Konstruktionsrichtlinien für den Einsatz von generativen Verfahren

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Nach dem Bauprozess gilt es die Bauteile oftmals manuell nachzubearbeiten, um zum Beispiel Stützkonstruktionen zu entfernen oder die mechanischen Eigenschaften und die Oberflächenqualität zu verbessern.

Vergleich von fünf generativen Fertigungsverfahren

Im Rahmen des Projektes wurden fünf generative Fertigungsverfahren betrachtet, wovon drei am eigenen Lehrstuhl für Untersuchungen zur Verfügung stehen:

• Lasersintern,
• Strahlschmelzen,
• Multi-Jet Modeling,
• Stereolithographie und
• 3D-Printing.

Von den betrachteten Verfahren zeichnen sich das Lasersintern und das Strahlschmelzen durch gute mechanische Eigenschaften aus. Mit der Stereolithographie und dem Multi-Jet Modeling hergestellte Bauteile verfügen hingegen durch die verwendeten Schichtdicken und durch Verwendung von Harzen und Wachsen über eine sehr gute Oberflächenqualität, die sich bei pulverbasierten Verfahren durch die Porosität der Pulverschüttung nicht erreichen lässt.

Das Lasersintern und das 3D-Printing haben im Vergleich zu den anderen betrachteten Verfahren den Vorteil, dass zur Bauteilgenerierung durch das stützende Pulverbett keinerlei nachträglich zu entfernenden Stützkonstruktionen benötigt werden.

30 Umfrageteilnehmer lieferten die Daten für erste Richtlinien

Zur Akquisition von verfahrensspezifischem Wissen wurde ein Fragebogen erstellt, mit dem Grenzwerte für die maßgeblichen geometrischen Beschränkungen getrennt nach kunststoff- und metallverarbeitenden Verfahren gesammelt wurden. Auf Basis der Daten von insgesamt 30 Teilnehmern, die sich bei Anwendern, Herstellern, Dienstleistern, Universitäten oder anderen Forschungseinrichtungen mit generativen Fertigungsverfahren beschäftigen, wurden erste Regeln abgeleitet. Zur Validierung und Ergänzung der Regeln wurde ein Prüfkörper (Bild 3) entwickelt, der alle maßgeblichen Geometrien wie Wandstärken, Spaltmaße, Zylinder und Bohrungen in unterschiedlichen Orientierungen enthält.

Der Prüfkörper wurde mit den am Lehrstuhl zur Verfügung stehenden Anlagen sowie durch die Unternehmen EOS, MTT und NRU für das Lasersintern, das Strahlschmelzen, die Stereolithographie und das Multi-Jet-Modeling hergestellt und anschließend ausgewertet. Aus den Ergebnissen der Umfrage und der Prüfkörperauswertung wurden Konstruktionsrichtlinien aufgestellt, die in der Tabelle (siehe Bildergalerie) zusammengefasst sind.

Alle betrachteten Verfahren eignen sich zum Herstellen feiner Strukturen mit ausreichender Stabilität

Die aufgestellten Konstruktionsrichtlinien zeigen, dass alle betrachteten generativen Fertigungsverfahren geeignet sind, feine Strukturen mit einer ausreichenden Stabilität wiederzugeben. Die hergestellten Probekörper haben zudem verdeutlicht, dass teilweise sogar noch feinere Strukturen möglich wären. Dies hängt jedoch von der verwendeten Anlage und den verwendeten Parametersätzen ab. Zudem weisen derart feine Strukturen meist keine ausreichende Stabilität für den Einsatz auf.

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