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Produktionsprozess - Additive Fertigung

Grundbegriffe Additive Fertigung

Auch: Additive Manufacturing (AM) / Generative Fertigung

Auszug aus
Andreas Gebhardt, Julia Kessler, Laura Thurn

3D-Drucken

10/2016, 234 Seiten, € 40,00
ISBN: 978-3-446-44672-4
S. 2-6, 27-28.

Zusammen mit den „Subtraktiven Fertigungsverfahren“, wie Fräsen oder Drehen und den „Formativen Fertigungsverfahren“, wie Gießen oder Schmieden, stellen „Additive Fertigungsverfahren“ die dritte Säule der gesamten Fertigungstechnologie dar. (Bur 93) „Additive Herstellungsverfahren“ (AM) sind automatisierte und schichtweise wiederkehrende Prozesse, die auf dem Prinzip der Schichttechnologie aufbauen.

Ein „Generatives Fertigungsverfahren“ (AM) ist ein automatisierter Prozess zur Herstellung maßstäblicher dreidimensionaler physischer Objekte unmittelbar aus einem 3D-CAD-Datensatz. Er basiert auf dem Schichtbauprinzip und benötigt keine bauteilabhängigen Werkzeuge. Ursprünglich wurde dieses Verfahren als „Rapid Prototyping“ bezeichnet, wie es auch heute noch häufig genannt wird.

Additiv gefertigte Stahlform für Blasformen: Direktes Laser-Metallsintern (SLM). Quelle: EOS GmbH/Agie Charmilles).

Additiv gefertigte Stahlform für Blasformen: Direktes Laser-Metallsintern (SLM). Quelle: EOS GmbH/Agie Charmilles).

Als die ersten Ansätze für „Generative Fertigungsverfahren“ 1987 auf den Markt kamen, wurden diese „Rapid Prototyping“ oder „Generative Herstellung“ genannt. Beide Begriffe sind noch in Gebrauch und in den folgenden Jahren wurden viele abweichende Namen präsentiert und häufig weitere hinzugefügt (z. B. Desktop Manufacturing, Schichtbauverfahren (Layer Manufacturing), schnelle generative Fertigungsverfahren (Rapid Technology), 3D-Drucken (3D-Printing) usw.).

Schicht für Schicht zum Ziel

Die technische Realisierung des „AM“ gründet ausschließlich auf Schichten und wird deshalb als „Schichtbautechnologie“ (layer-based technology oder layered technology) oder „schichtenorientierte Technologie“ (layer-oriented technology) bezeichnet. Daher werden heute Begriffe wie „Additive Manufacturing“, „Generative Herstellungsverfahren“ und „Schichtbautechnologie“ (layer-based technology) gleichbedeutend angewendet. Bedingt durch die gleichmäßige Dicke der Schichten, weisen alle mittels Schichttechnologie gefertigten Bauteile einen Treppenstufeneffekt auf.

AM-Prozesskette: 3D-Objekt erstellen, in Schichten zerlegen, drucken

Dieses Puzzle veranschaulicht das Prinzip der Schichtbauweise: 3D-Objekte werden durch viele Schichten erzeugt. Quelle: Hasbro/MB Puzzle

Dieses Puzzle veranschaulicht das Prinzip der Schichtbauweise: 3D-Objekte werden durch viele Schichten erzeugt. Quelle: Hasbro/MB Puzzle

Der Prozess des Additive Manufacturing (AM) beginnt mit einem (virtuellen) dreidimensionalen CAD-Datensatz, der das herzustellende Teil wiedergibt. In der Engineeringphase wird der Datensatz typischerweise mittels 3D-CAD Konstruktion (CAD), durch Scannen oder durch bildgebende Verfahren wie Computer-Tomografie (CT-Scanning) erzeugt.

Unabhängig davon wie der 3D-Datensatz erzeugt wurde, wird er im ersten Schritt mittels Rechner und spezieller Software in Scheiben oder Schichten zerteilt. Als Ergebnis wird ein Satz konturierter virtueller Schichten gleichmäßiger Dicke gewonnen. Der Datensatz besteht aus den Konturdaten (x-y), der Schichtdicke (dz) und der Schichtennummer (oder Z-Koordinate) jeder Schicht.

Zwei Prozessschritte je Schicht erzeugen das Teil. Im ersten Schritt wird jede Schicht gemäß der vorgegebenen Kontur und Schichtstärke hergestellt. Dies kann in unterschiedlicher Weise unter Anwendung verschiedener physikalischer Grundlagen erfolgen. Die einfachste Methode ist, die Kontur aus einer Folie oder einer Platte (aus)zuschneiden. Im zweiten Schritt wird jede Schicht mit der vorhergehenden verbunden und bildet dann die oberste Lage des teilweise erzeugten Bauteils.

Schicht um Schicht wächst so das physische Modell vom Boden bis zur Spitze (von unten nach oben), bis das Teil fertiggestellt ist. Diese grundsätzlichen Schritte, Prozesskette genannt, sind für alle aktuell erhältlichen AM-Maschinen gleich. Die Maschinen unterscheiden sich lediglich in der Art der Erzeugung jeder einzelnen Schicht und in der Weise, wie benachbarte Schichten verbunden werden, um das Teil zu formen.

Maschinenklassen für Additive Manufacturing

Auf dem Markt ist eine große Vielfalt von Maschinen für additive Herstellungsverfahren verfügbar. Sie können in drei Kategorien unterteilt werden (siehe Tabelle).

Tabelle 1.2 Generische Bezeichnungen für AM-Maschinen und ihre Zuordnung zu
Anwendungsebenen

Auszug aus
Andreas Gebhardt, Julia Kessler, Laura Thurn

3D-Drucken

10/2016, 234 Seiten, € 40,00
ISBN: 978-3-446-44672-4
S. 2-6, 27-28.
Weiterführende Information
  • Additive Fertigung

    Welche Verfahren und Anwendungen bewähren sich in der Praxis des Werkzeug- und Formenbaus? Welche Maschinen sind bereits auf dem Markt und wohin geht die Entwicklung? Wir erklären Grundlagen, verfolgen Trends und lassen Experten zu Wort kommen.   mehr

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