3D-Druck beleuchtet: Additive Manufacturing auf dem Weg in die Anwendung

125 Pages·2016·4.5 MB·German

by  Roland Lachmayer

Roland Lachmayer
Rene Bastian Lippert
Thomas Fahlbusch Hrsg.
3D-Druck beleuchtet
Additive Manufacturing auf
dem Weg in die Anwendung
3D-Druck beleuchtet

Roland Lachmayer (cid:129) Rene Bastian Lippert
Thomas Fahlbusch
Herausgeber
3D-Druck beleuchtet
Additive Manufacturing auf dem Weg
in die Anwendung
Herausgeber
RolandLachmayer ReneBastianLippert
Institutf.Produktentwicklungund Institutf.Produktentwicklungund
Gera¨tebau Gera¨tebau
LeibnizUniversita¨tHannover LeibnizUniversita¨tHannover
Hannover,Deutschland Hannover,Deutschland
ThomasFahlbusch
PhotonicNetGmbH
Hannover,Deutschland
ISBN978-3-662-49055-6 ISBN978-3-662-49056-3(eBook)
DOI10.1007/978-3-662-49056-3
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#Springer-VerlagBerlinHeidelberg2016
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Vorwort
DasvorliegendeBuchentstammtderVeranstaltung3D-Druckbeleuchtet,welcheimJuni
2015amInstitutfu¨rProduktentwicklungundGera¨tebau(IPeG)inHannoverdurchgefu¨hrt
wurde. Aufgrund der zahlreichen interessanten Vortra¨ge sowie der positiven Resonanz
auf die Veranstaltung haben wir uns dazu entschlossen die Veranstaltungsbeitra¨ge zu
erga¨nzen und schriftlich aufzubereiten. Im Folgenden wird das Additive Manufacturing
unterdenfolgendenAspektenbeleuchtet:
(cid:129) Megatrend3D-Druck
(cid:129) ChancenundHerausforderungenfu¨rdieProduktentwicklung
(cid:129) LaserbasierteTechnologien
(cid:129) NachhaltigkeitundBusiness-Case
(cid:129) GestaltungvonBauteilen
(cid:129) RapidRepair
(cid:129) PotentialderProduktindividualisierung
(cid:129) EigenschaftenundValidierungoptischerKomponenten
(cid:129) PotentialeimProduktdesign
(cid:129) Sicherheitsaspekte
NebendenunterschiedlichthematisiertenBeitra¨genisteinumfangreichesGlossarund
LiteraturverzeichnisdemAnhangbeigefu¨gt.EntsprechendderhohenEntwicklungsdyna-
mik ist das vorliegende Buch weniger als Lehrbuch zu verstehen, sondern vielmehr als
einestetigwachsendeZusammenstellungunterschiedlicherSichtweisenundAspektedes
Additive Manufacturing. Alle Autoren sind ausgewiesene Experten unterschiedlicher
Forschungseinrichtungen der Leibniz Universita¨t Hannover bzw. des Laserzentrums
Hannover.
v
vi Vorwort
WirdankenderDFGfu¨rdasbewilligteGroßgera¨t,welchesdiezahlreichenVersuche
ermo¨glichthat,sowiedemLandNiedersachsenfu¨rdiebereitgestelltenfinanziellenMittel.
Wir, die Herausgeber, wu¨nschen Ihnen viel Interessantes bei der Lektu¨re und Nu¨tz-
lichesfu¨rIhreAnwendungdesAdditiveManufacturing.
Hannover,November2015 RolandLachmayer
ReneBastianLippert
ThomasFahlbusch
Inhalt
1 Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
RolandLachmayerundReneBastianLippert
2 ChancenundHerausforderungenfu¨rdieProduktentwicklung. . . . . . . 5
RolandLachmayerundReneBastianLippert
3 LaserbasierteTechnologien. . .. . . .. . . .. . . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . 19
MatthiasGieseke,DanielAlbrecht,ChristianNo¨lke,StefanKaierle,
OliverSuttmann,undLudgerOvermeyer
4 NachhaltigkeitundBusiness-Cases. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
FlorianJohannknechtundReneBastianLippert
5 GestaltungvonAdditiveManufacturingBauteilen. . . . . . . . . . . . . . . . 45
ReneBastianLippert
6 RapidRepairhochwertigerInvestitionsgu¨ter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
YousifZghair
7 DasPotentialderProduktindividualisierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
PaulChristophGembarski
8 EigenschaftenundValidierungoptischerKomponenten. . . . . . . . . . . . 87
GerolfKloppenburgundAlexanderWolf
9 PotentialeimProduktdesign. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
RobertJanWyszka
10 Sicherheitsaspekte–EinThemafu¨rdieAus-undWeiterbildung?!. . . 109
IlkaZajonsundKlausNowitzki
Autorenverzeichnis. . . .. . . . . .. . . . .. . . . . .. . . . .. . . . .. . . . . .. . . . .. . 115
Glossar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Sachverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
vii
1
Einleitung
Roland Lachmayer und Rene Bastian Lippert
Seit Chuck Hull 1986 mit der Stereolithografie die erste 3D-Druck Technologie zum
Patent anmeldete, entwickelte sich eine ganze Bandbreite von Anwendungsbereichen,
welche sich unter dem Begriff des Additive Manufacturing zusammenfassen lassen.
Bedingt durch die Vorteile gegenu¨ber konventioneller Verfahren, wie beispielsweise
derwerkzeuglosenFormgebungoderderMo¨glichkeitzurHerstellungnahezubeliebiger
Bauteilgeometrien,etablierensichdiese Verfahren inimmermehrBranchen.Nebender
HeimanwendungkleinerMaschinendurchdenEndkundenistbesondersinderindustrie-
llen Anwendung des Additive Manufacturing ein beachtlicher Entwicklungsfortschritt
deutlich.Sohabensichinju¨ngsterZeitdieBaugeschwindigkeit,dieZuverla¨ssigkeitund
Genauigkeit,dieFertigungsqualita¨tunddieAnschaffungskostenvonAdditiveManufac-
turingAnlagenerheblichverbessert.
1.1 Megatrend 3D-Druck
Das Additive Manufacturing (AM), als U¨berbegriff fu¨r das Rapid Prototyping (RP), das
Rapid Tooling(RT),dasDirectManufacturing(DM)unddasRapid Repair(RR)basiert
aufdemPrinzipdesadditivenSchichtaufbausinx-,y-undz-Richtungzurmaschinellen
Herstellung einer (Near-) Net-Shape Geometrie [1]. Wie in Abb.1.1 erkenntlich, lassen
sich die verschiedenen Bereiche des AM in einen Endkundenbereich und einen profes-
sionellenBereichunterscheiden.
Der Endkundenbereich umfasst zum einen die Do-It-Yourself (DIY) Anwendung,
woruntermandieVerwendungdesAMdurchdenEndkundenversteht.DurchdenErwerb
R.Lachmayer(*)(cid:129)R.B.Lippert
Institutfu¨rProduktentwicklungundGera¨tebau(IPeG),Hannover,Deutschland
E-Mail:[email protected];[email protected]
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R.Lachmayeretal.(Hrsg.),3D-Druckbeleuchtet,
DOI10.1007/978-3-662-49056-3_1
2 R.LachmayerundR.B.Lippert
Abb.1.1 Anwendungsbereiche
desAdditiveManufacturing
oderdenAufbaueines„3D-Druckers“gelangtderEndkundezunehmendindieRolledes
Produzenten. Im Rahmen einer Open-Source Bewegung erfolgt der Wissensaustausch
unter Verwendung von beispielsweise Web-Foren oder Wiki-Systemen. Zum anderen
gliedertsichdieAnwendungdesArt&DesignindenEndkundenbereichein.Durchden
additiven Schichtaufbau ko¨nnen Modelle schnell und einfach gefertigt werden. Dabei
erfolgt die Substitution von zeitaufwendiger Handarbeit, sodass organische Formen
gu¨nstig hergestellt werden ko¨nnen. Die Anwendungen reichen dabei vom Modellbau,
u¨ber die Personalisierungvon Accessoiresbis hinzum Produktdesign(InterieurDesign,
Instrumente,Kunst,etc.).
Dem gegenu¨ber stehtder professionelle Bereich. Dieser wiederum entha¨lt zum einen
die industrielle Anwendung. Hierunter versteht man die Herstellung von Komponenten,
welche die Produktentwicklung unterstu¨tzen, sowie den Aufbau von Bauteilen, welche
spa¨teralsProduktverwendetodermitanderenKomponentenzueinerBaugruppeassem-
bliert werden. DerindustrielleAnwendungsbereich beschreibt ein großesSpektrum ver-
schiedener Doma¨nen, wie beispielsweise die Luft- und Raumfahrt, die Automobilbran-
che, den Anlagenbau oder die Medizintechnik. Andererseits entha¨lt der professionelle
Bereichvisiona€reAnwendungsgebiete,welcheunterVerwendungdesadditivenSchicht-
aufbaus innovative Felder ero¨ffnen. Beispielsweise werden im Nahrungsmittelbereich
Mahlzeitenfu¨rdieRaumfahrtadditivhergestellt.DurchdasVerklebenvonpulverisierten
Komponenten, wie z.B. Zucker oder Kohlenhydraten, ko¨nnen so individualisierte „Me-
nu¨s“generiertwerden. Einweitererinnovativer Anwendungsbereich istder Aufbau von
menschlichenOrganen.Durchden„Druck“vonorganischen ZellenaufGewebestruktu-
ren, sollen patientenspezifische Organe hergestellt werden. Abstoßvorga¨nge und Unver-
tra¨glichkeitenimKo¨rperentfallen.
Eine maßgebliche Herausforderung fu¨r die erfolgreiche Etablierung des AM in den
verschiedenen Anwendungsbereichen ist das Erlangen einer technologischen Reife zur
Reproduzierbarkeit und Stabilita¨t des Prozesses. Fu¨r die Identifizierung des Reifegrades
einerAMTechnologiebeschreibtdasUS-MarkforschungsunternehmenGartnerdenHype
Cycle, welcher die Erwartungen an eine Technologie durch einen zeitlichen Verlauf
beschreibt.WieinAbb.1.2dargestellt,werden5Phasendefiniert,welchejedeTechnolo-
giezumErlangenderMarktreifedurchla¨uft.
DieerstePhase,dersogenannteInnovationsauslo¨ser,steigertdieErwartungenaneine
Technologie.DerHo¨hepunktderErwartungenmu¨ndetinderzweitenPhase.Darauffolgt