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.

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.

Rapid prototyping: pikavalmistuksen mahdollisuudet tuotekehityksessä

Tämän kandidaatintyön tavoitteena on selvittää miten pikavalmistusta voidaan hyödyntää tuotekehityksessä ja mitä mahdollisuuksia se tarjoaa tuotekehityksen kehittämiseksi ja monipuolistamiseksi. Työn teoreettisessa osuudessa selvennetään pikavalmistuksen teknistä toimintaa ja sen liittymistä tuotekehitysprosessiin. Tuotekehitysteorioista esitellään yleisimmät teoriat ja niiden menetystekijät sekä ongelmat. Työn jälkimmäisessä osassa esitellään pikavalmistuksen mahdollisuudet ja hyödyt tuotekehityksissä. Pikavalmistuksen hyödyntämisen edellytykset esitellään viimeiseksi. Tutkielma on toteutettu kirjallisuustyönä ja saadut tulokset perustuvat alan kirjallisuuteen ja artikkeleihin. Tutkimuksessa selvisi, että pikavalmistuksen avulla pystytään pienentämään tuotekehityksen kustannuksia merkittävästi. Tuotekehitykseen kuluvaa aikaa voidaan lyhentää huomattavasti. Suunnittelun laatua pystytään parantamaan ja poistamaan suunnittelun rajoituksia. Valmistusteknisesti pikavalmistuksella on joitakin ylivertaisia ominaisuuksia perinteisiin valmistustekniikoihin nähden.

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.

Einsatzpotenziale von Rapid-Technologien bei der Reparatur von elektronischen Bauelementen auf Folienschaltungen

Für bisher bekannte Anwendungen ist die Realisierung von konturnahen Kühlkanälen in Werkzeugformen mit Hilfe von generativen Verfahren eine wichtige Aufgabenstellung. Dieser Aspekt wird in diesem Artikel aufgegriffen, mit dem Ziel ein Kanalsystem für eine definierte Erwärmung und Abkühlung eines Funktionsbauteils zu verwirklichen. Das Rapid-Tooling Verfahren Metallfolien-LOM erfüllt in besonderen Maß die Kriterien für die Herstellung einer geeigneten Handhabungseinrichtung für die Reparatur von elektronischen Komponenten auf Folienschaltungen.

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.

Optimierung der Eigenschaften von thermoplastischen Lasersinter-Bauteilen

Das Lasersintern (LS) hat sich als generatives Verfahren zur schichtweisen Fertigung von Modellen und Prototypen aus CAD-Daten etabliert. Die Möglichkeit werkzeuglos beliebig komplexe Bauteile zu erstellen birgt großes Potential für die zukünftige Fertigung von Einzelstücken und Kleinserien. Da die verfügbare Technologie starke Schwankung der Qualität mit sich bringt, stellt sich jedoch die Frage nach der prinzipiellen Leistungsfähigkeit des Verfahrens. Die Professur Fertigungstechnik an der Universität Duisburg-Essen verfügt über eine Sinterstation 2000 und hat sich näher mit dieser Problematik befasst um zu untersuchen, welche Qualität bei gegebener Anlagentechnik unter Verwendung eines gängigen Lasersinter-Werkstoffes erreichbar ist.

Strahlschmelzen - LaserCUSING® - Integration im Werkzeug- und Formenbau

Die generativen Fertigungsverfahren haben längst ihren Platz in der Wertschöpfungskette neben konventionellen Prozessen eingenommen. Trotzdem müssen die Anwender immer wieder aufs Neue für die recht abstrakten Möglichkeiten und Chancen der Verfahren sensibilisiert werden. Querdenken kann oft schneller und effizienter zur erfolgreichen Problemlösung beitragen als traditionelle Schlüsselwege. Deshalb soll der Beitrag einige Kernpunkte ansprechen, die die additiven Verfahren in den Unternahmen – speziell das LaserCUSING® - als überaus sinnvolle Ergänzung des Technologieparks erachten. Neben der Herstellung von metallischen Prototypen geht der Vortrag insbesondere auf die Vielfalt der Effekte integrierbarer Kanäle in Formeinsätzen besonders des Spritzgusswerkzeugbaus ein.

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.