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Rapid Prototyping and PIV
(2001)
Laserwelding with fillerwire
(2001)
Table of Contents Introduction 1. Generative Manufacturing Processes 2. Classification of Generative Manufacturing Processes 3. Application of Generative Processes on the Fabrication of Ceramic Parts 3.1 Extrusion 3.2 3D-Printing 3.3 Sintering – Laser Sintering 3.4 Layer-Laminate Processes 3.5 Stereolithography (sometimes written: Stereo Lithography) 4. Layer Milling 5. Conclusion - Vision
Generative Verfahren sind seit etwa 1987 in den USA und seit etwa 1990 in Europa und Deutschland in Form von Rapid Prototyping Verfahren bekannt und haben sich in dieser Zeit von eher als exotisch anzusehenden Modellbauverfahren zu effizienten Werkzeugen für die Beschleunigung der Produktentstehung gewandelt. Mit der Weiterentwicklung der Verfahren und insbesondere der Materialien wird mehr und mehr das Feld der direkten Anwendung der Rapid Technologie zur Fertigung erschlossen. Rapid Technologien werden daher zum Schlüssel für neue Konstruktionssystematiken und Fertigungsstrategien.
Die generative Herstellung von Kunststoffbauteilen hat im Gewand des Rapid Prototyping die Produktentwicklung nachhaltig positiv beeinflusst und ist im Begriff als Rapid Manufacturing die Fertigung zu revolutionieren. Je mehr sich die besonderen Eigenschaften generativ gefertigter Kunststoffbauteile herumsprechen, desto lauter wird der Ruf nach Metallbauteilen. Die Entwicklung entsprechender Prozesse läuft auf Hochtouren, kann aber bisher aber erst vereinzelt Erfolge vorweisen. Dabei wären es gerade die Metallbauteile, die ausgestattet mit den besonderen Merkmalen generativ gefertigter Werkstücke, in vielen Branchen einen deutlichen Entwicklungsschub auslösen könnten. Für den potenziellen Anwender ist dabei besonders verwirrend, dass die unterschiedlichsten Ansätze nebeneinander verfolgt werden. Im Folgenden soll daher der Versuche unternommen werden, dieses weite Feld systematisiert darzustellen und Möglichkeiten und Trends zu erläutern.
Die Berechnung der Durchströmung von Bauteilen ist gegenüber derjenigen von umströmten Bauteilen deutlich im Hintertreffen. Das liegt vor allem an der fehlenden Verfügbarkeit geeigneter optisch transparenter Modellkanäle für die experimentelle Analyse. Der Beitrag stellt ein Verfahren zur Herstellung transparenter durchströmter Geometrien auf der Basis generativ gefertigter Urmodelle vor. Damit können beliebig komplexe Innenströmungen optisch analysiert werden. Anhand von zwei Beispielen aus der Medizin, der Modellierung der oberen Atemwege und des Bronchialbaums, wird das Verfahren vorgeführt. Der generative Bauprozess mittels 3D-Printing wird beschrieben und die Abformung in transparentem Silikon gezeigt. Schließlich werden beispielhaft der Messaufbau und Ergebnisse der Anwendung vorgestellt. Das Verfahren bildet die Grundlage für die Analyse und Berechnung komplexer Innenströmungen und trägt somit zur Verbesserung zahlreicher technischer Anwendungen bei.
Als um 1987 ein Verfahren namens Stereolithographie und ein Stereolithography Apparatus (SLA) vorgestellt wurden, war der Traum von der Herstellung beliebiger dreidimensionaler Bauteile direkt aus Computerdaten und ohne bauteilspezifische Werkzeuge Realität geworden. Ein Anwendungs-Szenario wurde gleich mitgeliefert. Diese Technologie würde es möglich machen, die gesamte Ersatzteilversorgung der Amerikanischen Pazifikflotte mittels ein paar dieser Maschinen, umfangreicher Datenstätze und genügend Rohmaterial vor Ort auf einem Flugzeugträger direkt nach Bedarf zu fertigen. Diese Vorstellung definierte schon damals die direkte digitale Fertigung, das Rapid Manufacturing. In der Realität bestanden die mit diesem Verfahren hergestellten Bauteile nur aus Kunststoff, waren ungenau, bruchempfindlich und klebrig und allein in der Produktentwicklung, eben als Prototypen zu benutzen. Sie waren schnell verfügbar, weil zu Ihrer Herstellung keine Werkzeuge benötigt wurden. Folgerichtige und zudem modern hießen sie: Rapid Prototyping. Rapid Prototyping wurde schnell zum Synonym eines neuen Zweiges der Fertigungstechnik, der Generativen Fertigungstechnik. Die weitere Entwicklung brachte neue Verfahren, höhere Genauigkeiten, verbesserte Werkstoffe und neue Anwendungen. Die Herstellung von Negativen, also Werkzeugen, mit dem gleichen Verfahren wurde marketing-getrieben Rapid Tooling genannt und als die ersten Bauteile nicht mehr als Prototypen, sondern als Endprodukte eingesetzt wurden, nannte man dies Rapid Manufacturing - das Ziel war erreicht. War das Ziel wirklich erreicht? Ist es Rapid Manufacturing, wenn ein generativ gefertigtes Bauteil die gewünschte Spezifikation erreicht? Was muss passieren, damit aus dem Phänomen Rapid Prototyping eine Strategie wird, die geeignet ist, einen Paradigmenwechsel von der heutigen Hersteller-induzierten Massenproduktion von Massenartikeln zur Verbraucher-induzierten (und verantworteten) Massenproduktion von Einzelteilen für jedermann ermöglichen und möglicherweise unsere Arbeits- und Lebensformen tiefgreifend zu beeinflussen? Im Beitrag wird der Begriff der (Fertigungs-) Strategie „Rapid Manufacturing“ näher beleuchtet. Es wird diskutiert, welche Maßnahmen auf der technischen und der operative Ebene getroffen werden müssen, damit die generative Fertigungstechnik im Sinne dieser Strategie umgesetzt werden kann. Beispiele belegen, dass diese Entwicklung bereits begonnen hat und geben Anregungen für eine konstruktive Diskussion auf der RapidTech 2006.
Härten von Kurbelwellen
(1989)
Materialfrage führt häufig zu Trugschlüssen. Wunsch und Wirklichkeit im Rapid Prototyping - Teil 2
(2000)
Rapid Prototyping
(2004)
An increasing amount of popular articles focus on making models and sculptures by 3D Printing thus making more and more even private users aware of this technology. Unfortunately they mostly draw an incomplete picture of how our daily life will be influenced by this new technology. Often this is caused by a very technical point of view based on not very representative examples. This article focuses on the peoples needs as they have been structured by the so-called Maslow pyramid. Doing so, it underlines that 3D Printing (called Additive Manufacturing or Rapid Prototyping as well) already touches all aspects of life and is about to revolutionize most of them.
Additive Manufacturing durch Aufschmelzen von Metallpulvern hat sich auf breiter Front als Herstellverfahren, auch für Endprodukte, etabliert. Besonders für die Variante des Selective Laser Melting (SLM) sind Anwendungen in der Zahntechnik bereits weit verbreitet und der Einsatz in sensitiven Branchen wie der Luftfahrt ist in greifbare Nähe gerückt. Deshalb werden auch vermehrt Anstrengungen unternommen, um bisher nicht verarbeitete Materialien zu qualifizieren. Dies sind vorzugsweise Nicht-Eisen- und Edelmetalle, die sowohl eine sehr hohe Reflektivität als auch eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen – beides Eigenschaften, die die Beherrschung des Laser-Schmelzprozesses erschweren und nur kleine Prozessfenster zulassen. Die Arbeitsgruppe SLM des Lehr- und Forschungsgebietes Hochleistungsverfahren der Fertigungstechnik hat sich unter der Randbedingung einer kleinen und mit geringer Laserleistung ausgestatteten SLM Maschine der Aufgabe gewidmet und am Beispiel von Silber die Parameterfelder für Einzelspuren und wenig komplexe Geometrien systematisch untersucht. Die Arbeiten wurden von FEM Simulationen begleitet und durch metallographische Untersuchungen verifiziert. Die Ergebnisse bilden die Grundlage zur schnellen Parameterfindung bei komplexen Geometrien und bei Veränderungen der Zusammensetzung, wie sie bei zukünftigen Legierungen zu erwarten sind. Die Ergebnisse werden exemplarisch auf unterschiedliche Geometrien angewandt und entsprechende Bauteile gezeigt.
Although Selective Laser Melting (SLM) process is an innovative manufacturing method, there are challenges such as inferior mechanical properties of fabricated objects. Regarding this, buckling deformation which is caused by thermal stress is one of the undesired mechanical properties which must be alleviated. As buckling deformation is more observable in hard to process materials, silver is selected to be studied theoretically and experimentally for this paper. Different scanning strategies are utilized and a Finite Element Method (FEM) is applied to calculate the temperature gradient in order to determine its effect on the buckling deformation of the objects from experiments.
Selective laser melting of metals: desktop machines open up new chances even for small companies
(2012)
Additive manufacturing (AM) of metal parts by using Selective Laser Melting (SLM) has become a powerful tool mostly in the area of automotive, aerospace engineering and others. Especially in the field of dentistry, jewelry and related branches that require individualized or even one-of-a-kind products, the direct digital manufacturing process opens up new ways of design and manufacturing. In these fields, mostly small and medium sized businesses (SME) are operating which do not have sufficient human and economic resources to invest in this technology. But to stay competitive, the application of AM can be regarded as a necessity. In this situation a new desktop machine (Realizer SLM 50) was introduced that cost about 1/3 of a shop floor SLM machine and promises small quality parts. To find out whether the machine really is an alternative for SMEs the University of Applied Science, Aachen, Germany, designed, build and optimized typical parts from the dentistry and the jewelry branches using CoCr and silver material, the latter being new with this application. The paper describes the SLM procedure and how to find and optimize the most important parameters. The test is accompanied by digital simulation in order to verify the build parameters and to plan future builds. The procedure is shown as well as the resulting parts made from CoCr and silver material.
The aim of this work was to perform a detailed investigation of the use of Selective Laser Melting (SLM) technology to process eutectic silver-copper alloy Ag 28 wt. % Cu (also called AgCu28). The processing occurred with a Realizer SLM 50 desktop machine. The powder analysis (SEM-topography, EDX, particle distribution) was reported as well as the absorption rates for the near-infrared (NIR) spectrum. Microscope imaging showed the surface topography of the manufactured parts. Furthermore, microsections were conducted for the analysis of porosity. The Design of Experiments approach used the response surface method in order to model the statistical relationship between laser power, spot distance and pulse time.
The rail business is challenged by long product life cycles and a broad spectrum of assembly groups and single parts. When spare part obsolescence occurs, quick solutions are needed. A reproduction of obsolete parts is often connected to long waiting times and minimum lot quantities that need to be purchased and stored. Spare part storage is therefore challenged by growing stocks, bound capital and issues of part ageing. A possible solution could be a virtual storage of spare parts which will be 3D printed through additive manufacturing technologies in case of sudden demand. As mechanical properties of additive manufactured parts are neither guaranteed by machine manufacturers nor by service providers, the utilization of this relatively young technology is impeded and research is required to address these issues. This paper presents an examination of mechanical properties of specimens manufactured from stainless steel through the selective laser melting (SLM) process. The specimens were produced in multiple batches. This paper interrogates the question if the test results follow a normal distribution pattern and if mechanical property predictions can be made. The results will be put opposite existing threshold values provided as the industrial standard. Furthermore, probability predictions will be made in order to examine the potential of the SLM process to maintain state-of-the-art mechanical property requirements.
Improving the Mechanical Strength of Dental Applications and Lattice Structures SLM Processed
(2020)
To manufacture custom medical parts or scaffolds with reduced defects and high mechanical characteristics, new research on optimizing the selective laser melting (SLM) parameters are needed. In this work, a biocompatible powder, 316L stainless steel, is characterized to understand the particle size, distribution, shape and flowability. Examination revealed that the 316L particles are smooth, nearly spherical, their mean diameter is 39.09 μm and just 10% of them hold a diameter less than 21.18 μm. SLM parameters under consideration include laser power up to 200 W, 250–1500 mm/s scanning speed, 80 μm hatch spacing, 35 μm layer thickness and a preheated platform. The effect of these on processability is evaluated. More than 100 samples are SLM-manufactured with different process parameters. The tensile results show that is possible to raise the ultimate tensile strength up to 840 MPa, adapting the SLM parameters for a stable processability, avoiding the technological defects caused by residual stress. Correlating with other recent studies on SLM technology, the tensile strength is 20% improved. To validate the SLM parameters and conditions established, complex bioengineering applications such as dental bridges and macro-porous grafts are SLM-processed, demonstrating the potential to manufacture medical products with increased mechanical resistance made of 316L.
Tribological performance of biodegradable lubricants under different surface roughness of tools
(2019)
Additive Manufacturing of metal parts by Selective Laser Melting has become a powerful tool for the direct manufacturing of complex parts mainly for the aerospace and medical industry. With the introduction of its desktop machine, Realizer targeted the dental market. The contribution describes the special features of the machine, discusses details of the process and shows manufacturing results focused on metal dental devices.