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.

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 Tooling fuer den Spritzguss- und Al-Druckgusswerkzeugbau

Bedingt durch die geringen Aufbauraten blieb die Anwendung des direkten Lasersinterverfahrens (DMLS) bislang auf die Herstellung kleinerer Formeinsätze für den Spritzguss- bzw. Al-Druckgusswerkzeugbau beschränkt. Um die Technologie des Rapid Tooling auf das Anwendungsfeld für größere Werkzeugeinsätze zu erweitern, ist vom IFAM zusammen mit weiteren europäischen Projektpartnern im Rahmen des Projekts ecoMold der sog. modulare Werkzeugbaukasten entwickelt worden. Das Konzept beruht darauf, dass ein Werkzeugeinsatz in Module zerteilt wird, die separat gefertigt werden. Jedes Modul setzt sich aus einer Grundgeometrie und einer Formgeometrie zusammen. Die Grundgeometrie stellt Volumenbereiche des Werkzeugeinsatzes dar, die keine formbestimmenden Geometrien beinhalten. Die Grundgeometrien werden als standardisierte Grundmodule durch Fräsen kostengünstig hergestellt. Die formbestimmenden Geometrien des Einsatzes werden durch das Lasersinterverfahren auf die Grundmodule aufgesintert. Die verschiedenen Module werden dann zum fertigen Werkzeugeinsatz montiert. Grundlage ist der vollständige STL-Datensatz der beiden Werkzeughälften. Auf der Basis einer Datenbank, die alle zur Verfügung stehenden Grundmodule in verschiedenen Abmessungsabstufungen enthält, wird die Anzahl, die Größe und die Lage der Module automatisiert von der am IFAM entwickelten Software bestimmt. Dabei wird versucht, den ursprünglichen STL-Datensatz des Werkzeugeinsatzes derart in einzelne Module zu zerlegen, dass die aufzusinternden Bereiche minimiert werden und möglichst viele Volumenbereiche des Einsatzes durch die in der Datenbank hinterlegten Grundmodule gefüllt werden. Mit dem vorgestellten System steht ein neues Fertigungskonzept zur Verfügung, das durch eine Kombination aus Lasersinter- und Fräsverfahren gestattet, das Lasersinterverfahren auch für Rapid-Tooling-Anwendungen für größere Bauteile anzuwenden. Erste Erfahrungen und Kalkulationen haben ergeben, dass im Vergleich zu konventionell hergestellten Werkzeugeinsätzen die Kosten um ca. 35% und die benötigten Bauzeiten um ca. 30% reduziert werden können.

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 Surface Creation – Schnell zu anspruchsvollen CAD-Flächen mit Tebis

In der CAD-Welt existieren unterschiedliche Arten, wie Oberflächen beschrieben werden. Netze, auch Meshes genannt oder Polymaschen, sind aus einer Vielzahl ebener Dreiecke zusammengesetzt (bis zu mehreren Millionen). Sie stammen aus Digitalisiersystemen oder aus virtueller Modelliersoftware und werden üblicherweise im STL-Format ausgetauscht. Verwandt hierzu sind Netze, die aus Simulationssystemen kommen, beispielsweise zur Umformsimulation von Blechteilen.

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.

The effect of an oral glucose load on sodium and water excretion after rapid intravenous infusion of 0.9% (w/v) saline

Previous studies have suggested that oral or intravenous glucose enhances salt and water retention following a saline load. To test this, we studied the effects of an oral glucose load on urinary sodium and water excretion and serum biochemistry in response to a 2l intravenous infusion of 0.9% saline in normal subjects.

Dilution and redistribution effects of rapid 2-litre infusions of 0.9% (w/v) saline and 5% (w/v) dextrose on haematological parameters and serum biochemistry in normal subjects: a double-blind crossover study

Although hypoalbuminaemia after injury may result from increased vascular permeability, dilution secondary to crystalloid infusions may contribute significantly. In this double-blind crossover study, the effects of bolus infusions of crystalloids on serum albumin, haematocrit, serum and urinary biochemistry and bioelectrical impedance analysis were measured in healthy subjects. Ten male volunteers received 2-litre infusions of 0.9% (w/v) saline or 5% (w/v) dextrose over 1 h; infusions were carried out on separate occasions, in random order. Weight, haemoglobin, serum albumin, serum and urinary biochemistry and bioelectrical impedance were measured pre-infusion and hourly for 6 h. The serum albumin concentration fell in all subjects (20% after saline; 16% after dextrose) by more than could be explained by dilution alone. This fall lasted more than 6 h after saline infusion, but values had returned to baseline 1 h after the end of the dextrose infusion. Changes in haematocrit and haemoglobin were less pronounced (7.5% after saline; 6.5% after dextrose). Whereas all the water from dextrose was excreted by 2 h after completion of the infusion, only one-third of the sodium and water from the saline had been excreted by 6 h, explaining its persistent diluting effect. Impedances rose after dextrose and fell after saline (P<0.001). Subjects voided more urine (means 1663 and 563 ml respectively) of lower osmolality (means 129 and 630 mOsm/kg respectively) and sodium content (means 26 and 95 mmol respectively) after dextrose than after saline (P<0.001). While an excess water load is excreted rapidly, an excess sodium load is excreted very slowly, even in normal subjects, and causes persistent dilution of haematocrit and serum albumin. The greater than expected change in serum albumin concentration when compared with that of haemoglobin suggests that, while dilution is responsible for the latter, redistribution also has a role in the former. Changes in bioelectrical impedance may reflect the electrolyte content rather than the volume of the infusate, and may be unreliable for clinical purposes.

Wie und wann werden Rapid-Technologien in der Medizintechnik wirtschaftlich?

Die Dentalindustrie heutzutage steht vor einem grundlegendem Wechsel der Herstellverfahren vom handgefertigten Objekt durch den Zahntechniker zur Mass Customization mittels Rapid-Technologien. Durch fortwährende Entwicklungen im Bereich bildgebender Verfahren stehen sowohl dem Mediziner als auch für die nachfolgenden Prozeßketten in steigendem Maße 3 dimensionale Datensätze zur Verfügung.