Rapid Tooling via Stereolithography

Approximately three years ago, composite stereolithography (SL) resins were introduced to the marketplace, offering performance features beyond what traditional SL resins could offer. In particular, the high heat deflection temperatures and high stiffness of these highly filled resins have opened the door to several new rapid prototyping (RP) applications, including wind tunnel test modelling and, more recently, rapid tooling.

Rapid Tooling mit Stereolithographie

Vor etwa drei Jahren wurden Komposit-Kunstharze für die Stereolithographie (SL) auf dem Markt eingeführt. Sie bieten Leistungsmerkmale, die jenseits dessen liegen, was traditionelle SL-Kunstharze auszeichnet. Insbesondere die hohe Wärmeformbeständigkeit und hohe Steifigkeit dieser Komposit-Kunstharze haben verschiedenen neuen Rapid-Prototyping(RP)-Anwendungen den Weg bereitet.

Rapid Manufacturing - eine interdisziplinäre Strategie

Als um 1987 ein Verfahren namens Stereolithographie und ein Stereolithography Apparatus (SLA) vorgestellt wurden, war der Traum von der Herstellung beliebiger dreidimensionaler Bauteile direkt aus Computerdaten und ohne bauteilspezifische Werkzeuge Realität geworden.

Rapid Manufacturing in der Kleinserienproduktion

Die enormen Fortschritte der Rechentechnik in den vergangenen 60 Jahren ermöglichten vielfältige Berechnungen, Simulationen und nicht zu letzt 3D-Konstruktionen sowie deren einheitliches Beschreiben mittels 3D-Flächendaten. Ebenso wurde es möglich real existierende Gegenstände zu vermessen und als 3D-Geometrie datentechnisch zu hinterlegen.

Möglichkeiten des Rapid Manufacturing im Sondermaschinenbau

Durch eine praxisnahe Beratung von Konstrukteuren und Einkäufern auch in kleineren Firmen, konnten gewinnbringende Einsatzmöglichkeiten im Sondermaschinenbau realisiert werden. Die Rapid Manufacturing Anwendungen die sehr erfolgreich im Luftführungsbereich eingesetzt sind, weisen deutliche Vorteile für den Kunden auf.

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.

Ansätze zur Qualitätsbewertung von generativen Fertigungsverfahren durch die Einführung eines Kennzahlensystems

Generative Fertigungsverfahren haben sich in den letzten Jahren als effektive Werkzeuge für die schnelle Entwicklung von Produkten nahezu beliebiger Komplexität entwickelt. Gleichzeitig wird gefordert, die Reproduzierbarkeit der Bauteile und auch seriennahe bzw. seriengleiche Eigenschaften zu gewährleisten. Die Vielfalt und der Umfang der Anwendungen sowie die große Anzahl verschiedener generativer Fertigungsverfahren verlangen adäquate Qualitätsüberwachungs- und Qualitätskontrollsysteme. Ein Lösungsansatz für die Qualitätsbewertung von generativen Fertigungsverfahren besteht in der Einführung eines Kennzahlensystems. Hierzu müssen zunächst Anforderungsprofile und Qualitätsmerkmale für generativ hergestellte Bauteile definiert werden, welche durch Prüfkörpergeometrien abgebildet und mit Hilfe von Einzelkennzahlen klassifiziert werden. In Rahmen der durchgeführten Untersuchungen wurde die Qualitätsbewertung anhand von Prüfkörpergeometrien am Beispiel des Laser-Sinterprozesses qualifiziert. Durch Beeinflussung der Prozessparameter, d.h. der gezielten Einbringung von Störgrößen, welche einzeln oder in Kombination zu unzulässigen Qualitätsschwankungen führen können, ist es möglich, die Qualität des Produktes zu beurteilen. Die Definition von Einzelkennzahlen, die eine Steuerung und Kontrolle sowie eine Vorhersage potentieller Fehler ermöglicht, bietet hierbei essentielle Möglichkeiten zur Qualitätsbewertung. Eine Zusammenführung zu einem gesamtheitlichen Kennzahlensystem soll zum einen den Prozess auf Grundlage der definierten Anforderungsprofile bewerten und zum anderen einen direkten Zusammenhang der ausgewählten Störgrößen und Prozessgrößen herleiten, um vorab eine Aussage über die Bauteilqualität treffen zu können.

Advantages and pitfalls in computer assisted orthopedic surgery planning using rapid-prototyped guides

Durch die von Rapid Prototyping gebotenen Möglichkeiten können computergestützte 3D Operationsplanungen präzise in der Operation umgesetzt werden. An der Universitätsklinik Balgrist wurden in den letzten 3 Jahren nahezu 100 Patienten erfolgreich behandelt, deren Operation in 3D geplant und mit patienten-spezifischen Schablonen umgesetzt wurde. Wir beschreiben die Genauigkeit dieser Methode und berichten über die hierbei gesammelten Erfahrungen. Aufgrund der Flexibilität der Rapid Prototyping Technologie, gibt es nicht immer nur einen Weg wie eine 3D geplante Operation umgesetzt werden kann. Wir zeigen daher anhand von Fallbeispielen unterschiedliche Strategien auf und beschreiben deren Vor- und Nachteile. Ausserdem präsentieren wir die Weiterentwicklung der Methode zur Anwendung an kleinerer Anatomie wie Knochen des Handgelenkes oder der Finger.

A new surface joining technique for the design of shoe lasts

The footwear industry is a traditional craft sector, where technological advances are difficult to implement owing to the complexity of the processes being carried out, and the level of precision demanded by most of them. The shoe last joining operation is one clear example, where two halves from different lasts are put together, following a specifically traditional process, to create a new one. Existing surface joining techniques analysed in this paper are not well adapted to shoe last design and production processes, which makes their implementation in the industry difficult. This paper presents an alternative surface joining technique, inspired by the traditional work of lastmakers. This way, lastmakers will be able to easily adapt to the new tool and make the most out of their know-how. The technique is based on the use of curve networks that are created on the surfaces to be joined, instead of using discrete data. Finally, a series of joining tests are presented, in which real lasts were successfully joined using a commercial last design software. The method has shown to be valid, efficient, and feasible within the sector.

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.

Sviluppo di un framework per l'automazione dei test al banco e la prototipazione di algoritmi di controllo di motori a combustione interna

Negli ultimi anni, i limiti sempre più stringenti sulle emissioni inquinanti dei gas di scarico, hanno portato ad un notevole aumento della complessità dei motori a combustione interna. Questa complicazione determina un aumento esponenziale del numero di test da effettuare nella sala prova. I metodi tipici di gestione dei test non possono più essere utilizzati, ma è essenziale creare un sistema che ottimizzi le prove. Per ridurre drasticamente il tempo di esecuzione, è necessario implementare un'architettura in grado di facilitare lo scambio di dati tra i sistemi presenti nella sala prova, e, in aggiunta, definire le strategie di automazione dei test. L'approccio a taluni metodi si presenta ancora complicato in molti gruppi di sviluppo di strategie di controllo motore, anche se, una volta sviluppati, portano e a grandi benefici durante la fase di test. Il lavoro illustra i metodi implementati per la gestione di queste strategie. Prima si descrive l'approccio utilizzato nella calibrazione di anticipo di accensione per mantenere livelli accettabili di detonazione durante il processo di calibrazione. Successivamente è mostrato il sistema di automazione dei test che consente il pieno controllo del punto di funzionamento del motore, la gestione dell'acquisizione e la verifica della stabilità delle condizioni ottenute. L'ultima parte mostra sistemi di prototipazione rapida per la gestione di componenti innovatici del motore.

Development and mechanical testing of a short intramedullary nail for fixation of femoral rotational osteotomy in cerebral palsy patients

Background: Rotational osteotomy is frequently indicated to correct excessive femoral anteversion in cerebral palsy patients. Angled blade plate is the standard fixation device used when performed in the proximal femur, but extensile exposure is required for plate accommodation. The authors developed a short locked intramedullary nail to be applied percutaneously in the fixation of femoral rotational osteotomies in children with cerebral palsy and evaluated its mechanical properties. Methods: The study was divided into three stages. In the first part, a prototype was designed and made based on radiographic measurements of the femoral medullary canal of ten-year-old patients. In the second, synthetic femoral models based on rapid-prototyping of 3D reconstructed images of patients with cerebral palsy were obtained and were employed to adjust the nail prototype to the morphological changes observed in this disease. In the third, rotational osteotomies were simulated using synthetic femoral models stabilized by the nail and by the AO-ASIF fixed-angle blade plate. Mechanical testing was done comparing both devices in bending-compression and torsion. Results: The authors observed proper adaptation of the nail to normal and morphologically altered femoral models, and during the simulated osteotomies. Stiffness in bending-compression was significantly higher in the group fixed by the plate (388.97 +/- 57.25 N/mm) than in that fixed by the nail (268.26 +/- 38.51 N/mm) as torsional relative stiffness was significantly higher in the group fixed by the plate (1.07 +/- 0.36 Nm/degrees) than by the nail (0.35 +/- 0.13 Nm/degrees). Conclusions: Although the device presented adequate design and dimension to fit into the pediatric femur, mechanical tests indicated that the nail was less stable than the blade plate in bending-compression and torsion. This may be a beneficial property, and it can be attributed to the more flexible fixation found in intramedullary devices.

Biomodel-guided stereotaxy

OBJECTIVES: To simplify the practice of stereotactic surgery by using an original method, apparatus, and solid anatomic replica for trajectory planning and to validate the method and apparatus in a laboratory and clinical trial. METHODS: The patient is marked with fiducials and scanned by using computed tomography or magnetic resonance imaging. The three-dimensional data are converted to a format acceptable to stereolithography. Stereolithography uses a laser to polymerize photosensitive resin into a solid plastic model (biomodel). Stereolithography can replicate brood vessels, soft tissue, tumor, and bone accurately (

The new craft skills of engineering: The impact of innovation technology on engineering practices

This chapter explores the impact of innovation technologies such as simulation, modelling, and rapid prototyping on engineering practice. Innovation technologies help redefine the role of engineers in the innovation process, creating a new division of innovative labour both with and across organizations. This chapter also explores the boundaries of experimentation and inertia within particular domains of problem-solving to create new opportunities and value.

Tooth Tissue Engineering: Optimal Dental Stem Cell Harvest Based on Tooth Development

Our long-term objective is to devise reliable methods to generate biological replacement teeth exhibiting the physical properties and functions of naturally formed human teeth. Previously, we demonstrated the successful use of tissue engineering approaches to generate small, bioengineered tooth crowns from harvested pig and rat postnatal dental stem cells (DSCs). To facilitate characterizations of human DSCs, we have developed a novel radiographic staging system to accurately correlate human third molar tooth developmental stage with anticipated harvested DSC yield. Our results demonstrated that DSC yields were higher in less developed teeth (Stages 1 and 2), and lower in more developed teeth (Stages 3, 4, and 5). The greatest cell yields and colony-forming units (CFUs) capability was obtained from Stages 1 and 2 tooth dental pulp. We conclude that radiographic developmental staging can be used to accurately assess the utility of harvested human teeth for future dental tissue engineering applications.