Produktgestaltung für die Additive Fertigung

Vorwort

Danksagung

Die Autoren

Inhalt

1 Einleitung

1.1 Zielsetzung für das Buch

1.2 Einordnung der additiven Fertigungsverfahren

1.3 Marktsituation

1.4 Anwendungsgebiete

1.5 Potenziale der additiven Fertigung

1.5.1 Komplexe Geometrien

1.5.2 Leichtbau

1.5.3 Funktionsintegration

1.5.4 Ressourcenschonung

1.5.5 Losgrößen

1.5.6 Materialvielfalt

1.5.7 Individualisierung und Personalisierung

1.6 Schlussfolgerung

1.7 Historie der Produktgestaltung

1.8 Herausforderungen für Konstrukteure

1.8.1 Leichtbau & Ressourceneffizienz

1.8.2 Funktionsintegration

1.8.3 Reduktion des Montageaufwandes

1.8.4 Leistungssteigerung

1.9 Anwendungsbeispiele

1.9.1 Luft- und Raumfahrt

1.9.1.1 Airbus – Armlehne

1.9.1.2 Premium AEROTEC – Vent Bend

1.9.1.3 General Electric – Einspritzdüse

1.9.2 Automotiv

1.9.2.1 BMW i8 – Verdeckhalterung

1.9.2.2 Ford – Ansaugstutzen

1.9.2.3 APWORKS – Light Rider

1.9.3 Werkzeugbau

1.10 Ausblick Produktgestaltung

2 Additive Fertigung

2.1 Historie der Additiven Fertigung

2.2 Übersicht der Additiven Fertigungsverfahren

2.2.1 Polymerisation

2.2.1.1 Stereolithographie

2.2.1.2 Polymerdruckverfahren und Thermojet-Drucken (Polymer Jetting)

2.2.1.3 HP Multi Jet Fusion

2.2.2 Lasersintern und Laserschmelzen

2.2.2.1 Lasersintern/Selektives Lasersintern (LS – SLS)

2.2.2.2 Laserschmelzen/Selektives Laserschmelzen (SLM)

2.2.2.3 Elektronenstrahl-Schmelzen

2.2.3 Layer Laminated Manufacturing

2.2.3.1 Laminated Object Manufacturing

2.2.3.2 Selective Deposition Lamination (SDL)

2.2.3.3 LLM Maschinen für Metallteile

2.2.3.4 Bauteile aus Metalllamellen – Laminated Metal Prototyping

2.2.4 3D-Drucken

2.2.4.1 Metall- und Formsand-Printer – ExOne

2.2.5 Extrusion/Fused Layer Manufacturing

2.2.5.1 Fused Deposition Modeling (FDM)

2.3 Materialvielfalt

2.3.1 Werkstoffe für die Stereolithographie

2.3.2 Werkstoffe für das Polyjetverfahren

2.3.3 Werkstoffe für das Pulver-Binderverfahren

2.3.4 Werkstoffe für das Lasersintern

2.3.5 Werkstoffe für das FLM-Verfahren

2.4 Gestaltungsgrundlagen

2.4.1 Normung und Standardisierung

2.4.2 Prozesseinfluss auf die Konstruktion

3 Laser Powder Bed Fusion

3.1 Prozessgrundlagen

3.1.1 Prozessablauf

3.1.2 Prozessparameter

3.1.3 Herausforderungen und Prozessgrenzen

3.1.4 Post-Processing

3.1.5 Prozessgrenzen

3.2 Materialien

3.2.1 Pulverwerkstoffe

3.2.1.1 Stähle

3.2.1.2 Aluminium

3.2.1.3 Titan

3.2.1.4 Nickelbasislegierungen

3.2.2 Pulverherstellung

3.2.3 Werkstoffqualifizierung

3.2.4 Werkstoffprüfung

3.2.5 Werkstoffkennwerte

3.2.6 Werkstoffkosten

3.3 Anlagenüberblick

3.3.1 Universalanlagen

3.3.2 Kleine Anlagen

3.3.3 Große Anlagen

3.3.4 Low-Cost-Anlagen

3.3.5 Integrierte Fertigungssysteme

4 Bauteilgestaltung für den L-PBF-Prozess

4.1 Grundlegende Konstruktionshinweise

4.1.1 Systematische Unterschiede in Konstruktion

4.1.2 Modelltypen und Datenformat

4.1.2.1 STL-Datenformat

4.1.2.2 AMF-Datenformat

4.2 Oberflächenstrukturen

4.2.1 Oberflächen

4.2.2 Standardoberfläche

4.2.3 Erzeugungsmethoden

4.2.3.1 Konstruktion mittels Vorlage (Einheitszelle)

4.2.3.2 Konstruktion mittels Visual Basic for Application (VBA)

4.2.4 Anwendungsbeispiele

4.3 Gitterstrukturen

4.3.1 Einteilung von Gitterstrukturen

4.3.2 Randbedingungen

4.3.3 Vorgehensweisen und Anwendungsbeispiele

4.3.3.1 Anwendungsbeispiele

4.3.3.2 Systematik für den Einsatz von Gitterstrukturen

4.3.4 Zusammenfassung

4.4 Topologieoptimierung

4.4.1 Randbedingungen

4.4.2 Auslegung

4.4.3 Vorgehensweise und Anwendungsbeispiele

4.4.4 Topologieoptimierung mit Startgeometrie

4.4.5 Topologieoptimierung mittels „Generative Design“

4.5 Funktionsintegration

4.5.1 Anwendungsbeispiele Kühlung

Auslegung von Kühlkanälen

4.5.1.2 Konstruktion einer Flächenkühlung

4.5.1.3 Konstruktion einer Parallelkühlung

4.5.2 Bewegliche Baugruppen

4.5.3 Anwendungsbeispiele bewegliche Baugruppen

4.5.4 Monolithische Bauweisen

4.6 Stützstrukturen und Orientierung im Bauraum

4.6.1 Einteilung

4.6.2 Randbedingungen

4.6.3 Auslegung

4.6.4 Vorgehensweisen und Anwendungsbeispiele

5 Nachbearbeitung

5.1 Wärmebehandlung

5.2 Grobbearbeitung

5.2.1 Trennung der Bauteile von der Plattform

5.2.2 Entfernung von Supportstrukturen

5.2.3 Spanende Nachbearbeitung

5.3 Feinbearbeitung

5.3.1 Nachbearbeitung von Supportoberflächen

5.3.2 Strahlen

5.3.3 Gleitschleifen

5.3.4 Polieren

6 Schlussfolgerung und Ausblick

6.1 Schlussfolgerung

6.2 Ausblick

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