Kunststoffbauteile Fused Deposition Modeling (FDM) Oliver Tolar Institut für Mechatronische Systeme Ablauf • Funktionsweise des FDM-Verfahrens • Anwendungen • Vor- und Nachteile • Materialien • Herausforderungen im FDM-Verfahren • Berücksichtigung bei der Konstruktion 2 3D-Druck als generatives Verfahren • Fused Deposition Modeling (FDM) • Selective Laser Sintering / Melting (SLS / SLM) • Stereolitographie (SLA) • Layer Laminated Manufacturing (LLM) 3 Funktionsweise des FDM-Verfahrens • Schichtweiser Auftrag von geschmolzenem Thermoplastfaden • Ausgangsmaterial in Filamentform • Geeignet für kleine Stückzahlen • Kostengünstige Herstellung von Prototypen 4 Funktionsweise des FDM-Verfahrens Bildquelle: http://www.designtech-solution.de 5 Funktionsweise des FDM-Verfahrens Bildquelle: http://en.wikipedia.org/wiki/Fused_deposition_modeling 6 Funktionsweise des FDM-Verfahrens 7 Funktionsweise des FDM-Verfahrens 8 Funktionsweise des FDM-Verfahrens 9 Anwendungen 10 Anwendungen • Herstellung von Prototypen (Rapid Prototyping) – Funktionsprototypen – Geometrieprototypen – Modelle für Präsentationen – Anschauungsmuster • Herstellung von Kleinserien (Rapid Manufacturing) 11 Anwendungen Vom Bastlerbausatz zum Profigerät 12 Vor- und Nachteile Beschleunigt den Entwicklungsprozess Kostengünstige Fertigung Einfaches System Materialvielfalt Relativ langsames additives Fertigungsverfahren Genauigkeit und Oberflächenqualität 13 Materialien • ABS, PLA • Nylon, HIPS, PC, POM, PET • Diverse Mischmaterialien (Holz, Mineralien) • Thermoplastische Elastomere (TPE) (Keine vollständige Auflistung) 14 Materialien Materialeigenschaften spezifscher E-Modul (MPa) 25926 Material ABS PLA HIPS Aluminium E-Modul (MPa) 1400 2500 1300 70000 Zugfestigkeit Dichte (MPa) 30 52 14 (g/cm3) 150 1.06 1.23 1.08 2.7 1321 2066 1204 ABS PLA HIPS spezifsche Zugfestigkeit (MPa) 56 43 28 13 ABS PLA ABS, PLA, HIPS Werte durch Zugversuche mit gedruckten Prüfkörpern ermittelt 15 Al HIPS Al Materialien Faserverstärkte Filamente • Herkömmliche Filamente ungeeignet für mechanisch beanspruchte Komponenten • Bewährte Spritzgussmaterialien in FDM einsetzen • Erhältlich in Granulatform • Filament selber herstellen 16 Materialien Eine Auswahl an faserverstärkten Thermoplasten Material E-Modul Zugfestigkeit Dichte spezifscher E-Modul (MPa) (MPa) 52 70 90 105 160 140 (g/cm3) 1.21 1.12 1.16 1.22 1.47 1.15 7823 10435 4918 3793 2066 2679 PLA LV-15H LV-2H LV-3H LV-5H LC-3H (MPa) 2500 3000 4400 6000 11500 12000 Aluminium 70000 150 2.7 25926 spezifsche Zugfestigkeit (MPa) 43 Werte für LV- und LC-Materialien aus Datenblatt EMS-Chemie 17 63 78 86 109 122 56 Materialien Prüfkörper LV-15H, Spritzguss, PLA 18 Materialien Schliffbild Prüfkörper LV-15H Schliffbild quer 19 Schliffbild längs Herausforderungen im FDM-Verfahren Slicing-Software • Slicer-Parameter haben grossen Einfluss auf das Druckergebnis • Generierung der Informationen für den Drucker – XYZ-Position – Geschwindigkeit – Materialmenge • Umfangreiche Parametereinstellungen 20 Herausforderungen im FDM-Verfahren Überhänge • Überhänge nur begrenzt möglich (ohne Stützmaterial) • Drucken mit Stützmaterial -> erhöhter Druckaufwand Stützmaterial 21 Herausforderungen im FDM-Verfahren Überhänge Bildquelle: http://en.wikipedia.org/wiki/Fused_deposition_modeling 22 Herausforderungen im FDM-Verfahren Verschmelzen der einzelnen Schichten • Schichten lösen sich bei leichter mechanischer Beanspruchung voneinander Drucktemperatur erhöhen Geschwindigkeit reduzieren Druckobjektkühlung (falls vorhanden) reduzieren 23 Berücksichtigung bei der Konstruktion • Konstruktion abhängig von Stützmaterial • Wenn ohne Stützmaterial (Möglichst grosse) Grundfläche definieren Starke Überhänge vermeiden • Ausreichende Wandstärke 24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 25
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