Prozessoptimierung des SLM-Prozesses mit hoch-reflektiven und thermisch sehr gut leitenden Materialien durch systematische Parameterfindung und begleitende Simulationen am Beispiel von Silber

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.

Entwicklung eines Ansatzes zur proaktiven Identifikation und Bestandsplanung von langsamdrehenden Materialien

Dem Bestandsmanagement wird in Unternehmen eine stetig steigende Bedeutung beigemessen. Die Möglichkeit, durch ein effizientes Bestandsmanagement Kosten zu reduzieren, ist für viele Unternehmen im Hinblick auf einen langfristigen Unternehmenserfolg wichtig. Im Fokus des Bestandsmanagements stehen oft schnelldrehende Materialien, die sich durch geringe Reichweiten und hohe Lagerumschläge auszeichnen. Das Potenzial eines systematischen Managements von langsamdrehenden Materialien wurde bisher noch nicht untersucht. Dieses Paper greift diese Thematik auf und liefert einen Beitrag zum Bestandsmanagement für langsamdrehende Materialien.

Grundlagen des Rapid Prototyping

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 Anwendertagung Rapid.Tech befasst sich mit den neuen Verfahren zur direkten Produktion und den daraus erwachsenden Chancen für Entwickler und Produzenten. Die Kenntnis der Rapid Prototyping Verfahren wird bei den meisten Fachvorträgen auf der Rapid.Tech vorausgesetzt. Für diejenigen, die sich bisher mit generativen Verfahren noch nicht beschäftigt haben, oder die ihre Grundkenntnisse schnell auffrischen wollen, haben wir die folgenden Zusammenfassung der Grundlagen der generativen Fertigungstechnik, der heutigen Rapid Prototyping Verfahren, zusammengestellt.

3D-Printing mit der PolyJet-Technologie von Objet

Objet Geometries Ltd entwickelt und produziert Rapid Prototyping Systeme und Materialien auf Basis der Polyjet-Technologie und bietet diese im internationalen Markt an. Objet ist der „Pionier“ in der Entwicklung der Polyjet-Technologie zur schnellen Erstellung von hochwertigen Modellen aus den 3D-Daten der Design- und CAx-Systeme. Die Oberflächenqualität, die schnelle Reinigung des Supportmaterials mit Hilfe eines Wasserstrahls, die Bauteilqualität hinsichtlich der Genauigkeit sowie die einfache Bedienung der Systeme zu einem hervorragenden Preis/Leistungsverhältnis zeichnen Objet als Marktführer dieser Technologie aus. Die Systeme von Objet sind insbesondere für den Anwender in Design und Engineering konzipiert und können in einer Büroumgebung betrieben werden. Die verwendeten Materialien sind für den Anwender ohne jegliche Gefahr einsetzbar und sind von einem deutschen Institut mit entsprechenden Zertifikaten dokumentiert. Die Produktlinie von Objet ermöglicht im Design und Engineering die Zeiten in der Produktentwicklung erheblich zu reduzieren. Kunden von Objet sind in Nordamerika, Europa, Asien und Australien zu finden, viele von ihnen sind bedeutende Unternehmen aus den Märkten Automobilindustrie, Elektronik/Elektrotechnik, Spielwaren, Medizin, Konsumerprodukte, Schuhindustrie, Schmuckindustrie und vielen anderen Branchen. Objet wurde 1998 gegründet und befindet sich im privaten Besitz. Das Unternehmen wird von Investoren wie der Scitex Corporation sowie von weiteren privaten Investoren, Unternehmer-Kapitalfonden and Kooperationen in USA, Japan, Europa und Israel unterstützt. Aus Wettbewerbsgründen werden Unternehmenszahlen derzeit nicht öffentlich zur Verfügung gestellt. Das Unternehmen beschäftigt zur Zeit weltweit ca. 75 Mitarbeiter und verfügt über eigene Vertriebs- und Servicecenter in den USA und Europa, sowie Vertriebspartnern in der ganzen Welt. Seit Mitte 2001 wurden über 170 Systeme weltweit vermarktet und installiert. Der Vortrag anlässlich der RapidTech wird diese noch recht „junge“ Technologie, deren Vorteile für den Anwender sowie die möglichen Applikationen an Hand von konkreten Beispielen im Detail erläutern.

Präzisionsfeinguss

Oftmals werden Prototypen und Kleinserien in einem Produktentwicklungsprozess benötigt. Während bei Teilen aus Kunststoff auf dem Markt eine Vielzahl von direkten und indirekten Verfahren mit einer großen Materialauswahl existieren, gibt es bei metallischen Teilen bedeutend weniger Möglichkeiten, diese schnell zu erzeugen. Bei komplexen Geometrien scheiden konventionelle Technologien aus. Oftmals wegen der Machbarkeit bzw. hoher Kosten und langer Fertigungszeiten. Beim Metallsintern bzw. analogen Verfahren (Melting, Cusing, …) ist die gegenwärtig noch stark eingeschränkte Anzahl der zur Verfügung stehenden Materialien vielfach Ausschlusskriterium. Als alternative Technologie wird deshalb vielfach das Feingießen nach dem Wachsausschmelzverfahren eingesetzt. Damit können präzise Prototypen und Kleinserien in allen gießbaren Materialien sowie einer hohen Oberflächenqualität und Detailtreue erzeugt werden. Setzt man dabei das Vakuum-Differenzdruckverfahren ein, bei dem die Wachstrauben in Küvetten eingebettet werden, stehen innerhalb weniger Tage Feingussteile zur Verfügung. Im Vortrag wird am Beispiel von zwei Projekten gezeigt, wie sowohl für Kleinserien als auch für die Losgröße 1 mit Hilfe moderner Feingussverfahren äußerst schnell und kostengünstig Teile aus Aluminium- oder Zinklegierungen mit komplexen Geometrien hergestellt werden können. Im ersten Projekt wird das Herstellen einer Kleinserie von Schaufelrädern mit räumlich gekrümmten Schaufeln für Kühlmittelpumpen des Automobilrennsports dargestellt. Die Geometrie lässt in diesem Fall kein konventionelles Fertigungsverfahren zu. Über Stereolithographiemodell und Silikonform werden Wachsmodelle erzeugt, die mittels Aluminiumfeinguss in das entsprechende metallische Teil überführt werden. Im zweiten Beispiel wird gezeigt, wie ausschmelz- bzw. ausbrennbare Rapid Prototyping Modelle direkt im Feingussprozess eingesetzt werden, um schnell und kostengünstig auch die Losgröße 1 zu realisieren. Dabei werden auch die Vor- und Nachteile gegenüber dem klassischen Feinguss aufgezeigt.

Generative Serienproduktion von Mikrokomponenten

Stetig steigende Funktionalitäten, intelligente Materialien, eine möglichst geringe Leistungsaufnahme verbunden mit kleinem Volumen und geringem Gewicht sind die zentralen Anforderungen u.a. der Medizintechnik und der Telekommunikation. Um diesen Bedarf mit industriellen Fertigungsverfahren abzudecken, startete das Unternehmen nach seiner Gründung in Rumeln bereits 1996 mit dem Aufbau der RMPD® Technologiefamilie. Heute sichern diese Technologien, mit denen die direkte Serienproduktion auf Basis der CAD Kontruktionsdaten für Mikrosysteme und –komponenten werkzeuglos erfolgt, einem internationalen Kundenkreis Markterfolge mit dem Einsatz patentierter Fertigungssysteme. microTEC ist an zwei Standorten als Auftragsproduzent für Unternehmen u.a. aus den Bereichen Sensorik, Telekommunikation, Medizintechnik und Biotechnologie tätig. Mit den RMPD® Technologien profitieren die Kunden auch durch die schnelle Anpassungsfähigkeit an sich ändernde Marktbedingungen und Verbraucherwünsche. Über 300 Kunststoffe mit den unterschiedlichsten Eigenschaften stehen für mikroelektronische Packaging-Dienstleistungen und Auftragsfertigung von Mikrosystemen zur Verfügung, zu den Produkten gehören z.B. Mikrogetriebe mit selbstschmierenden Zahnrädern und Lab-on-a-Chipsysteme, die mit dem Einsatz hydrophiler Kunststoffe die Kapillarwirkung auch in 3D nutzen. Die beiden Geschäftsführer Dipl. Ing. Reiner Götzen und Andrea Reinhardt, sowie der Prokurist Dr. Ing. Helge Bohlmann stehen für eine konzernunabhängige, kundenorientierte Strategie und verfügen über langjährige Erfahrung als mittelständische Unternehmer. Dies bildet zusammen mit der internationalen Marktorientierung, dem branchenübergreifenden Technologie Know-how und den inhouse verfügbaren Produktionsanlagen die Basis für den weiteren Standortausbau im 8. Jahr des Unternehmens.

Neuartige Maschinenelemente in der Fördertechnik und Logistik : Hochfeste, laufende Faserseile

Materialflusssysteme und fördertechnische Anlagen und Maschinen lassen sich herunterbrechen auf die Fördermittel, die Groß- und Unterbaugruppen bis hin zu den Basiselementen wie z.B. Tragmittel, Bremse, Kupplung, Zahnrad und Antrieb (Abb. 1). Eine sehr wesentliche sicherheitstechnische Funktion kommt dem Tragmittel zu. Das am häufigsten in verschiedensten Anwendungsfällen wie Kran, Aufzug, Seilbahn, Hebezeugen usw. eingesetzte Tragmittel ist bisher noch mit Abstand das Stahldrahtseil. Dabei wird zwischen vorwiegend auf zug- und zugschwellbeanspruchte Seile und schwellend auf Biegung beanspruchte über Scheiben laufende Seile unterschieden. Im Bereich der modernen Wachstumsbranchen Fördertechnik und Logistik steigen die Anforderungen an die Tragmittel Seile hinsichtlich der Lebensdauer, der Ablegereifeerkennung, der Reduzierung der Masse bei gleichzeitiger Steigerung von Bruchkräften, Verzicht auf Schmierung bis hin zu gekoppelten Funktionalitäten aus Kraft übertragen, Beanspruchung messen, Daten übertragen und Selbstüberwachung des Seils. Die hohen Anforderungen an die nächsten Generationen Tragmittel sind nicht ausschließlich mit Stahldrahtseilen zu erfüllen. Vielmehr müssen neuartige Maschinenelemente aus spezifischen Materialien mit angepassten Eigenschaften als Tragmittel in der Materialflusstechnik und Logistik Einzug halten.

Straße am Ende der Welt

Der deutsch-tschechische Architekt und Hochschullehrer Mirko Baum beschreibt seinen Weg zur Architektur und die bestimmenden Einflüsse, die ihn auf diesem Weg prägten: die kultivierte Sachlichkeit von Konstruktionen und Materialien ... und die Perspektive der tschechischen Moderne.

Vom Faux Terrain zum begehbaren Alpenpanorama Vergnügungsarchitektur an der Wende zum 20. Jahrhundert

Im späten 19. Jahrhundert realisierten Bauunternehmen Ausstellungsarchitekturen wie begehbare Berglandschaften als Großprojekte in Rabitzbauweise. Vom Konzept ein Phänomen der Vorkriegszeit, waren sie so kurzlebig wie die Ausstellungen, auf denen sie als Erlebniswelten dienten und so wenig bekannt sind sie heute: Zeitgenössische Texte schildern nicht die gebauten Anlagen, sondern die illusionistischen Landschaften, Abbildungen zeigen retuschierte Ansichten, so dass mit dem Abbruch der Bauten auch weitgehend das Wissen über die Konstruktion verschwand. Im Unterschied zu den heute noch zitierten Ikonen der Weltausstellungen seit 1851 sind die Alpenpanoramen selbst von der Forschung übersehen. Mit der Fokussierung der Architekturhistoriographie des 20. Jahrhunderts auf die Formensprache geriet in Vergessenheit, dass auch diese Bauten nahezu sämtliche Themen der architektonischen Moderne beinhalteten: ökonomisierte Bauprozesse, neue Materialien, leichte Konstruktionen, technisierte Ausstattung.

Lithographiebasierte Fertigung keramischer Bauteile

Im Rahmen des EU-Projektes PHOCAM entwickelt das beteiligte Konsortium Anlagen und Materialien für die generative Fertigung keramischer Bauteile auf Basis der Photopolymerisation. Das Kernelement der verwendeten Fertigungsanlagen, der DLP Projektor, erzeugt mittels leistungsstarker LEDs und einem 1080p DMD (Digital Micromirror Device) Bilder mit 1920x1080 Bildpunkten und der Pixelgröße von 40µm, woraus sich die Baufeldgröße von 76,8x43,2mm ergibt. Ein hochviskoser Schlicker, bestehen aus einem gefülltem fotosensitiven Harzsystem, wird von unten durch die gläserne Materialwanne belichtet, wodurch der Schlicker lokal aushärtet (polymerisiert). Auf diese Weise entsteht der Grünling, der in schichtbauweise (Standardschichtdicke von 25-50µm) aufgebaut ist. Im nachfolgenden Sinterprozess werden die Grünlinge zu den fertigen Keramikteilen gebrannt. Als keramisches Basismaterial für den Schlicker wurde vorwiegend Aluminiumoxid in Pulverform verwendet. Mit dem entwickelten System konnten bislang Schlicker mit einem Füllgrad (Keramikanteil) bis zu 50Vol% erfolgreich verarbeitet und zu Keramikteilen mit einer theoretischen Dichte von 99,6% gesintert werden.

Flexibilität, Variabilität, Erweiterbarkeit

Obwohl die Planungs- und Bauphase eines Gebäudes verglichen mit seiner potentiellen Lebensdauer relativ gering ist, wurde ihr in den 1960er und 1970er Jahren oftmals eine größere Aufmerksamkeit geschenkt als dem ausgeführten Bauwerk. Strategien zur Optimierung der Planung und zur Rationalisierung des Bauprozesses prägen die Architektur der "Boomjahre". Je nach Bauaufgabe ist der Einfluss dieser Strategien auf das geplante Objekt größer als jener baulicher Vorläufer, gesellschaftlicher und sozialer Ansprüche oder des seinerzeit vorhandenen Wissens um bewährte Materialien, Konstruktionen und Bautechniken. Flexibilität, Variabilität und Erweiterbarkeit waren häufig formulierte Planungsgrundlagen, die helfen sollten neben den bestehenden Anforderungen auch eine Reaktion auf veränderte Rahmenbedingungen, Einflussfaktoren und mögliche Entwicklungen zuzulassen. Heute stehen die Bauten der Boomjahre infolge bautechnischer Mängel, hoher Unterhaltkosten und veränderter ästhetischer Präferenzen häufig in der Kritik. Gleichwohl erlauben die verwirklichten Grundprinzipien Flexibilität, Variabilität und Erweiterbarkeit auch heute die Anpassung an veränderte Rahmenbedingungen.

Funktionsintegration im Werkzeugbau durch laseradditive Fertigung

Werkzeugbauer stellen anspruchsvolle Spritzgießwerkzeuge als Einzelanfertigung oder in kleiner Stückzahl her. Dabei unterliegen sie einem hohen Zeit- und Kostendruck durch die Forderung der Kunden nach einer kurzen Time-to-Market und der Konkurrenz aus Niedriglohnländern. Eine Innovation des Werkzeugbaus zur Reduzierung von Zeit und Kosten ist die Integration von zusätzlichen Funktionen in bestehende Komponenten. Am Institut für Laser- und Anlagensystemtechnik der TU Hamburg-Harburg wurde in Zusammenarbeit mit Werkzeugbau Siegfried Hofmann und Concept Laser ein Druckluftauswerfersystem für Spritzgießwerkzeuge entwickelt. Dieses System kann klassische Auswerferstifte vollständig ersetzen. Die Integration von Druckluftauswerfern in laseradditiv gefertigte Werkzeugeinsätze mit konturnaher Kühlung erfolgt kostenneutral, da sich die Fertigungszeit des Einsatzes durch das zusätzliche System nicht verlängert und eine Druckluftsteuerung bereits in Spritzgießmaschinen vorhanden ist. Zusätzlich entfällt durch das Druckluftauswerfersystem das komplette mechanische Auswerferpaket. Durch diese Einsparungen reduzieren sich Zeit und Kosten für das Werkzeug.