Industrieller 3D-Druck: Grundlagen & Infos...Heute werden hierfür vielfach automatisierte...

Industrieller 3D-Druck: Grundlagen & Infos

Whitepaper 3D-Druck

Begleitendes Whitepaper zu unseren Additive Manufacturing Online-Events

Als Solidpro GmbH unterstützen wir die komplette Wertschöpfungskette unserer Kunden, von der Entwicklung bis hin zur Visualisierung und Fertigung. Unser Portfolio bietet die besten Rahmenbedingungen für effiziente und qualitätssichernde Prozesse. Von den branchenspezifischen Softwarelösungen SOLIDWORKS, SolidCAM, CAM-Works und Virtual Reality über CAD-Hardware/-Zubehör bis hin zu professionellem 3D-Druck und maßgeschnei-derten Softwarelösungen setzen wir alles daran, Mehrwerte für unsere Kunden zu erzielen. Zahlreiche Seminare werden von unseren qualifizierten Trainern an 12 Standorten in ganz Deutschland geleitet. Als Teil des IT-Kon-zerns Bechtle sind wir zukunftsstark aufgestellt und profitieren durch ein Miteinander in einem großen Netzwerk.

Wir zeigen das, was unsere Kunden besser macht

Solidpro GmbH | Benzstraße 15 | 89129 Langenau | Tel. 07345 9617-0 | www.solidpro.de | [email protected]

Whitepaper 3D-Druck

Wir nehmen uns Zeit für Sie!Nutzen Sie die Möglichkeit bei unseren Additive Manufacturing Online-Events in 30 Minuten Ihr Wissen zu erweitern und treten Sie in den Dialog mit unserem 3D-Druck Teamleiter Steffen Hägele.

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Additive Manufacturing Online-Events

Die additive Fertigung erlebt in den letzten Jahren einen regelrechten Hype. Es existieren bereits jetzt unterschied-lichste 3D-Druckverfahren und Materialien, welche Entscheider und Anwender bei der Wahl des richtigen 3D-Dru-ckers vor Herausforderungen stellt. Welche Materialien und 3D-Druckverfahren sind für die eigenen Produkte die richtige Wahl?


In diesem Whitepaper stellen wir Ihnen die bekanntesten 3D-Druckverfahren vor, darunter das Fused Filament Fabrication (FFF), das Selective Laser Sintering (SLS), die Stereolithograpy (SLA) sowie das Multi Jet Fusion (MJF) Verfahren.

Mit unseren Additive Manufacturing Online Events möchten wir Kunden und Interessenten die Grundlagen der additiven Fertigung, Konstruktionsrichtlinien, die Möglichkeiten des Post Processings sowie unterschiedlichste Er-fahrungsberichte näher bringen. Hierfür holen sich unsere Experten nicht nur Partner und Kunden an die Hand, sondern auch unabhängige Institutionen wie z. B. Universitäten oder Forschungseinrichtungen.

Ziel: Danach sollten Sie klar entscheiden können, das sich die additive Fertigung für Ihre Produkte eignet und die Multi Jet Fusion Technologie hierfür die richtige Wahl ist.

Dieses Whitepaper soll Ihnen als Grundstein für unsere Additive Manufacturing Online Events dienen und vermit-telt Ihnen die Grundlagen der additiven Fertigung und warum diese für die zukünftige Ausrichtung Ihrer Produktion unumgänglich ist. Einen Inhaltsüberblick erhalten Sie auf der nächsten Seite. Detaillierte Informationen und ant-worten auf Ihre Fragen erhalten Sie im zweiten Schritt beim Additive Manufacturing Online-Event.

Whitepaper 3D-Druck

Grundlagen der additiven Fertigung

Additives Design für die Multi Jet Fusion Technologie

Erfahrungen von Dienstleistern, Partnern und Anwendern

Chat mit unseren 3D-Druck Experten

Handelt es sich nicht um eine Sonderveranstaltung mit neutralen Experten können Sie sich auf folgende Inhalte des Additive Manufacturing Online Events freuen:

Sie möchten mehr Informationen oder Ihre Fragen direkt an unsere oder neutrale Experten stellen? Dann geht‘s hier zur Anmeldung.

Unsere Partner im Juli:

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https://www.solidpro.de/additive-manufacturing-online-event/


Whitepaper 3D-Druck

Inhaltsverzeichnis

Additive Fertigung - Revolutionäre Technologie 55

Additive Fertigung - Definition, Verfahren & Vorteile 66

Einsatzgebiete Kunststoff 3D-Druck 77

Fused Filament Fabrication (FFF) 88

Selektives Lasersintern (SLS) 99

Stereolithografie (SLA) 1010

Multi Jet Fusion (MJF) 11 11

Post Processing Systeme von DyeMansion 12 12

Zusammenfassung 13 13

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Additive Fertigung - Revolutionäre Technologie

Können Sie sich noch an die Zeit erinnern als Modelle und Prototypen manuell – mittels Kartonagen und Schaumstoffen oder Ton - erstellt wurden? Heute werden hierfür vielfach automatisierte Produktionsverfahren verwendet.

Dabei ist die additive Fertigung nicht neu – bereits 1984 wurde mit der Stereolithografie das erste additive Verfahren von Chuck Hull entwickelt. In den Jahren darauf folgten weitere Technologien wie das Three Dimen-sional Printing (3DP) und das Fused Deposition Modeling (FDM).

Obwohl die Technologien bereits seit Jahrzehnten existieren, ist erst in den letzten Jahren ein regelrechter 3D-Druck-Boom entstanden. Als Erklärung dafür können mehrere Umstände angeführt werden:

Ablauf des Patents für das Fused Deposition Modeling (FDM) Verfahren

Faszination an der Technologie

Besserer Zugang und breiteres Verständnis für Computersysteme

Preissenkung und technische Entwicklung von 3D-Drucksystemen

Entstehung von 3D-Druck Dienstleistern

Interesse seitens Politik und Investoren

Waren anfangs die Anforderungen an Haltbarkeit, Qualität und Stabilität aufgrund der Nutzung als Anschau-ungsmodelle noch nicht sonderlich hoch, konnte die Qualität über die Jahre durch stetige Verbesserungen der Maschinen, neuen Materialien, sowie mithilfe leistungsfähiger Hardware zunehmend gesteigert werden. Heute ist die additive Fertigung nicht nur für die Herstellung von Prototypen, sondern auch für die Serienfertigung geeignet.

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Additive Fertigung - Definition, Verfahren & Vorteile

Die Additive Fertigung, auch bekannt unter den Bezeichnungen Additive Manufacturing (AM), Generative Ferti-gung, 3D-Druck oder Rapid-Technologie ist eine umfassende Bezeichnung für alle Fertigungsverfahren, bei denen Material Schicht für Schicht durch physikalische oder chemische Härtungs- oder Schmelzprozesse hinzu-gefügt, aufgetragen und abgelagert wird und so dreidimensionale Bauteile - auch Werkstücke genannt – er-zeugt werden. Typische Materialien für den 3D-Druck sind Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken und Metalle.


Subtraktive Verfahren: Rohmaterial wird mittels abtragender Krafteinwirkung wie Fräsen,

Drehen, Bohren oder Funkenerodieren bearbeitet.

Formende Verfahren: Erzeugung gewünschter Geometrien durch Anwendung von me-

chanischen oder thermischen Kräften, wie z. B. Biegen, Pressen und Gießen.

Hybride Verfahren: Fertigungstechnik, die sich nicht klar definieren lässt oder mehrere

Paradigmen miteinander verbindet.

Dabei unterscheiden sich additive Fertigungsverfahren von den traditionellen Produktions-paradigmen:

Die Kombination folgender Vorteile machen den 3D-Druck für Produktentwickler und Desig-ner (Rapid Prototyping), für Industrien wie den Maschinen- und Werkzeugbau (Rapid Tooling) und für die Fertigungsindustrie im Bereich der Vorserien- und Serienfertigung (Rapid Manu-facturing) so attraktiv:

Schnelligkeit: Werkzeuglose Fertigung und schnelle Reaktionszeiten in Entwicklungspro-

zessen. Das Herstellen von Formen und der Formenwechsel, z.B. wie beim Spritzgussver-

fahren entfallen.

Kostenvorteil: Der 3D-Druck ist energetisch günstiger, insbesondere wenn das Material

nur einmal in der benötigten Größe und Masse aufgebaut wird.

Geometriefreiheit: Unterschiedliche Bauteile und komplizierte Geometrien können auf

einer Maschine gefertigt werden.

Designfreiheit: Individuelle Gestaltungsmöglichkeiten durch Material- und Farbwechsel.

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Wir unterstützen Sie!Sie möchten mehr über die Vorteile der additiven Fertigung oder über die Konstruktions-richtlinien erfahren? Fragen Sie unseren technischen Experten Sebastian Frank direkt beim nächsten Additive Manufacturing Online-Event.

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Einsatzgebiete Kunstoff 3D-Druck

Werkstücke, Schablonen und FunktionenVerbundstücke und Bearbeitungsvorrichtungen lassen sich per 3D-Druck oftmals schneller und kos-tengünstiger produzieren.

PrototypingSchnelle Erstellung von visuellen Konzepten, Mockups und Präsentationsmodelle.

LeichtbauteileDie vorteilhaften Eigenschaften (hohe Festigkeit und wenig Gewicht) von Kunststoff macht Bauteile u. a. für die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie sowie dem Maschinenbau so attraktiv

Produkte mit verbesserter FunktionalitätKonstruktionen können mit optimaler Leistung erschaffen werden. Grund: Konstruktionsbeschränkun-gen die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren einhergehen entfallen.

Benutzerdefinierte medizinische ImplantateDurch die bessere Simulation echter Knochenstruktur kann eine präzise Kontrolle über die Oberflä-chenporosität bei der Osseointegration erlangt werden.

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Fused Filament Fabrication (FFF)

Beim Fused Filament Fabrication (FFF), auch als FDM-Verfahren bekannt, entstehen Bauteile durch das Aufschmel-zen eines Kunststoffs. Basierend auf einem 3D-Modell trägt ein so genannter Extruder mit einer beheizbaren Düse das erhitzte und dadurch formbare Thermoplast-Material (Filament) in dünnen Fäden auf eine Plattform auf. Für über-hängende Elemente eines Objekts werden Stützstrukturen mitgedruckt und nach der Fertigstellung wieder entfernt.

Relativ kostengünstig

Hohe Präzision

Formstabil

Qualität abhängig vom digi-talen Entwurf und Feinheit der Düsen

Einschränkung in der Kom-plexität

Druckschichten sind deut-lich sichtbar (geringe Ober-flächengüte)

MATERIAL

ABS PC-ABS PC ASA PPSF Ultem 9085 Ultem 1010

IDEALFÜR

Frühe Prototypen Prototypen für Eignungs-

und Funktionstests Prototypen in

Serienmaterial

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„Im Gegensatz zum FFF-Ver-fahren profitieren Sie bei der MJF-Technologie von enor-mer Flexibilität und Agilität, unsichtbaren Druckschichten durch eine hohe Oberflächen-güte sowie gleichbleibender Qualität auch von feinen De-tails, Kanten und Texturen.“

Sebastian Frank

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Einfache Anwendung

Große Materialauswahl Raue Oberflächen


Selektives Lasersintern (SLS)

Vereinfacht gesagt entstehen Bauteile beim SLS-Verfahren aus Pulver mit Hlfe von Wärme und Licht. Das Pul-ver befindet sich zunächst in einem Behälter (Pulvervorrat). Beginnt der Druckprozess wird die obers-te Schicht in den Bauraum gewalzt, dort trifft ein Laserstrahl auf die gewünschten Konturen und die Schichten werden schrittweise in das Pulverbett gesintert. Nach Fertigstellung einer Schicht wird die Bau-plattform herabgesenkt und eine neue Pulverschicht aufgebracht. Überhängende Strukturen werden durch das Pulverbett stabilisiert. Stützstrukturen sind nicht notwendig - ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens.

Keine Stützstrukturen not-wendig

Sehr leichtes Material

Hohe mechanische Belast-barkeit

Kostenintensiv

Relativ raue Oberflächen

Deutlich längere Druckzyk-len als beim MJF-Verfahren

MATERIAL

PA12 TPU Elastomere

IDEALFÜR

Funktionsprototypen (Klein-)Serienteile Dünnwandige und kom-

plexe Geometrien

Sehr gute Hitzebeständig-keit

Ineinander verzahnte (be-wegliche) Teile können am Stück gedruckt werden

Begrenzte Werkstoffaus-wahl

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Steffen Hägele

„Die Multi Jet Fusion Technologie von HP bietet Ihnen die ähnliche Vorteile wie das SLS-Verfahren. Zusätzlich profitieren Sie von einem viel kürzeren Druckzyklus, Senkung der Stückkosten und immer neuen Materialien durch die Open Plattform.Mein Tipp: Mit dem Angebot 3D AS A SERVICE bieten wir Ihnen auch finanzielle Vorteile!“

Relativ lange Abkühlzeit

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https://www.solidpro.de/hp-3d-as-a-service/

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Stereolithografie (SLA)

Die Stereolithografie basiert auf dem selektiven Aushärten von UV-lichtempfindlichem Kunstharz an-hand eines UV-Lasers. Durch das UV-Licht des Lasers polymerisiert Material an den zu bauenden Stel-len, welches Schicht um Schicht aufgetragen wird. Damit keine Überhänge beim Druck in den flüssi-gen Kunststoff absinken, sind bei der Fertigung in der Druckmaschine unbedingt Stützstrukturen nötig.

Sehr hohe Genauigkeit

Sehr gute Oberflächenei-genschaften (glatte Oberflä-che, scharfe Konturen, hohe Auflösung)

Geringe Belastbarkeit (eher sprödes Material)

Stützstrukturen notwendig

Teures Material

MATERIAL

SLA bietet unter-schiedliche Mate-rialstandards an. So eignen sich beispiels-weise für den Ma-schinenbau andere Kunstharze, als für die Medizintechnik.

IDEALFÜR

Filigrane Modelle Designmodelle Urmodelle zum Abformen

(Vakuumguss) Bauteile mit hoher Präzi-

sion

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„Sie möchten direkt funktio-nale Teile in Serie drucken und das ohne Stützkonstruktionen? Dann ist das MJF-Verfahren, aufgrund der schnelleren Produktionszeit, das richtige für Sie.“

Sebastian Frank

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Große Auswahl an Photo-polymeren

Bauteile nicht UV-Resistent

Langsamer Bauprozess


Multi Jet Fusion (MJF)

Besonders kurze Druckzeit

Gleichbleibende Qualität

Äußerst hohe Maßgenauig-keit und Detailauflösung

leicht raue Oberflächen

Relativ lange Abkühlzeit

Einschränkungen in der Far-be beim Post Processing

MATERIAL

Durch die Open Plattform von HP wird der Anwen-dungsbereich des 3D-Drucks erwei-tert, indem stetig neue Materialien zur Verfügung stehen.

IDEALFÜR

Frühe Prototypen in Se-rienmaterial

Prototypen für Eignungs- und Funktionstests

Maschinenteile / Werk-zeuge

Unikate und Serienteile

extrem hohe Dichte & Iso-tropie (hohe Materialhomo-genität und Bruchfestigkeit)

Kostengünstiges Material

MJF ist eine sehr komplexe Technologie, die von HP entwickelt wurde. Das Verfahren ist die jüngste hier vorgestellte 3D-Druck Technologie und profitiert von bereits bestehenden Erfahrungswerten anderer Druckverfahren, die bei der Entwicklung der Multi Jet Fusion Technologie zu Ihrem Vorteil berücksichtigt wurden. MJF basiert auf Kunst-stoffmaterial in Pulverform. Anders als beim SLS-Verfahren arbeitet der Drucker mit einem so genannten Fusing Agent - einer wärmeleitenden Flüssigkeit, die in der zu bauenden Geometrie auf das Pulverbett gedruckt wird. Nach dem Auftragen kommt ein Infrarotlicht zum Einsatz. Die mit dem Fusing Agent bedruckten Stellen reagieren auf das Licht – genau dort verschmilzt das Material. Durch den Einsatz des Detailing Agents werden die verschmolze-nen Stellen nach außen isoliert. Dadurch verschwimmen die Details nicht – unscharfe Kanten werden verhindert.

30 Gründe für die Multi Jet Fusion Technologie haben wir Ihnen hier zusammengestellt.

Keine Stützstrukturen not-wendig

Möglichkeit der Stückkos-tensenkung

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Steffen Hägele

„Ein perfektes 3D-Druckver-fahren gibt es im Moment noch nicht. Aber die Ober-flächenbeschaffenheit und Farbgebung kann durch Dienstleister oder Post Proces-sing Systeme behoben werden. Hierzu mehr auf der nächsten Seite. Außerdem wird die Ab-kühlzeit durch die HP Jet Fu-sion 3D Processing Station mit Fast Cooling extrem verkürzt.“

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https://www.solidpro.de/30-gruende-fuer-multi-jet-fusion/


Post Processing Systeme von DyeMansion

Das Münchner Unternehmen DyeMansion ist Weltmarktführer für industrielle Lösungen zur Oberflächenverede-lung und Einfärbung von pulverbasierten, additiv gefertigten Kunststoffteilen und seit Januar 2020 ein Partner der Solidpro GmbH. Der aufeinander abgestimmte dreistufige Print-to-Product Workflow ermöglicht die Skalierung vom Prototyping oder Kleinserienbau bis zur additiven Serienfertigung und bietet:

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Vollautomatisiertes, einfaches und effizientes entpulvern von Bauteilen

Färbelösung mit größter Farbdatenbank von Standard- und RAL Farben bin hin zu individuellen Tönen. Neuster Clou: 17 leuchtende Standardfarben für graues Grundmaterial!

Effiziente Oberflächenbearbeitung mit matt oder glänzendem Look oder versiegelter Oberfläche

Informieren Sie sich über Ihre Möglichkeiten!Treten Sie beim nächsten Additive Manufacturing Online Event mit Steffen Hägele in Kon-takt und informieren Sich sich über den DyeMansion Print-to-Product Workflow und Ihre individuellen Post Processing Möglichkeiten!

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Zusammenfassung

Der 3D-Druck erlebt in den letzten Jahren einen regelrechten Hype und gewinnt zunehmend in der Fertigungs-weise von Unternehmen an Bedeutung. Die unterschiedlichen Technologien sind dabei genauso vielfältig wie die Auswahl an Materialien.

Die HP Multi Jet Fusion Technologie zählt zu einer der jüngsten 3D-Druck Technologien und konnte bereits auf positive sowie negative Erfahrungen aus den anderen 3D-Druckverfahren ihr Resümee ziehen und direkt in der Entwicklung umsetzen. Davon profitieren die Anwender unter anderem durch eine hohe Detail- und Maßgenauig-keit, unsichtbarer Druckschichten, gleichbleibender Qualität, Materialvielfalt durch die Open Plattform und einem kurzen Druckzyklus.

Vor wenigen Jahren noch als kühne Visionen abgetan, ist die additive Fertigung ihren Kinderschuhen entwachsen und immer mehr Unternehmen stellen sich nicht mehr die Frage ob Sie investieren sollen, sondern wann.

Mit unseren Additive Manufacturing Online-Events möchten wir Ihnen nicht nur die Grundlagen der additiven Fer-tigung und der Multi Jet Fusion Technologie durch unsere 3D-Druck Experten näher bringen, sondern Ihnen auch Erfahrungen von Dienstleistern und Anwendern zugänglich machen. Somit können wir Ihnen einen umfassenden Überblick bieten. Zusätzlich planen wir immer wieder Sonderveranstaltungen gemeinsam mit Universitäten und Forschungsinstituten, welche noch einen allgemeineren aber dennoch sehr informativen Einblick in die generative Fertigung gewähren.

Sie möchten dabei sein und Ihre Fragen direkt an unsere Experten stellen? Dann melden Sie sich jetzt hier an und verpassen Sie kein informatives und abwechslungsreiches Online-Event mehr. Wir freuen uns auf den gemeinsa-men Dialog!

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Nächste Termine:

07. Juli 2020, 15:00 Uhr: Sonderveranstaltung mit Unterstüt-

zung des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und

Umformtechnik IWU. Themen sind u.a. gängige 3D-Druckver-

fahren, Projekte am IWU, Kombination Spritzguss mit 3D-

Druck.

09. Juli 2020, 14:00 Uhr: Sonderveranstaltung mit HP und der

Firma IMF-Modellbau. Themen sind die HP 3D-Druck Vision

sowie eine Gegenüberstellung konventioneller Fräsmethoden

und der additiven Fertigung.

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Solidpro Informationssysteme GmbHBenzstraße 1589129 Langenau

Unsere 3D-Druck Experten aus diesem Whitepaper:

Steffen HägeleVertrieb | Teamleiter [email protected]

Sebastian FrankTechnik | [email protected]

„Wir freuen uns auf Ihre Teilnahme am Additive Manufacturing Online Event und den gemeinsamen Dialog mit Ihnen.“

+49 7345 9617-0

[email protected]

www.solidpro.de

Solidpro GmbH

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@solidpro_gmbh

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