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Andreas Gebhardt, Julia Kessler, Laura Thurn
3D-Drucken
Grundlagen und Anwendungen des Additive Manufacturing (AM)
Vorwort
6
Danksagung
8
Über die Autoren
10
Inhaltsverzeichnis
14
1 Grundlagen der 3D-Druck-Technologie
18
1.1? Grundbegriffe und Definitionen
19
1.1.1? Additive Fertigungsverfahren
19
1.1.2? Prinzip der Schichtbauverfahren
20
1.2? Anwendungsebenen
23
1.2.1? Direkte Prozesse
25
1.2.1.1? Rapid Prototyping
25
1.2.1.2? Rapid Manufacturing
29
1.2.1.3? Rapid Tooling
31
1.2.2? Indirekte Prozesse
36
1.2.2.1? Indirect Prototyping
36
1.2.2.2? Indirect Tooling
39
1.2.2.3? Indirect Manufacturing
42
1.3? Maschinenklassen für die additive Fertigung
44
1.3.1? Generische Bezeichnung für AM-Maschinen
45
1.3.2? Maschinenklassen und Bauteileigenschaften
47
1.4? Schlussfolgerungen
48
1.5? Fragen
49
2 Additive Fertigungsverfahren/3D-Drucken
52
2.1? Direkte additive Verfahren
52
2.1.1? Polymerisation
55
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-Verfahren
61
2.1.1.4? Mikro-Stereolithographie
62
2.1.2? Sintern und Schmelzen
62
2.1.2.1? Lasersintern/Selektives Lasersintern (LS – SLS)
63
2.1.2.2? Laserschmelzen/Selektives Laserschmelzen (SLM)
66
2.1.2.3? Elektronenstrahl-Schmelzen
68
2.1.3? Extrusion/Fused Layer Modeling
68
2.1.4? Pulver-Binder-Verfahren
72
2.1.4.1? 3D Printer – 3D Systems/Z-Corporation
72
2.1.4.2? Metall und Formsand Printer – ExOne
75
2.1.4.3? 3D-Drucksystem – Voxeljet
76
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 Metallteile
80
2.1.6? Hybridverfahren
81
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 Verfahren
84
2.1.7.1? Aerosolprinting
84
2.1.7.2? Bioplotter
86
2.2? Indirekte Verfahren – Folgeprozesse
86
2.3? Schlussfolgerung
88
2.4? Fragen
88
3 Die additive Prozesskette und Maschinen für die Fertigung
92
3.1? Datenfluss und Prozessketten
92
3.1.1? Allgemeine AM-Prozesskette
92
3.1.1.1? Prozesskette Rapid Prototyping
94
3.1.1.2? Prozesskette Rapid Manufacturing
96
3.1.2? Datenstrukturen und Fehlerbehebung
97
3.2? Maschinen für die additive Fertigung
101
3.2.1? Personal Printer
102
3.2.1.1? Fabber – Do-it-yourself
103
3.2.1.2? Desktop Printer
105
3.2.2? Professional Printer
108
3.2.3? Production Printer
109
3.2.4? Industrial Printer
112
3.3? Schlussfolgerungen und Ausblick
115
3.4? Fragen
115
4 Anwendungen der additiven Fertigung
118
4.1? Automobilindustrie und Zulieferer
119
4.1.1? Automobilkomponenten – Interieur
119
4.1.2? Automobilkomponenten – Exterieur
122
4.2? Luftfahrtindustrie
124
4.3? Konsumgüter
126
4.4? Spielzeugindustrie
131
4.5? Kunst und Kunstgeschichte
133
4.6? Formenbau (Rapid Tooling)
136
4.7? Medizintechnik
138
4.8? Architektur und Landschaftsgestaltung
143
4.9? Verschiedene Anwendungen
148
4.9.1? Mathematische Funktionen
148
4.9.2? 3D-Dekorationsobjekte und Ornamente
149
4.9.3? Aerodynamische und Freiformobjekte
149
4.10? Schlussfolgerungen
151
4.11? Fragen
151
5 Perspektiven und Strategien additiver Fertigung
156
5.1? Potenziale additiver Herstellungsverfahren
156
5.1.1? Komplexe Geometrien
158
5.1.2? Integrierte Geometrie
160
5.1.3? Integrierte Funktionalität
162
5.1.4? Multi-Material-Bauteile und Gradientenmaterialien
168
5.2? Strategien additiver Herstellungsverfahren
172
5.2.1? Individualisierte Massenfertigung
173
5.2.1.1? Einzelstücke und Kleinserienproduktion
173
5.2.1.2? Individualisierung
174
5.2.1.3? Personalisierung
177
5.2.2? Persönliche Produktion
181
5.2.3? Verteilte individualisierte Produktion
183
5.3? Schlussfolgerungen
183
5.4? Fragen
184
6 Materialien und Konstruktion
188
6.1? Materialien
189
6.1.1? Anisotrope Eigenschaften
191
6.1.2? Isotrope Grundmaterialien
193
6.1.2.1? Kunststoffe
194
6.1.2.2? Metalle
198
6.1.2.3? Keramische Materialien
200
6.1.2.4? Kompositwerkstoffe
201
6.1.2.5? Weitere Materialien
202
6.1.2.5.1? Beton
202
6.1.2.5.2? Carbon
202
6.1.2.5.3? Lebensmittel
202
6.1.3? Individuell zugeschnittene (graded) Werkstoffe und?Kompositwerkstoffe
203
6.2? Konstruktion
204
6.2.1? Toleranzen – Vom digitalen Entwurf zum Objekt
205
6.2.2? Designfreiheit
205
6.2.3? Relative Passgenauigkeit
206
6.2.4? Flexible Bauteile, Gelenke, Clips
207
6.2.5? Lage und Positionierung der Bauteile im Bauraum
208
6.2.6? Bohrungen (Löcher), Spalte, Stifte und Wände
209
6.3? Auswahlkriterien und Prozessorganisation
212
6.4? Schlussfolgerungen und Ausblick
213
6.5? Fragen
214
7 Glossar: Begriffe und?Abkürzungen
216
8 Literatur
226
Stichwortverzeichnis
230
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