Additive Fertigungsverfahren (eBook)

Dr.-Ing. Andreas Gebhardt studierte an der technischen Hochschule Aachen Maschinenbau mit dem Schwerpunkt Motoren- und Turbinenbau. Er promovierte 1986 bei Professor Dibelius mit einer Arbeit über das instationäre Verhalten konventioneller Dampfkraftwerksblöcke. Nach Stationen als Geschäftsführer in der mittelständischen Wirtschaft wurde er zum Sommersemester 2000 als Professor für Hochleistungsverfahren der Fertigungstechnik und Rapid Prototyping an die Fachhochschule Aachen berufen. Dort leitet er eine Forschergruppe und Labore zum Lasersintern von Metallen (SLM Verfahren), Polymerdrucken, 3D-Drucken (Pulver-Binder Verfahren), Extrusionsverfahren (FDM) und zum Einsatz unterschiedlicher Fabber. Seit dem Wintersemester 2000 ist Andreas Gebhardt Gastprofessor am City College der City University New York.2004 gründete er das RTeJournal (www.rtejournal.de), eine „open-access“ online-Zeitschrift für Rapid Technologie und ist dessen Herausgeber.

Widmung 6
Vorwort 8
Über den Autor 10
Danksagung 12
Inhaltsverzeichnis 14
1Einordnung und Begriffsbestimmung 26
1.1?Systematik der Fertigungsverfahren 26
1.2?Systematik der Additiven?Fertigungsverfahren 27
1.2.1?Begriffsbestimmungen 28
1.2.2?Eigenschaften der Additiven Fertigungsverfahren 28
1.3?Einteilung der Additiven?Fertigungsverfahren 31
1.3.1?Rapid Prototyping 31
1.3.2?Rapid Manufacturing 33
1.3.2.1?Rapid Manufacturing – Direct Manufacturing 34
1.3.2.2?Rapid Manufacturing – Direct Tooling (Rapid Tooling – Prototype Tooling) 34
1.3.3?Nicht-additive Verfahren – Indirect Prototyping und Indirect Tooling 35
1.3.4?Rapid Prototyping oder Rapid Manufacturing? 36
1.3.5?Begriffsvielfalt 37
1.3.6?Wie schnell ist Rapid? 38
1.4?Integration der Additiven Fertigungstechnik in den Produktentstehungsprozess 38
1.4.1?Additive Verfahren in der Produktentwicklung 39
1.4.2?Additive Verfahren für die stückzahl-unabhängige Produktion 40
1.4.3?Additive Verfahren für die individualisierte Produktion 40
1.5?Maschinen für die Additive Fertigung 41
1.5.1?Fabber, Personal 3D-Drucker/Personal 3D?Printer 42
1.5.1.1?Fabber 43
1.5.1.2?Personal 3D-Drucker/Personal 3D?Printer 43
1.5.2?Professional 3D-Drucker/Professional 3D?Printer 43
1.5.3?Production 3D-Drucker/Production 3D?Printer oder?Produktionsmaschinen 43
1.5.4?Industrial 3D-Drucker 44
1.5.5?Maschinenklassen und Bauteileigenschaften 44
2Merkmale der Additiven Fertigungsverfahren 46
2.1?Verfahrensgrundlagen 46
2.2?Erzeugung der mathematischen Schichtinformation 51
2.2.1?Beschreibung der Geometrie durch einen 3D-Datensatz 52
2.2.1.1?Datenfluss und Schnittstellen 52
2.2.1.2?Modellierung dreidimensionaler Körper mittels 3D-CAD 54
2.2.1.2.1?CAD-Modelltypen 55
2.2.1.2.2?Anforderungen an CAD-Systeme 57
2.2.1.3?Modellierung dreidimensionaler Körper aus Messwerten 58
2.2.2?Erzeugung der geometrischen Schichtinformationen der?Einzelschichten 60
2.2.2.1?STL-Format 60
2.2.2.1.1?Fehler im STL-File 62
2.2.2.2?CLI-/SLC-Format 65
2.2.2.3?PLY- und VRML-Format 68
2.2.2.4?AMF-Format 70
2.3?Physikalische Prinzipien zur Erzeugung der Schicht 72
2.3.1?Generieren aus der flüssigen Phase 73
2.3.1.1?Photopolymerisation – Stereolithographie (SL) 73
2.3.1.2?Grundlagen der Polymerisation 74
2.3.1.2.1?Laserinduzierte Polymerisation 76
2.3.1.2.2?Vorteile der Stereolithographie 82
2.3.1.2.3?Nachteile der Stereolithographie 84
2.3.2?Generieren aus der festen Phase 85
2.3.2.1?Schmelzen und Verfestigen von Pulvern und Granulaten – Sintern?(Lasersintern,?LS), Schmelzen 85
2.3.2.1.1?Materialien für das Sintern und Schmelzen 86
2.3.2.1.2?Vor- und Nachteile des Sinterns und Schmelzens 91
2.3.2.1.3?Proprietäre oder handelsübliche Pulver? 92
2.3.2.2?Ausschneiden aus Folien und Fügen – Layer Laminate Manufacturing (LLM) 93
2.3.2.2.1?Vor- und Nachteile der Schichtverfahren (LLM) 94
2.3.2.3?Schmelzen und Verfestigen aus der festen Phase – Fused?Layer?Modeling?(FLM) 96
2.3.2.3.1?Extrudierende und ballistische Verfahren 96
2.3.2.3.2?Vor- und Nachteile der FLM-Verfahren 99
2.3.2.4?Verkleben von Granulaten mit Bindern – 3D?Printing (3DP) – Pulver?Binder?Verfahren 99
2.3.2.4.1?Vor- und Nachteile von Pulver-Binder-Verfahren 100
2.3.3?Generieren aus der Gasphase 101
2.3.3.1?Aerosoldruckverfahren 101
2.3.3.1.1?Vor- und Nachteile von Aerosoldruckverfahren 102
2.3.3.2?Laser Chemical Vapor Deposition (LCVD) 102
2.3.4?Sonstige Verfahren 104
2.3.4.1?Sonolumineszenz 104
2.3.4.2?Elektroviskosität 105
2.4?Elemente zur Erzeugung der physischen Schicht 105
2.4.1?Bewegungselemente 106
2.4.1.1?Plotter 106
2.4.1.2?Scanner 107
2.4.1.3?Parallelroboter (Delta Roboter) 108
2.4.2?Generierende und konturierende Elemente 109
2.4.2.1?Laser 109
2.4.2.2?Druckköpfe 111
2.4.2.3?Extruder 115
2.4.2.4?Schneidmesser 115
2.4.2.5?Fräser 116
2.4.3?Schichterzeugendes Element 116
2.5?Klassifizierung der additiven?Fertigungsverfahren 118
2.6?Zusammenfassende Betrachtung der?theoretischen Potenziale der?additiven?Fertigungsverfahren 120
2.6.1?Werkstoffe 121
2.6.2?Bauteileigenschaften 123
2.6.3?Details 123
2.6.4?Genauigkeiten 124
2.6.5?Oberflächengüte 125
2.6.6?Entwicklungspotenzial 125
2.6.7?Kontinuierliche 3D-Modellierung 126
3Additive Fertigungsanlagen für Rapid Prototyping, Direct Tooling und Direct?Manufacturing 128
3.1?Polymerisation – Stereolithographie (SL) 132
3.1.1?Maschinenspezifische Grundlagen 132
3.1.1.1?Laser-Stereolithographie 132
3.1.1.2?Digital Light Processing (DLP) 142
3.1.1.3?PolyJet und Multi-Jet Modeling (MJM) und Paste Polymerization 144
3.1.1.4?Continuous Liquid Interface Production (CLIP) 144
3.1.2?Übersicht: Polymerisation – Stereolithographie 145
3.1.3?Stereo Lithography Apparatus (SLA) – 3D?Systems 146
3.1.4?STEREOS – EOS GmbH 158
3.1.5?Stereolithographie – Fockele & Schwarze (F&
3.1.6?Mikrostereolithographie – microTEC 160
3.1.7?Solid Ground Curing – Cubital 163
3.1.8?Digital Light Processing – EnvisionTEC 164
3.1.9?Polymerdrucken – Stratasys/Objet 171
3.1.10?Multi-Jet-Modeling (MJM) – ProJet – 3D?Systems 178
3.1.11?Digital Wax 183
3.1.12?Film Transfer Imaging – 3D?Systems 186
3.1.13?Sonstige Polymerisationsverfahren 189
3.1.13.1?Paste Polymerization – 3D?Systems/OptoForm 189
3.2?Sintern/Selektives Sintern – Schmelzen?im Pulverbett 189
3.2.1?Maschinenspezifische Grundlagen 190
3.2.2?Übersicht: Sintern – Schmelzen 195
3.2.3?Lasersintern – 3D?Systems 197
3.2.3.1?Laser Sintering, SLS – 3D?Systems 197
3.2.3.2?Direct Metal Printing DMP-3D?Systems 207
3.2.4?Lasersintern – EOS GmbH 214
3.2.5?Laserschmelzen – ReaLizer GmbH 226
3.2.6?Laserschmelzen – SLM Solutions GmbH 231
3.2.7?Laserschmelzen – Renishaw LTD. 234
3.2.8?LaserCusing – ConceptLaser GmbH 237
3.2.9?Laser Metal Fusion (LMF) – TRUMPF 243
3.2.10?Elektronenstrahlsintern – ARCAM 246
3.2.11?Selective Mask Sintering (SMS) – Sintermask 252
3.2.12?Lasersintern – Phenix 253
3.3?Beschichten – Schmelzen?mit?der?Pulverdüse 254
3.3.1?Verfahrensprinzip 255
3.3.1.1?Pulverdüsenkonzepte 257
3.3.1.2?Prozessüberwachung und -regelung 258
3.3.2?Laser Engineered Net Shaping (LENS) – OPTOMEC 258
3.3.3?Laser Metal Deposition (LMD), TRUMPF 262
3.4?Schicht-Laminat-Verfahren – Layer?Laminate Manufacturing (LLM) 267
3.4.1?Übersicht: Schicht-Laminat-Verfahren 267
3.4.2?Maschinenspezifische Grundlagen 267
3.4.3?Laminated Object Manufacturing (LOM) – Cubic Technologies 272
3.4.4?Rapid Prototyping System (RPS) – Kinergy 277
3.4.5?Selective Adhesive and Hot Press Process (SAHP) – Kira 277
3.4.6?Layer Milling Process (LMP) – Zimmermann 277
3.4.7?Stratoconception – rp2i 278
3.4.8?Selective Deposition Lamination (SDL) – Mcor 279
3.4.9?Plastic Sheet Lamination – Solido 283
3.4.10?Sonstige Schicht-Laminat-Verfahren 283
3.4.10.1?Bauteile aus Metalllamellen – Laminated Metal Prototyping 283
3.5?Extrusionsverfahren – Fused?Layer?Modeling (FLM) 284
3.5.1?Übersicht: Extrusionsverfahren 284
3.5.2?Fused Deposition Modeling (FDM) – Stratasys 285
3.5.3?Wachsprinter – Solidscape 297
3.5.4?Multi-Jet-Modeling (MJM) – ThermoJet – 3D?Systems 301
3.5.5?ARBURG Kunststoff-Freiformen (AF) – ARBURG GmbH 301
3.6?Three Dimensional Printing (3DP) 307
3.6.1?Übersicht: 3D?Printing 307
3.6.2?3D?Printer – 3D?Systems/Z-Corporation 308
3.6.3?Metall und Formsand Printer – ExOne 312
3.6.3.1?Metall-Linie: Direct Metal Printer 314
3.6.3.2?Formsand-Linie: Direct Core and Mold Making Machine 317
3.6.4?Direct Shell Production Casting (DSPC) – Soligen 320
3.6.5?3D-Drucksystem – Voxeljet 323
3.6.6?Maskless Masoscale Material Deposition (M3D) – OPTOMEC 327
3.7?Hybridverfahren 331
3.7.1?Laserauftragsschweißen und Fräsen – Controlled Metal Build Up (CMB) – Röders 332
3.7.2?Laminieren und Ultraschallschweißen – Ultrasonic Consolidation – Fabrisonic/Solidica 335
3.7.3?Metallpulverauftragsverfahren (MPA) – Hermle 339
3.7.4?Hybrid (Additive and Substractive manufacturing) – DGM-MORI 344
3.7.5?Extrudieren und Fräsen – Big Area Additive Manufacturing (BAAM) – Cincinnati 348
3.8?Zusammenfassende Betrachtung der?Additiven Fertigungsverfahren 353
3.8.1?Charakteristische Eigenschaften der Additiven Fertigungs­verfahren?im Vergleich zu konventionellen Fertigungsverfahren 354
3.8.2?Genauigkeit 357
3.8.3?Oberflächen 360
3.8.4?Benchmark-Tests und User-Parts 364
3.9?Entwicklungsziele 367
3.10?Folgeprozesse 368
3.10.1?Zielwerkstoff Kunststoff 368
3.10.2?Zielwerkstoff Metall 368
4Rapid Prototyping 370
4.1?Einordnung und Begriffsbestimmung 370
4.1.1?Eigenschaften von Prototypen 370
4.1.2?Charakteristika des Rapid Prototyping 372
4.2?Strategische Aspekte beim Einsatz von?Prototypen 373
4.2.1?Produktentwicklungsschritte 373
4.2.2?Time to market 373
4.2.3?Frontloading 374
4.2.4?Digitales Produktmodell 377
4.2.5?Die Grenzen der physischen Modellierung 378
4.2.6?Kommunikation und Motivation 380
4.3?Operative Aspekte beim Einsatz von?Prototypen 380
4.3.1?Rapid Prototyping als Werkzeug zur schnellen Produktentwicklung 381
4.3.1.1?Modelle 381
4.3.1.2?Modellklassen 381
4.3.1.3?Modellklassen und Additive Verfahren 385
4.3.1.4?Zuordnung von Modellklassen und Modelleigenschaften zu?den?Familien der Additiven Fertigungsverfahren 389
4.3.2?Anwendung des Rapid Prototyping in der industriellen Produktentwicklung 392
4.3.2.1?Beispiel: Pumpengehäuse 392
4.3.2.2?Beispiel: Büroleuchte 394
4.3.2.3?Beispiel: Einbauleuchtenfassung 398
4.3.2.4?Beispiel: Modellbaggerarm 398
4.3.2.5?Beispiel: LCD-Projektor 402
4.3.2.6?Beispiel: Kapillarboden für Blumentöpfe 404
4.3.2.7?Beispiel: Gehäuse einer Kaffeemaschine 405
4.3.2.8?Beispiel: Ansaugkrümmer eines Vierzylindermotors 406
4.3.2.9?Beispiel: Cocktailbecher 407
4.3.2.10?Beispiel: Spiegeldreieck 407
4.3.2.11?Beispiel: Cabrioverdeck 408
4.3.3?Rapid Prototyping Modelle zur Visualisierung von 3D-Daten 412
4.3.4?Rapid Prototyping in der Medizin 412
4.3.4.1?Charakteristika medizinischer Modelle 412
4.3.4.1.1?Große Datenmengen 413
4.3.4.1.2?Nicht exakt definierte Modellabmessungen 413
4.3.4.1.3?Mehrere Modelle 413
4.3.4.1.4?Transparenz 413
4.3.4.1.5?Sterilisierbarkeit 414
4.3.4.1.6?Biokompatibilität 414
4.3.4.1.7?Stützstrukturen 414
4.3.4.1.8?Unverbundene Modellteile 414
4.3.4.2?Anatomische Faksimiles 415
4.3.4.3?Beispiel: Anatomisches Faksimile für eine Umstellungsosteotomie 417
4.3.5?Rapid Prototyping in Design, Kunst und Architektur 418
4.3.5.1?Modellbildung in Design und Kunst 418
4.3.5.2?Beispiel Kunst: Computer-Skulptur 418
4.3.5.3?Beispiel Design: Flaschenöffner 419
4.3.5.4?Angewandte Kunst – Bildhauerei und Plastiken 420
4.3.5.5?Beispiel Archäologie: Büste der Königin Teje 422
4.3.5.6?Modellbildung in der Architektur 423
4.3.5.7?Beispiel Architektur: Deutscher Pavillon für die Expo ’92 424
4.3.5.8?Beispiel Architektur: Ground Zero 425
4.3.5.9?Beispiel Architekturdenkmäler: Dokumentation?von?baugeschichtlich?relevanten?Gebäuden 426
4.3.6?Rapid Prototyping zur Überprüfung von Rechenverfahren 427
4.3.6.1?Spannungsoptische und thermoelastische Spannungsanalyse 427
4.3.6.1.1?Spannungsoptische Spannungsanalyse 428
4.3.6.1.2?Thermoelastische Spannungsanalyse (THESA) 429
4.3.6.2?Beispiel: Spannungsoptische Spannungsanalyse an?einem?Kipphebel eines Lkw-Verbrennungsmotors 429
4.3.6.3?Beispiel: Thermoelastische Spannungsanalyse zum?Festigkeitsnachweis an einer Automobilfelge 431
4.4?Ausblick 434
5Rapid Tooling 436
5.1?Einordnung und Begriffsbestimmung 436
5.1.1?Direkte und indirekte Verfahren 437
5.2?Eigenschaften additiv gefertigter Werkzeuge 439
5.2.1?Strategische Aspekte beim Einsatz Additiver Werkzeuge 439
5.2.1.1?Schnelligkeit 439
5.2.1.2?Umsetzung neuer technischer Konzepte 440
5.2.2?Konstruktive Eigenschaften additiv gefertigter Werkzeuge 441
5.2.2.1?Prototypwerkzeuge 442
5.2.2.1.1?Weiche gegossene Werkzeuge 442
5.2.2.1.2?Harte gegossene Werkzeuge 443
5.2.2.1.3?Harte direkt gefertigte Werkzeuge und Werkzeugeinsätze 443
5.2.2.2?Bereitstellung der Daten 445
5.3?Indirekte Rapid Tooling-Verfahren – Abformverfahren und Folgeprozesse 446
5.3.1?Eignung Additiver Verfahren zur Herstellung von Urmodellen für?Folgeprozesse 447
5.3.2?Indirekte Verfahren zur Herstellung von Werkzeugen für?Kunststoffbauteile 448
5.3.2.1?Abgießen in weiche Werkzeuge oder Formen 449
5.3.2.1.1?Vakuumgießen 449
5.3.2.1.2?Nylongießen 452
5.3.2.1.3?Silikonabguss 453
5.3.2.1.4?Photocasting 453
5.3.2.1.5?Spincasting 453
5.3.2.2?Abgießen in harte Werkzeuge 454
5.3.2.2.1?Metallspritzen 454
5.3.2.2.2?Gießharzwerkzeuge 455
5.3.2.2.3?Maskenwerkzeuge, Polyurethangießen 456
5.3.2.2.4?Niederdruckspritzgießen, Reaction Injection Molding (RIM) 457
5.3.2.2.5?3D?Keltool – Course4 Technology 457
5.3.2.3?Andere Abformverfahren für harte Werkzeuge 458
5.3.2.3.1?Ford Sprayform-Verfahren 458
5.3.2.3.2?Rapid Solidification Process, RSP 458
5.3.3?Indirekte Verfahren zur Herstellung von Metallbauteilen 459
5.3.3.1?Der Feingussprozess mit additiven Prozessschritten 459
5.3.3.2?Werkzeuge durch Feinguss von Rapid Prototyping Urmodellen 462
5.4?Direkte Rapid Tooling-Verfahren 463
5.4.1?Prototype Tooling – Werkzeuge auf der Basis von Kunststoff – 3D-Druckverfahren 463
5.4.1.1?Ausgießen von 3D gedruckten Bauteilen 463
5.4.1.2?3D gedruckte Werkzeugeinsätze 464
5.4.1.2.1?ACES Injection Molding, AIM 464
5.4.1.2.2?3D printed injection molding, 3D-IM 465
5.4.1.3?Tiefziehen oder Thermoformen 466
5.4.1.4?Herstellung von Kernen und Formen für den Metallguss 467
5.4.1.4.1?Sandguss 467
5.4.1.4.2?Druckguss 468
5.4.2?Metallwerkzeuge auf der Basis von mehrstufigen additiven Prozessen 469
5.4.2.1?Selektives Lasersintern von Metallen – IMLS – 3D?Systems 469
5.4.2.2?Paste Polymerization – 3D?Systems 470
5.4.2.3?3D?Printing von Metallen – ExOne GmbH 470
5.4.3?Direct Tooling – Werkzeuge auf der Basis von Metall 3D-Druckverfahren 471
5.4.3.1?Mehrkomponenten-Metallpulver-Lasersintern 471
5.4.3.2?Einkomponenten-Metallpulver-Verfahren – Sintern?und?Generieren 472
5.4.3.2.1?DirectTool – EOS GmbH 472
5.4.3.2.2?Laserschmelzen – SLM-Solutions 473
5.4.3.2.3?LaserCusing – Concept Laser 474
5.4.3.2.4?TruPrint und Direktes Laserformen – TRUMPF 475
5.4.3.2.5?Elektronenstrahlsintern – ARCAM 476
5.4.3.2.6?Lasersintern – 3D?Systems/Phenix 476
5.4.3.3?Laser-Generieren mit Pulver und Draht 477
5.4.3.3.1?Laser Engineered Net Shaping (LENS) – OPTOMEC 477
5.4.3.3.2?Laser Metal Deposition (LMD) 478
5.4.3.4?Schicht-Laminat-Verfahren – Metalllamellenwerkzeuge – Laminated?Metal Tooling 479
5.4.3.4.1?Ultrasonic Consolidation – Fabrisonic/Solidica 479
5.4.3.4.2?Lamellenwerkzeug – Weihbrecht 479
5.5?Ausblick 479
6Direct Manufacturing – Rapid Manufacturing 482
6.1?Einordnung und Begriffsbestimmungen 483
6.1.1?Begriffe 483
6.1.2?Vom Rapid Prototyping zum Rapid Manufacturing 484
6.1.3?Workflow für das Rapid Manufacturing 486
6.1.4?Anforderungen an die direkte Fertigung 486
6.2?Potenziale der additiven Fertigung von?Endprodukten 487
6.2.1?Erhöhte Konstruktionsfreiheit 487
6.2.1.1?Erweiterte konstruktive und gestalterische Möglichkeiten 487
6.2.1.2?Geometrie- und Funktionsintegration 489
6.2.1.3?Neuartige Konstruktionselemente 489
6.2.2?Herstellung traditionell nicht herstellbarer Produkte 490
6.2.3?Variation von Massenprodukten 491
6.2.4?Personalisierung von Massenprodukten 492
6.2.4.1?Passive Personalisierung – Hersteller Personalisierung 493
6.2.4.2?Aktive Personalisierung – Kunden Personalisierung 495
6.2.5?Realisierung neuer Werkstoffe 496
6.2.6?Realisierung neuer Fertigungsstrategien 497
6.2.7?Entwurf neuer Arbeits- und Lebensformen 499
6.3?Anforderungen an additive Verfahren für?die Fertigung 500
6.3.1?Anforderungen an die additive Herstellung eines Bauteils 500
6.3.1.1?Prozess 500
6.3.1.2?Materialien 502
6.3.1.3?Organisation 504
6.3.1.4?Konstruktion 505
6.3.1.5?Qualitätssicherung 505
6.3.1.6?Logistik 506
6.3.2?Anforderungen an die additive Serienfertigung mit heutigen Verfahren 506
6.3.2.1?Prozess 506
6.3.2.2?Materialien 508
6.3.2.3?Organisation 509
6.3.2.4?Konstruktion 509
6.3.2.5?Qualitätssicherung 509
6.3.2.6?Logistik 510
6.3.3?Zukünftige Anforderungen an die additive Serienfertigung 510
6.3.3.1?Prozess 510
6.3.3.2?Materialien 512
6.3.3.3?Organisation 513
6.3.3.4?Konstruktion 514
6.3.3.5?Qualitätssicherung 515
6.3.3.6?Logistik 516
6.4?Fertigungsanlagen zur Realisierung des?Rapid Manufacturing 517
6.4.1?Additive Fertigungsanlagen als Elemente einer Fertigungskette 517
6.4.1.1?Industrielle Komplettfertigung 518
6.4.1.2?Individuelle Komplettfertigung (Personal Fabrication) 520
6.4.2?3D-Drucker als Flexible AM-Systeme (FAMS) 521
6.4.2.1?Vom Personal 3D-Drucker zum Flexiblen Additive Manufacturing System, FAMS 522
6.4.2.2?Concept Laser, Factory of Tomorrow 523
6.4.2.3?EOS M400 524
6.4.2.4?Additive Industries (AI) MetalFAB1 524
6.5?Anwendungen des Direct Manufacturing 526
6.5.1?Anwendungsfelder nach Werkstoffen 526
6.5.1.1?Metallische Werkstoffe und Legierungen 526
6.5.1.2?Hochleistungskeramiken 527
6.5.1.3?Kunststoffe 529
6.5.1.4?Neue Werkstoffe 529
6.5.2?Anwendungsfelder nach Branchen 530
6.5.2.1?Werkzeugbau 530
6.5.2.2?Gießereiwesen 532
6.5.2.2.1?Dentaltechnik 533
6.5.2.2.2?Schmuckindustrie 534
6.5.2.3?Medizinische Geräte und Hilfsmittel, Medizintechnik 536
6.5.2.3.1?Zahnspangen: Aligner – Invisalign 536
6.5.2.3.2?Hörgeräteschalen, Otoplastiken 537
6.5.2.3.3?Technische Medizingeräte 539
6.5.2.4?Design und Kunst 540
6.5.2.5?Automobilbau 546
6.6?Perspektiven 549
7Sicherheitsvorschriften und Umweltschutz 552
7.1?Gesetzliche Grundlagen für das Betreiben und das Herstellen von Generativen Fertigungsanlagen und den Umgang mit?den zugehörigen Werkstoffen 554
7.1.1?Baurecht 554
7.1.2?Wasserrecht 555
7.1.3?Gewerberecht 556
7.1.4?Immissionsschutzrecht 558
7.1.5?Abfallrecht 559
7.1.6?Chemikalienrecht 560
7.1.6.1?Sicherheitsdatenblätter 562
7.1.6.2?REACH 563
7.2?Anmerkungen zu Materialien für?die?Generative Fertigung 564
7.3?Anmerkungen zur Benutzung von?additiv?gefertigten Bauteilen 566
8Aspekte zur Wirtschaftlichkeit 568
8.1?Strategische Aspekte 569
8.1.1?Strategische Aspekte für den Einsatz additiver Verfahren in?der?Produktentwicklung 569
8.1.1.1?Qualitative Ansätze 569
8.1.1.2?Quantitative Ansätze 570
8.2?Operative Aspekte 571
8.2.1?Auswahl geeigneter additiver Fertigungsverfahren 572
8.2.2?Ermittlung der Kosten von Additiv-Manufacturing-Verfahren 572
8.2.2.1?Variable Kosten 573
8.2.2.2?Fixkosten 575
8.2.3?Charakteristika additiver Fertigungsverfahren und?ihre?Auswirkung?auf die Wirtschaftlichkeit 578
8.3?Make or buy? 584
9Zukünftige Rapid Prototyping-Verfahren 586
9.1?Mikrobauteile 586
9.1.1?Mikrobauteile aus Metall und Keramik 587
9.1.2?Mikrobauteile aus Metall und Keramik mittels Laserschmelzen 587
9.1.2.1?Schmelzvorgang beim selektiven Laserschmelzen 588
9.1.2.2?Mikrostrukturen aus Metallpulver 589
9.1.2.3?Mikrostrukturen aus Keramikpulver 591
9.2?Contour Crafting 594
9.3?D-Shape-Prozess 595
9.4?Selective Inhibition of Sintering (SIS) 597
9.4.1?SIS-Polymer-Prozess 597
9.4.2?SIS-Metall-Prozess 598
9.4.3?Continuous Liquid Interface Production (CLIP) – Carbon 3D 600
9.5?Fazit, Trends und Ausblick 603
9.5.1?Trends 603
9.5.2?Ausblick 603
10Anhang 606
Kritische Erfolgsfaktoren und Wettbewerbsstrategien 606
Wirtschaftlichkeitsmodell nach Siegwart und Singer 607
Technische Daten und Informationen 612
CAD-Systeme und Software für die additive Fertigung 613
Additive Fertigungsanlagen (Prototyper und Fabrikatoren) 613
Werkstoffe für additive Prozesse und Gießharze 614
Begriffe und Abkürzungen 693
11Literaturverzeichnis 704
Stichwortverzeichnis 714

1. Einordnung und Begriffsbestimmung
2. Merkmale der Generativen Fertigungsverfahren
3. Generative Fertigungsanlagen für Rapid Prototyping, Direct Tooling und Direct Manufacturing
4. Rapid Prototyping
5. Rapid Tooling
6. Direct Manufacturing - Rapid Manufacturing
7. Sicherheitsvorschriften und Umweltschutz
8. Aspekte zur Wirtschaftlichkeit
9. Zukünftige Rapid Prototyping Verfahren
10. Anhang