Die generative Herstellung von Dentalmodellen- eine Rapid Manufacturing Herausforderung

Heutzutage stehen zunehmend – z.B. durch den raschen Fortschritt bei den bildgebenden Verfahren – digitale Datensätze im Dentalbereich zur Verfügung. CAD/CAM-syteme gehören dabei in der Zahntechnik längst zum Stande der Technik. Für die Anwendung derartiger Systeme ist jedoch ein Gipsmodell nötig, welches zum Beginn der Prozesskette vom Zahntechniker mittels eines optischen Scanners digitalisiert wird. Die Weiterentwicklung intraoraler Scanner ermöglicht heutzutage außerdem die Digitalisierung ganzer Kiefer im Patientenmund durch den Zahnarzt. Insbesondere für z.B. die ästhetischen Restaurationen bildet hier das zahntechnische Modell nach wie vor die unersetzliche Arbeitsgrundlage für den Techniker. In der vorliegenden Arbeit wird dazu ein Rapid Manufacturing Verfahren zur Herstellung von Dentalmodellen auf Basis der Stereolithographie vorgestellt. Dabei wird auf die besonderen Anforderungen hinsichtlich Präzision, Robustheit und Wirtschaftlichkeit von generativen Fertigungsverfahren für dentale Applikationen eingegangen und eine neu entwickelte Baustrategie vorgestellt, mittels derer die o.g. Anforderungen erfüllt werden

Trends and Expertise Exchange within Rapid Manufacturing in Europe

Rapid Manufacturing (RM) umfasst den Begriff der direkten und wirtschaftlichen Bauteilherstellung des Serienprodukts aus 3D-Daten. Die Hauptvorteile sind u.a. das Wegfallen von Werkzeugen und eine Designfreiheit in der Produktentwicklung, die noch vor wenigen Jahren undenkbar war. Wenngleich heute eine Vielzahl von Werkstoffen im Kunststoff- und Metallbereich einsetzbar sind, konzentriert sich die Verbreitung des RM allerdings auf besondere Technologie- und Wirtschaftszweige, aufgrund mangelnder Erfahrungswerte, teilweise abweichender Werkstoffeigenschaften, fehlender Standards und ungeeigneter Testmethoden. In der Praxis sind Ingenieure und Techniker stark darauf bedacht, auf etablierte Abläufe und Standards zurückzugreifen. Es ist daher schwer einen geeigneten RM-Prozess aufzubauen, wo wichtige Eingangsgrößen meist unbekannt sind. In diesem Bericht wird beschrieben, welche Informationskanäle es innerhalb Europas zum Thema RM gibt und welche Hochschulen und Forschungszentren Aktivitäten aufweisen. Darüber hinaus werden Anwendungsfelder des RM aufgeführt, die über die bekannten Anwendungsfelder hinaus gehen. Dazu gehören Anwendungen im Bereich der Elektrotechnik, Raumfahrtinstrumentation und der Mode. Obwohl nicht alle Anwendungen des RM in diesem Bericht aufgeführt werden, sind einige Schlüsselinformationen im Bereich innovativer Anwendungen von RM enthalten.

Auslegung, Konstruktion und Fertigung von strömungsmechanischen Funktionsprototypen mittels Rapid Manufacturing

Bei der Fertigung von Funktionsbauteilen für Strömungsversuche spielt das Design und die Komplexität der Bauteilgeometrie eine wesentliche Rolle. Ziel der interdisziplinären Zusammenarbeit der Lehrstühle Strömungsmaschinen, Rechnereinsatz in der Konstruktion und Fertigungstechnik mit dem Rapid Technology Center (RTC) an der Universität Duisburg-Essen ist es, das Potenzial der additiven Fertigungsverfahren bei der Herstellung von Funktionsprototypen für strömungsmechanische Anwendungen effektiv zu nutzen. An verschiedenen, auf dieser Kooperation beruhenden, Best Practise Beispielen wird gezeigt wie das Laser-Sintern in die Prozesskette zur Herstellung von Laufrädern u. Ä. in unterschiedlichen Größenordnungen integriert werden kann. In diesem Zusammenhang werden auch die Vorüberlegungen (z. B. durch Simulation), Wechselwirkungen und Folgeprozesse, die mit dieser Fertigungstechnologie verbunden sind, aufgezeigt.

Auslegung, Konstruktion und Fertigung von strömungsmechanischen Funktionsprototypen mittels Rapid Manufacturing

Bei der Fertigung von Funktionsbauteilen für Strömungsversuche spielt das Design und die Komplexität der Bauteilgeometrie eine wesentliche Rolle. Ziel der interdisziplinären Zusammenarbeit der Lehrstühle Strömungsmaschinen, Rechnereinsatz in der Konstruktion und Fertigungstechnik mit dem Rapid Technology Center (RTC) an der Universität Duisburg-Essen ist es, das Potenzial der additiven Fertigungsverfahren bei der Herstellung von Funktionsprototypen für strömungsmechanische Anwendungen effektiv zu nutzen. An verschiedenen, auf dieser Kooperation beruhenden, Best Practise Beispielen wird gezeigt wie das Laser-Sintern in die Prozesskette zur Herstellung von Laufrädern u. Ä. in unterschiedlichen Größenordnungen integriert werden kann. In diesem Zusammenhang werden auch die Vorüberlegungen (z. B. durch Simulation), Wechselwirkungen und Folgeprozesse, die mit dieser Fertigungstechnologie verbunden sind, aufgezeigt.

Rapid manufacturing of aluminum components

A manufacturing technique for the production of aluminum components is described. A resin-bonded part is formed by a rapid prototyping technique and then debound and infiltrated by a second aluminum alloy under a nitrogen atmosphere. During thermal processing, the aluminum reacts with the nitrogen and is partially transformed into a rigid aluminum nitride skeleton, which provides the structural rigidity during infiltration. The simplicity and rapidity of this process in comparison to conventional production routes, combined with the ability to fabricate complicated parts of almost any geometry and with high dimensional precision, provide an additional means to manufacture aluminum components.

Additive manufacturing technologies : 3D printing, rapid prototyping, and direct digital manufacturing

This book covers in detail the various aspects of joining materials to form parts. A conceptual overview of rapid prototyping and layered manufacturing is given, beginning with the fundamentals so that readers can get up to speed quickly. Unusual and emerging applications such as micro-scale manufacturing, medical applications, aerospace, and rapid manufacturing are also discussed. This book provides a comprehensive overview of rapid prototyping technologies as well as support technologies such as software systems, vacuum casting, investment casting, plating, infiltration and other systems. This book also: Reflects recent developments and trends and adheres to the ASTM, SI, and other standards Includes chapters on automotive technology, aerospace technology and low-cost AM technologies Provides a broad range of technical questions to ensure comprehensive understanding of the concepts covered.

Slicing issues in CAD translation to STL in rapid prototyping

The rapid prototyping (RP) process is being used widely with great potential for rapid manufacturing of functional parts. The RP process involves translation of the CAD file to STL format followed by slicing of the model into multiple horizontal layers, each of which is reproduced physically in making the prototype. The thickness of the resulting slices has a profound effect on the surface finish and build time of the prototype. The purpose of this paper is to show the effects of slice thickness on the surface finish, layering error, and build time of a prototype, as well as to show how an efficient STL file can be developed. Three objects were modeled and STL files were generated. One STL file for each object was sliced using different slice thicknesses, and the build times were obtained. Screenshots were used to show the slicing effect on layering error and surface finish and to demonstrate the means to a more efficient STL file. From the results, it is clear that the surface finish and build time are important factors that are affected by slice thickness

Improved manufacturing quality and bonding of laser machined microfluidic systems

Laser micro-machining offers a versatile tool for the rapid manufacturing of polymeric microfluidics systems, with a typical turn-around-time in the order of minutes. However, the chaotic nature of the thermal evaporative ablation process can yield a significant number of defects in the surface of the manufactured microchannels, in the form of residual condensed material. In this work we have investigated the use of solvent evaporation by which to not only laminate bond the laser machined structures but to remove a significant number of the defect formed by the condensation of residual polymer. Results are presented of the surface profiling of the bonded channel structures and demonstrations of the bonding of the microchips to produce autonomous capillary microchannels.

Rapid Prototyping applied to surgical planning for correcting craniofacial malformations in wild animals. A case study of a brazilian fox

Veterinary surgery for treatment of wild animals is becoming an increasingly demanding task because it involves animals of different anatomy, many of them are already stressed and treatment must be performed to the highest standard in the minimum period of time. Craniofacial alterations may occur for three main reasons: genetic, functional or a combination of both. It is possible to modify the functional cause using intraoral devices like inclined plane. The treatment planning can be made based on virtual 3D models and rapid prototyping. An approximately 9 months old, 3.7 kg male Brazilian fox (Lycalopex vetulus) was referred to the Veterinary Hospital. Physical examination showed malocclusion with a deviation of the mandible to the right side. The virtual 3D model of the head was generated based on CT image data. The 3D models and rapid prototyping opened up new possibilities for the surgical planning and treatment of wild animals.

Laser-Sintern. Die Schluesseltechnologie des e-Manufacturing TM

e-Manufacturing™, das ist die schnelle, flexible und kostengünstige Fertigung von Produkten, Formen/Werkzeugen oder Modellen direkt aus elektronischen Daten. e-Manufacturing™ schließt Rapid Prototyping, Rapid Tooling oder Rapid Manufacturing ein, geht aber zugleich weit über den Gedanken der schnellen Verfügbarkeit hinaus. Zwar wird auch in Zukunft die schnelle Produktentwicklung eine immer wichtigere Rolle spielen, bei der e-Manufacturing™ für ein verkürztes Time to Market sorgt, Entwicklungskosten verringert und zur Risikominimierung beiträgt. Darüber hinaus entstehen aber auch neue Geschäftsmodelle, da Kleinserienproduktion, steigende Variantenvielfalt und eine individualisierte Produktion (Mass Customization) plötzlich möglich und wirtschaftlich sind und sich neue Logistikkonzepte wie (Spare) parts on demand entwickeln. Die neue Konstruktionsfreiheit des Laser-Sinterns ermöglicht neue Produktkonzepte. Minimale Einschränkungen durch das Fertigungsverfahren erlauben funktionelle Integration und die Fertigung des „Unmöglichen“, da kreisförmige und lineare Werkzeugbewegungen das Produktdesign nicht mehr beeinflussen bzw. limitieren. Auch die Fertigungskonzepte unterliegen einem Wandel und werden deutlich flexibler. Werkzeuglose Produktion, losgrößenangepasste Fertigung und dezentrale Fertigung on demand sind die Schlagworte der Zukunft. Der vorliegende Beitrag zeigt Beispiele für den erfolgreichen kommerziellen Einsatz von Laser-Sintern in allen Phasen des Produktlebenszyklus. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der direkten Herstellung von Funktionsteilen in der Serienfertigung. Die entscheidenden Faktoren für eine erfolgreiche Einführung und Anwendung von e-Manufacturing™ werden diskutiert. Der Beitrag zeigt auf, wie die neuesten technologischen Innovationen im Laser-Sintern, speziell zur Produktivitätssteigerung, das Spektrum der Anwendungsfelder erweitern, in denen dieses Fertigungsverfahren kostengünstige Lösungen bietet.

On the role of magnesium and nitrogen in the infiltration of aluminium by aluminium for rapid prototyping applications

Selective laser sintering has been used to fabricate an aluminium alloy powder preform which is subsequently debound and infiltrated with a second aluminium alloy. This represents a new rapid manufacturing system for aluminium that can be used to fabricate large, intricate parts. The base powder is an alloy such as AA6061. The infiltrant is a binary or higher-order eutectic based on either Al-Cu or At-Si. To ensure that infiltration occurs without loss of dimensional precision, it is important that a rigid skeleton forms prior to infiltration. This can be achieved by the partial transformation of the aluminium to aluminium nitride. In order for this to occur throughout the component, magnesium powder must be added to the alumina support powder which surrounds the part in the furnace. The magnesium scavenges the oxygen and thereby creates a microclimate in which aluminium nitride can form. The replacement of the ionocovalent Al2O3 with the covalent AlN on the surface of the aluminium powders also facilitates wetting and thus spontaneous and complete infiltration. (C) 2004 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Subtractive and additive manufacturing technology in moulding industry

This report is a review of additive and subtractive manufacturing techniques. This approach (additive manufacturing) has resided largely in the prototyping realm, where the methods of producing complex freeform solid objects directly from a computer model without part-specific tooling or knowledge. But these technologies are evolving steadily and are beginning to encompass related systems of material addition, subtraction, assembly, and insertion of components made by other processes. Furthermore, these various additive processes are starting to evolve into rapid manufacturing techniques for mass-customized products, away from narrowly defined rapid prototyping. Taking this idea far enough down the line, and several years hence, a radical restructuring of manufacturing could take place. Manufacturing itself would move from a resource base to a knowledge base and from mass production of single use products to mass customized, high value, life cycle products, majority of research and development was focused on advanced development of existing technologies by improving processing performance, materials, modelling and simulation tools, and design tools to enable the transition from prototyping to manufacturing of end use parts.

Rapid prototyping applied to a new development in moulds for rotational moulding

Rotational moulding is a unique manufacturing technique for the production of hollow plastic parts manufacturing. Moulds for rotational moulding are generally not standardized, such as for injection moulding, so each new mould must be completely manufactured except for a few ancillary parts like screws or clamps. The aim of this work has been to adapt and apply the advantages of rapid prototyping and electroforming technologies to try to achieve an innovative mould design for rotational moulding. The new innovative design integrates an electroformed shell, manufactured starting from a rapid prototyping mandrel, with different designed standard aluminium tools. The shell holder enables mould assembly with high precision a shell in a few minutes with the advantage of changing different geometries of the electroformed shells in the same tool. The overall mould cost is significantly decreased because it is only necessary to manufacture one or two shells each time, however the rest of the elements of the mould are standard and usable for an infinite number of shells, depending on size. The rapid prototyping of the mandrel enables a significant decrease the global cost of mould manufacturing as well. © 2008 Taylor & Francis Group.

Ultrafast near infrared sintering of TiO2 layers on metal substrates for dye-sensitized solar cells

A limiting step to roll-to-roll production of dye-sensitized solar cells on metals is TiO2 sintering (10-30 min). Near infrared (NIR) heating is a novel process innovation which directly heats titanium substrates giving rapid binder removal and sintering. NIR heating (for 12.5 s) at varying power gave titanium temperatures of 545, 685 and 817 degrees Celsius yielding cells with efficiencies of 2.9, 2.8 and 2.5%. Identical cells prepared in a conventional oven (1800 s) at 500, 600 and 800 degrees Celsius gave 2.9, 2.6 and 0.2% efficiency. NIR sintering is ultrafast and has a wide process window making it ideal for rapid manufacturing on metals.