3D-Druck beleuchtet: Additive Manufacturing auf dem Weg in die Anwendung (German Edition)

Das vorliegende Buch zeigt einen Überblick über das breite Anwendungsfeld des Additive Manufacturing, mit dem Fokus auf den industriellen Einsatz unterschiedlicher Technologien. Nach der Beschreibung eines allgemeinen Grundverständnisses und der Einschätzung zur Nutzung von Additive Manufacturing Verfahren in der Produktentwicklung werden verschiedene Technologien hinsichtlich von Nachhaltigkeits-, Individualisierungs-, Qualifizierungs- und Gestaltungsaspekten analysiert. Dabei liegt der Fokus stets auf der Betrachtung der gesamten Prozesskette, vom Pre-Prozess über den In- und Post-Prozess bis hin zur Anwendung. Die abschließende Betrachtung von Sicherheitsmerkmalen des Additive Manufacturing resultiert in der Einschätzung zukünftiger Entwicklungen im Bereich des Additive Manufacturing. Vorwort 6 Inhalt 8 1 Einleitung 9 1.1 Megatrend 3D-Druck 9 Literatur 11 2 Chancen und Herausforderungen für die Produktentwicklung 12 2.1 Stand der Technik 13 2.2 Einordnung der Verfahren 14 2.3 Vorgehensmodell für das Additive Manufacturing 16 2.4 Ergebnisse 19 2.5 Zusammenfassung 23 Literatur 24 3 Laserbasierte Technologien 25 3.1 Einleitung 25 3.1.1 Laserbasiertes Additive Manufacturing 27 3.2 Laserbasiertes Additive Manufacturing von Kunststoffen 27 3.2.1 Selektives Lasersintern 27 3.2.2 UV-Stereolithografie 28 3.2.3 Zweiphotonenpolymerisation 30 3.3 Laserbasiertes Additive Manufacturing von Metallen 30 3.3.1 Laserauftragsschweißen 30 3.3.2 Selektives Laserstrahlschmelzen 31 3.3.3 Elektronenstrahlschmelzen 33 3.4 Zusammenfassung 35 Literatur 35 4 Nachhaltigkeit und Business-Cases 37 4.1 Einleitung 37 4.2 Methodik 38 4.3 Analyse der Prozessketten 39 4.3.1 Erläuterung der Prozessketten 39 4.3.2 Ermittlung der CO2-Emissionen 41 4.3.3 Ergebnisse 43 4.4 Fallstudie am Demonstrator 44 4.4.1 Berechnung 44 4.4.2 Vergrößerung des Lösungsraums 46 4.4.3 Ultraleichtbau 48 4.5 Zusammenfassung und Ausblick 49 Literatur 50 5 Gestaltung von Additive Manufacturing Bauteilen 51 5.1 Einleitung 51 5.2 Stand der Technik 52 5.2.1 Wirkflächenbasierte Gestaltung 53 5.2.2 Topologieoptimierte Gestaltung 53 5.2.3 Bionische Gestaltung 54 5.3 Vergleich anhand von Demonstratoren 55 5.3.1 Wirkflächenbasierte Gestaltung 56 5.3.2 Topologieoptimierte Gestaltung 57 5.3.3 Bionische Gestaltung 57 5.4 Ergebnisse 58 5.5 Zusammenfassung und Ausblick 60 Literatur 61 6 Rapid Repair hochwertiger Investitionsgüter 62 6.1 Einleitung 62 6.2 Stand der Technik 63 6.2.1 Bindungsmechanismen im SLS/SLM 63 6.2.2 Prozessvariablen 65 6.3 Case-study 68 6.3.1 Grundlegende Untersuchungen 68 6.3.2 Case study: Hohlwürfel 69 6.3.3 Case study: Radträger 70 6.4 Ergebnisse 71 6.5 Ausblick 72 Literatur 73 7 Das Potential der Produktindividualisierung 75 7.1 Einleitung 75 7.2 Kundenindividuelle Massenfertigung 76 7.2.1 Produkt-Prozess-Änderungsmatrix 76 7.2.2 Charakteristika von kundenindividuellen Massenfertigern 78 7.2.3 Lösungsraummodellierung mittels Konfiguratoren 79 7.2.4 Formen der Individualisierung 80 7.3 Anwendungspotenzial von Additive Manufacturing 82 7.4 Exemplarisches Geschäftsmodell 84 7.5 Schlussbetrachtung 88 Literatur 88 8 Eigenschaften und Validierung optischer Komponenten 90 8.1 Einleitung 91 8.2 Additive Manufacturing Verfahren für optischer Reflektoren 92 8.2.1 Reflexionsgrad und Porosität des SLM-Aluminiums 93 8.2.2 Lichtverteilung und Auswertung 95 8.3 Konzept des Zusatzfernlichts 96 8.4 Validierung des Reflektors 99 8.4.1 Geometrie 99 8.4.2 Oberflächenrauheit 100 8.4.3 Nachbearbeitung 101 8.4.4 Lichtverteilung 101 8.4.5 Fertigungszeit und Aufwand 102 8.5 Zusammenfassung und Ausblick 104 Literatur 104 9 Potentiale im Produktdesign 106 9.1 Einleitung 106 9.2 Prototypenbau 107 9.3 Neue Formsprache durch Additive Manufacturing 108 9.4 Mass customization und geänderte Geschäftsmodelle 110 10 Sicherheitsaspekte - Ein Thema für die Aus- und Weiterbildung?! 111 10.1 Der Schlüssel zum Erfolg: Eine sichere Technologie 111 10.2 Ein neues Thema in der Aus- und der Weiterbildung 113 10.3 Aufklärung tut Not! 114 Literatur 115 Autorenverzeichnis 116 Die Herausgeber 116 Die Autoren 117 Glossar 120 Sachverzeichnis 122 Front Matter....Pages i-vii Einleitung....Pages 1-3 Chancen und Herausforderungen für die Produktentwicklung....Pages 5-17 Laserbasierte Technologien....Pages 19-30 Nachhaltigkeit und Business-Cases....Pages 31-44 Gestaltung von Additive Manufacturing Bauteilen....Pages 45-55 Rapid Repair hochwertiger Investitionsgüter....Pages 57-69 Das Potential der Produktindividualisierung....Pages 71-85 Eigenschaften und Validierung optischer Komponenten....Pages 87-102 Potentiale im Produktdesign....Pages 103-107 Sicherheitsaspekte – Ein Thema für die Aus- und Weiterbildung?!....Pages 109-113 Back Matter....Pages 115-125 Nach der Beschreibung eines allgemeinen Grundverstandnisses und der Einschatzung zur Nutzung von Additive Manufacturing Verfahren in der Produktentwicklung werden verschiedene Technologien hinsichtlich von Nachhaltigkeits-, Individualisierungs-, Qualifizierungs- und Gestaltungsaspekten analysiert.