Im Jahr 2015 wurde am Fraunhofer EMI eine Fertigungsanlage für den 3D-Druck von Metallen mit Bauteilabmessungen von bis zu 400 x 400 x 400 Kubikmillimetern und einer Laserleistung von einem Kilowatt in Betrieb genommen (Abbildungen 1 und 2). Mit diesen Kennwerten stellt sie eine der derzeit größten und leistungsfähigsten kommerziell verfügbaren Anlagen für den Lasersinterprozess dar und ist im Forschungsbereich in dieser Größe ein Unikat. Der 3D-Druck von Kunststoffen durch verschiedene chemische und physikalische Verfahren des Auftragens und Verfestigens hat sich in vielen Branchen etabliert und vielfältige Anwendungen gefunden. 3D-Druck – DLR Leichtbau. Der 3D-Druck von Metallen ist auf dem Weg, eine ähnliche Erfolgsgeschichte zu schreiben. Aktuell steht die Technologie an der Schwelle von der Herstellung funktioneller Muster, Prototypen und Spezialanwendungen hin zur industriellen Fertigung und Anwendung im Endprodukt. Die Prognosen, welche Auswirkung die generative Fertigung von Metallen auf die globale Produktion haben wird, gehen dabei stark auseinander.
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Der neuentwickelte Druckkopf kommt im Innovationslabor für generative Fertigung am ILK zum Einsatz. Additive Fertigungsverfahren bieten durch die nahezu grenzenlose Formfreiheit ein großes Potential für den Leichtbau. Das Schmelzschicht-Verfahren (Fused Deposition Modeling – FDM) gehört zu den erfolgreichsten Verfahrensvarianten. 3d druck leichtbau zum. Die strukturellen Eigenschaften hergestellter Komponenten sind durch den Einsatz von unverstärkten Thermoplasten bisher jedoch begrenzt. Für die Anwendung von endlosfaserverstärkten Thermoplasten im 3D-Druck-Verfahren wurde am ILK ein Druckkopf entwickelt, der die spezifischen Verarbeitungseigenschaften und -anforderungen von Faserverbunden berücksichtigt. Der neuartige Druckkopf ist in der Lage, erstmals kommerzielle Hybridgarne im 3D-Druck zu verarbeiten und dreidimensionale Objekte mit hohem Faservolumengehalt zu erzeugen. Komplexe und robuste Bauteile im 3D-Druck-Verfahren Als Ausgangsmaterial für den Druck-Prozess nutzen die ILK-Wissenschaftler ein Hybridgarn aus Glasfasern und Polypropylen als Verstärkungs- und Matrixkomponente und realisieren damit die Herstellung endlosfaserverstärkter Strukturen mit 35 Prozent Faservolumengehalt.
Damit ist der 3D-Druck ein äußerst Ressourcenschonendes und schnelles Verfahren, welches Material und Umwelt gleichermaßen schont. Hoch komplexe Geometrien sind darstellbar und fertigbar Es fallen keine teuren Werkzeugkosten an Schnelle Herstellung von Prototypen (Oftmals immerhalb weniger Stunden bis Tage) Änderungen während eines Entwicklungsprozesses können direkt im nächsten Druck umgesetzt werden. Und das ohne jegliche Werkzeugänderungen Wo macht 3D-Druck Sinn? 3D-Druck | Geometriefreiheit | Leichtbau | Prototypenbau » PROTOTEC. Die Anwendungsfelder sind sehr vielfältig. Es hat sich jedoch herauskristallisiert, dass sich die folgenden Anwendungsfelder als Favoriten herausgestellt haben. Hierbei können additive Fertigungsverfahren ihre Stärken und Potenzial am effektivsten umsetzen. Prototypen und Unikate Anschauungsmodelle Funktionsmodelle Neuentwicklungen frühzeitig auf Herz und Nieren testen Komplexe Strukturen Bionische Strukturen Leichtbau Teile in wenigen Tagen produzieren "Customised Parts" Stückzahl 1 Kleinserien mit hohen Werkzeug- / Rüstkosten Was additive Fertigungsverfahren nicht können Der 3D-Druck und die additiven Fertigungsverfahren haben auch Grenzen.
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Inspiration für Ihren Fortschritt im Leichtbau
Leichtbau umfasst viel mehr als nur das Verwenden von Faser-Kunststoff-Verbunden. Auch metallische Werkstoffe können durch cleveres Design, numerische Optimierung und Anwendung neuer Fertigungsprozesse einen signifikanten Mehrwert für Leichtbauteile und -systeme bieten. Zentraler Baustein zur Nutzung dieses Potenzials ist ein Werkstoffverständnis, das Materiaklassen übergreifend sein muss. Dabei sind die verschiedenen Werkstoffe mit ihrem teilweise sehr komplexen Materialverhalten und ihrer oft ausgeprägten Zeit- und Dehnratenabhängigkeit ein anspruchsvolles Umfeld für neue Berechnungsmethoden und Entwicklungsprozesse. Gitterstrukturen für 3D-Druck-Leichtbau auf Knopfdruck - K-ZEITUNG. Helfen kann hier das über Jahre aufgebaute und vertiefte Know-how des Leichtbauzentrum Sachsen auf diesem Gebiet, das auch für additiv gefertigten Bauteile und Systeme im Leichtbau eingesetzt werden kann. Der schichtweise Aufbau, die meist feinkörnige Werkstoffstruktur und die starke Abhängigkeit von den Prozessparametern erfordern oftmals einen Entwicklungspartner, der sowohl das Verständnis als auch geeigneten methodischen und praktischen Grundlagen bereithält.
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Sind sie sicher? Disruptiv bedeutet, dass es sich um eine Innovation handelt, die Wachstum ermöglicht. 3d druck leichtbau metall brandenburg. Kennzeichnend ist außerdem, dass nicht nur bestehende Assets verwendet und neu miteinander verbunden und vermarktet werden (Beispiel Uber, AirBnB), und auch nicht, dass bestehende Produkte mit neuen Eigenschaften versehen und damit teurer verkauft werden können. "Eine disruptive Innovation transformiert ein Produkt, das bisher sehr kompliziert und teuer war und macht es einfacher und billiger, so dass es sich mehr und neue Kunden leisten können. " (Clayton Christensen, US Managementexperte in einem Interview für Haufe)
Folgt man dem Wissenschaftler, so hat die additive Fertigung durchaus disruptives Potential – aber nur, wenn es gelingt die Kosten – und den Ressourcenverbrauch weiter zu senken, so dass die Produkte und/oder das Herstellverfahren tatsächlich "einfacher und billiger" werden. 4 Punkte für mehr Ressourceneffizienz der Additiven Fertigung
Denn in einer gerade erst erschienenen Studie des VDI Zentrum für Ressourceneffizienz wurde an einem Beispiel das konventionelle (vier Prozessschritte: Gießen, Schmieden, Entgraten und Wärmebehandeln und letzlich Fräsen) mit dem additiven Fertigungsverfahren (LBM-Verfahren) an einem Referenzbauteil verglichen.
Zwischen diesen Verfahren kann man also nicht beliebig hin und her springen, was konstruktiv eine Herausforderung ist! Die meisten Konstrukteure und Entwicklungsingenieure denken noch immer im subtraktiven Konstruktionsrahmen. Wirtschaftlicher 3D-Druck erfordert hier konstruktives Umdenken! Im 3D-Druck sollte die Prämisse sein, dass nur dort Material eingesetzt wird, wo es auch für die FUNKTION benötigt wird. 3d druck leichtbau x. Je mehr überflüssiges Material in ein Bauteil "rein" konstruiert wird, je teurer wird der Prozess und am Ende auch der 3D-Druck. Das können additive Fertigungsverfahren Im 3D-Druck lassen sich selbst komplexe Formen aufbauen, die in herkömmlichen Verfahren nicht realisiert werden können. Der 3D-Druck bietet hierbei den Vorteil, dass die aufwändige und kostenintensive Anfertigung von Formen und Werkzeugkosten entfallen. Gegenüber den subtraktiven Verfahren (Bsp. bei der Zerspanung) liegt der Vorteil der additiven Verfahren vor allem darin, dass kein überschüssiges Material verloren geht.
Einigkeit besteht allerdings darin: Für viele Industrien ist sie ein »Game Changer«, dies betrifft nach aktuellem Stand vor allem die Branchen Luft- und Raumfahrttechnik, Wehrtechnik, Fahrzeugtechnik, Medizintechnik und Werkzeugbau. Hauptunterschied zwischen Metall- und Kunststoffdruck ist, dass für Ersteren eine hochenergetische Energiequelle für den Schmelz- und Verfestigungsprozess benötigt wird. Das selektive Lasersintern ist die führende Methode verschiedener Pulverschmelzverfahren. Dabei wird mit einem fokussierten Laserstrahl Metallpulver auf- und umgeschmolzen. Das Metallpulver erstarrt, und eine neue Pulverlage wird in einer definierten Schichtstärke aufgetragen (Abbildung 3). Auf diese Weise entsteht ein homogenes 3D-Bauteil mit potenziell komplexer Geometrie (Abbildung 4). » Design follows function«
Die Gestaltungsfreiheit bei dem Strukturdesign für den 3D-Druck führt zu einer neuartigen Entwicklungsstrategie, welche anders als in einem fertigungsbezogenen Entwicklungsprozess die zu erfüllende Funktion einer Komponente in den Vordergrund stellt.