Zertifizierung von Werkstoffen und Prozessen

Werkstoffe für die additive Fertigung

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Bei der Auswahl der Materialien für die additive Fertigung herrscht unter den Anwendern immer noch sehr viel Unsicherheit. Viele additive Werkstoffe sind so gut wie die herkömmlichen Alternativen, aber einige können im additiven Fertigungsumfeld ganz andere Eigenschaften aufweisen als erwartet. Autor: Stephen D. Hanna, Ph.D, Direktor Produktmanagement, Materials, 3D Systems

Ein 3D-Druckmaterial kann dieselbe oder eine ähnliche chemische Zusammensetzung aufweisen, wie z. B. die für den Spritzguss. Dennoch kann es erhebliche Unterschiede in der Leistung geben. Dies kann sowohl Nach- als auch Vorteile bringen.

Daher ist die Kenntnis der Konstruktions- und Anwendungsanforderungen für das herzustellende Teil von entscheidender Bedeutung. Um die richtige Entscheidung zu treffen, sollten neben den Eigenschaften, die die Werkstoffe je nach Branche üblicherweise haben, einige weitere Kriterien beachtet werden.

Weniger Verwirrung durch mehr Standardisierung

Materialien werden anhand von Produktstandards (z. B. ASTM, ISO, DIN) klassifiziert und bewertet. Da die additive Herstellweise einen Einfluss auf die Materialkennwerte haben kann, ist es notwendig, diese mit vergleichbaren Tests zu bestimmen und zur Entscheidungsfindung heranzuziehen. Ein guter Hersteller wird also für seine Materialien die relevanten Materialkennwerte für seine Prozesse bestimmt haben und diese in technischen Datenblättern so angeben, dass sie mit den konventionellen Materialien vergleichbar sind.

Diese geben den Anwendern Anhaltspunkte dafür, welche Eigenschaften das 3D-gedruckte Produkt tatsächlich haben wird.

In vielen Branchen (z. B. in Medizin und Luftfahrt) kann die Zertifizierung von Materialien oder Maschinen von entscheidender Bedeutung sein. Dies erfordert viel Zeit und Erfahrung sowie fortlaufende Tests während der Produktion. Doch nur so lässt sich sicherstellen, dass die hergestellten Produkte über die Materialeigenschaften und Maschineneinstellungen stets die zulässigen Eigenschaften besitzen. So konnten bereits im Fall von 3D Systems Hunderte von Maschinen und Werkstoffen erfolgreich zertifiziert werden. 3D Systems unterstützt die Anwender und so kann die Zeit für die Zertifizierung von Jahren in der Regel auf Monate reduziert werden.

Paradigmenwechsel im Design

Durch die additiven Technologien können Grenzen der Fertigbarkeit überwunden werden. Anstatt lediglich das bestehende Design für ein Spritzgussteil additiv herzustellen, sind nun komplexere Formen mit weniger Aufwand herstellbar. Dies resultiert in der Regel in einer signifikanten Einsparung von Montageschritten, der Reduzierung der Teilegewichte, der Verringerung von Lagerhaltungskosten und führt zu einer Leistungs- und Effizienzsteigerung.

Welche Anwendungsbereiche gibt es für additive Werkstoffe?

Die additive Fertigung ist für fast jeden Anwendungsbereich geeignet. Es gibt zwar immer die Möglichkeit, einen Gegenstand genauso zu produzieren, wie im Spritzgussverfahren. Doch das würde nicht das beste aus der additiven Technologie herausholen. Hier ein paar Anwendungsbeispiele:

Die ursprüngliche Anwendung für die additive Fertigung war bisher das Rapid Prototyping, also die schnelle Herstellung von Musterbauteilen. Materialien und Technologien haben sich im Laufe der Jahre weiterentwickelt und bieten eine hervorragende Qualität. So werden nahezu alle additiven Technologien für das Prototyping verwendet – von Anschauungsmodellen über funktionale Modelle, wo es auf Form- und Passgenauigkeit ankommt, bis hin zu Feingussmodellen und Prototypen aus Metall.

Ein gutes Beispiel ist die Verwendung von durchsichtigen Materialien in 3D-Druckern für die Stereolithografie (SLA) für transparente Teile, wie sie z. B. für die Herstellung von Linsen verwendet werden.

Hochwertige Elastomerteile sind ebenfalls als Prototypen sehr gut geeignet. Sie ermöglichen eine sehr schnelle Herstellung gummiartiger Teile, um das Umspritzen von Teilen, Handgriffen und anderen Produkten zu testen.

Werkzeugfreie Erstteileproduktion

Viele Hersteller, insbesondere die Automobilindustrie, verwenden für die Erstproduktion SLS-Materialien (Selective Laser Sintering) bis das eigentliche Werkzeug fertiggestellt ist und die Massenproduktion beginnen kann. Besonders geeignet ist z. B. das Dura-Form Prox HST. Dies ist ein faserverstärktes Nylon mit ausgezeichneter Festigkeit und hoher Temperaturbeständigkeit. Es ist nicht leitend und RF-transparent. Seine Eigenschaften eignen sich für viele Teile und Gehäuse oder zum Testen und Verwenden in mechanisch anspruchsvollen Umgebungen.

Werkzeuge und Vorrichtungen

Mithilfe des 3D-Drucks lassen sich „true-to-CAD“-Gegenstände direkt aus der Designdatei herstellen. Dies ermöglicht eine sehr schnelle Konstruktion und Produktion von individuellen Vorrichtungen für die Montage, Prüfung und Reparatur. Die Herstellung von Werkzeug- und Vorrichtungen nach dieser Methode spart Zeit, um individuelle Vorrichtungen von Hand herzustellen, die Genauigkeit zu erhöhen und Montagefehler zu reduzieren.

Herstellung von Presswerkzeugen

3D-Druckteile werden sowohl für Prototypen- als auch für Kleinserienwerkzeuge verwendet und eignen sich ideal für Presswerkzeuge. Diese sind in der Regel recht unkompliziert und daher einfach herzustellen. Sie können zur direkten Herstellung von Teilen in hohen Mengen verwendet werden. Die SLA, Figure 4 und MJP (MultiJet) 3D-Drucker verfügen über eine Reihe robuster Werkstoffe, die unter anderem für Presswerkzeuge zum Hydroformen und Vakuumformen verwendet werden können.

Dies sind nur einige Anwendungsbeispiele, die durch additive Technologien und Materialien optimiert werden können. Additive Werkstoffe bringen neue Produktionsprozesse mit sich und können die Leistung der zu fertigenden Teile erheblich verbessern.

3D Systems Corporation
www.3dsystems.com

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