Vorwort 6
Danksagung 8
Die Autoren 10
Inhalt 14
1 Einleitung 18
1.1 Zielsetzung für das Buch 19
1.2 Einordnung der additiven Fertigungsverfahren 21
1.3 Marktsituation 23
1.4 Anwendungsgebiete 25
1.5 Potenziale der additiven Fertigung 32
1.5.1 Komplexe Geometrien 34
1.5.2 Leichtbau 35
1.5.3 Funktionsintegration 36
1.5.4 Ressourcenschonung 38
1.5.5 Losgrößen 39
1.5.6 Materialvielfalt 40
1.5.7 Individualisierung und Personalisierung 41
1.6 Schlussfolgerung 44
1.7 Historie der Produktgestaltung 45
1.8 Herausforderungen für Konstrukteure 48
1.8.1 Leichtbau & Ressourceneffizienz
1.8.2 Funktionsintegration 50
1.8.3 Reduktion des Montageaufwandes 51
1.8.4 Leistungssteigerung 51
1.9 Anwendungsbeispiele 52
1.9.1 Luft- und Raumfahrt 53
1.9.1.1 Airbus – Armlehne 54
1.9.1.2 Premium AEROTEC – Vent Bend 55
1.9.1.3 General Electric – Einspritzdüse 56
1.9.2 Automotiv 57
1.9.2.1 BMW i8 – Verdeckhalterung 57
1.9.2.2 Ford – Ansaugstutzen 57
1.9.2.3 APWORKS – Light Rider 58
1.9.3 Werkzeugbau 59
1.10 Ausblick Produktgestaltung 60
2 Additive Fertigung 62
2.1 Historie der Additiven Fertigung 65
2.2 Übersicht der Additiven Fertigungsverfahren 69
2.2.1 Polymerisation 70
2.2.1.1 Stereolithographie 72
2.2.1.2 Polymerdruckverfahren und Thermojet-Drucken (Polymer Jetting) 72
2.2.1.3 HP Multi Jet Fusion 74
2.2.2 Lasersintern und Laserschmelzen 75
2.2.2.1 Lasersintern/Selektives Lasersintern (LS – SLS) 75
2.2.2.2 Laserschmelzen/Selektives Laserschmelzen (SLM) 78
2.2.2.3 Elektronenstrahl-Schmelzen 79
2.2.3 Layer Laminated Manufacturing 80
2.2.3.1 Laminated Object Manufacturing 80
2.2.3.2 Selective Deposition Lamination (SDL) 82
2.2.3.3 LLM Maschinen für Metallteile 83
2.2.3.4 Bauteile aus Metalllamellen – Laminated Metal Prototyping 83
2.2.4 3D-Drucken 83
2.2.4.1 Metall- und Formsand-Printer – ExOne 86
2.2.5 Extrusion/Fused Layer Manufacturing 87
2.2.5.1 Fused Deposition Modeling (FDM) 88
2.3 Materialvielfalt 90
2.3.1 Werkstoffe für die Stereolithographie 91
2.3.2 Werkstoffe für das Polyjetverfahren 91
2.3.3 Werkstoffe für das Pulver-Binderverfahren 92
2.3.4 Werkstoffe für das Lasersintern 92
2.3.5 Werkstoffe für das FLM-Verfahren 93
2.4 Gestaltungsgrundlagen 94
2.4.1 Normung und Standardisierung 95
2.4.2 Prozesseinfluss auf die Konstruktion 97
3 Laser Powder Bed Fusion 102
3.1 Prozessgrundlagen 102
3.1.1 Prozessablauf 105
3.1.2 Prozessparameter 106
3.1.3 Herausforderungen und Prozessgrenzen 113
3.1.4 Post-Processing 117
3.1.5 Prozessgrenzen 118
3.2 Materialien 125
3.2.1 Pulverwerkstoffe 125
3.2.1.1 Stähle 125
3.2.1.2 Aluminium 126
3.2.1.3 Titan 127
3.2.1.4 Nickelbasislegierungen 128
3.2.2 Pulverherstellung 128
3.2.3 Werkstoffqualifizierung 130
3.2.4 Werkstoffprüfung 131
3.2.5 Werkstoffkennwerte 133
3.2.6 Werkstoffkosten 134
3.3 Anlagenüberblick 136
3.3.1 Universalanlagen 139
3.3.2 Kleine Anlagen 141
3.3.3 Große Anlagen 144
3.3.4 Low-Cost-Anlagen 147
3.3.5 Integrierte Fertigungssysteme 148
4 Bauteilgestaltung für den L-PBF-Prozess 154
4.1 Grundlegende Konstruktionshinweise 154
4.1.1 Systematische Unterschiede in Konstruktion 156
4.1.2 Modelltypen und Datenformat 158
4.1.2.1 STL-Datenformat 160
4.1.2.2 AMF-Datenformat 165
4.2 Oberflächenstrukturen 167
4.2.1 Oberflächen 167
4.2.2 Standardoberfläche 169
4.2.3 Erzeugungsmethoden 171
4.2.3.1 Konstruktion mittels Vorlage (Einheitszelle) 171
4.2.3.2 Konstruktion mittels Visual Basic for Application (VBA) 175
4.2.4 Anwendungsbeispiele 178
4.3 Gitterstrukturen 180
4.3.1 Einteilung von Gitterstrukturen 183
4.3.2 Randbedingungen 185
4.3.3 Vorgehensweisen und Anwendungsbeispiele 187
4.3.3.1 Anwendungsbeispiele 187
4.3.3.2 Systematik für den Einsatz von Gitterstrukturen 192
4.3.4 Zusammenfassung 214
4.4 Topologieoptimierung 215
4.4.1 Randbedingungen 216
4.4.2 Auslegung 217
4.4.3 Vorgehensweise und Anwendungsbeispiele 217
4.4.4 Topologieoptimierung mit Startgeometrie 219
4.4.5 Topologieoptimierung mittels „Generative Design“ 222
4.5 Funktionsintegration 224
4.5.1 Anwendungsbeispiele Kühlung 225
Auslegung von Kühlkanälen 228
4.5.1.2 Konstruktion einer Flächenkühlung 231
4.5.1.3 Konstruktion einer Parallelkühlung 233
4.5.2 Bewegliche Baugruppen 235
4.5.3 Anwendungsbeispiele bewegliche Baugruppen 236
4.5.4 Monolithische Bauweisen 238
4.6 Stützstrukturen und Orientierung im Bauraum 241
4.6.1 Einteilung 241
4.6.2 Randbedingungen 245
4.6.3 Auslegung 246
4.6.4 Vorgehensweisen und Anwendungsbeispiele 249
5 Nachbearbeitung 256
5.1 Wärmebehandlung 258
5.2 Grobbearbeitung 259
5.2.1 Trennung der Bauteile von der Plattform 259
5.2.2 Entfernung von Supportstrukturen 260
5.2.3 Spanende Nachbearbeitung 262
5.3 Feinbearbeitung 264
5.3.1 Nachbearbeitung von Supportoberflächen 265
5.3.2 Strahlen 267
5.3.3 Gleitschleifen 268
5.3.4 Polieren 270
6 Schlussfolgerung und Ausblick 272
6.1 Schlussfolgerung 272
6.2 Ausblick 273
Index 280

1) Einleitung
2) Addititve Fertigung
3) Laser Powder Bed Fusion
4) Bauteilgestaltung für den L-PBF-Prozess
5) Nachbearbeitung
5) Schlussfolgerung und Ausblick