?Isotrope Grundmaterialien193
6.1.2.1?Kunststoffe194
6.1.2.2?Metalle198
6.1.2.3?Keramische Materialien200
6.1.2.4?Kompositwerkstoffe201
6.1.2.5?Weitere Materialien202
6.1.2.5.1?Beton202
6.1.2.5.2?Carbon202
6.1.2.5.3?Lebensmittel202
6.1.3?Individuell zugeschnittene (graded) Werkstoffe und?Kompositwerkstoffe203
6.2?Konstruktion204
6.2.1?Toleranzen – Vom digitalen Entwurf zum Objekt205
6.2.2?Designfreiheit205
6.2.3?Relative Passgenauigkeit206
6.2.4?Flexible Bauteile, Gelenke, Clips207
6.2.5?Lage und Positionierung der Bauteile im Bauraum208
6.2.6?Bohrungen (Löcher), Spalte, Stifte und Wände209
6.3?Auswahlkriterien und Prozessorganisation212
6.4?Schlussfolgerungen und Ausblick213
6.5?Fragen214
7Glossar: Begriffe und?Abkürzungen216
8Literatur226
Stichwortverzeichnis230

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