Fakultät Ingenieurwissenschaften

Additive Fertigung

Standort Hof Raum C 014

In diesem Labor haben die Studierenden die Möglichkeit, generative Fertigungsverfahren eigenständig auszutesten. Dazu gehört das Verstehen der Funktionsweise, die Verwendung zugehöriger Software und die anwendungsspezifische Auswahl eines geeigneten generativen Fertigungsverfahrens.

In der additiven Fertigung werden auf Basis von Konstruktionsdaten Steuerbefehle erzeugt, wodurch dreidimensionale Produkte mit hoher Gestaltungsfreiheit schichtweise aufgebaut werden können. Je nach Anwendung kann aus unterschiedlichen Verfahren gewählt werden. Es lassen sich dabei vielfältige Materialien verarbeiten, darunter Metalle, Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken oder auch Papiere. Einsatz finden die Techniken sowohl im Prototypenbau als auch zur Fertigung von Endprodukten sowie in Privathaushalten.

Auch für Studienarbeiten und Forschungsprojekte zur Untersuchung der Druckfähigkeit von Materialien, der Bestimmung geeigneter Parameter und auch Drucke von verschiedenen Werkstoffen in Kombination ist hier Raum.

Strangauftragsverfahren

Der zu verarbeitende Werkstoff wird einer Schmelzdüse zugeführt, dadurch aufgeschmolzen und so schichtweise aufgetragen. Dort härtet das Material aus. Auch Stützstrukturen können so generiert werden ggf. mit einem zweiten Material.

Eine Besonderheit stellt der ExAM 255 der AIM3D GmbH dar, welcher Standardspritzgussgranulate auf Basis thermoplastischer Kunststoffe als Material für die additive Fertigung nutzt. Pellets werden mittels Schnecke aufgeschmolzen und extrudiert. Neben Bauteilen aus thermoplastischen Kunststoffen können auch Grünlinge hergestellt werden – das heißt Rohlinge aus Metall oder Keramik durch eine Wärmebehandlung verdichtet und ausgehärtet werden (Sintern). Vor dem Sintern müssen vorhandene Additive aus dem Grünling entfernt werden, was als Entbindern bezeichnet wird.

Sinterbasierte Fertigungsverfahren

Ausgangsmaterial ist ein sehr feines Polyamid-Pulver. Das Material wird mittels Laserstrahls verschmolzen. Eine Nachbearbeitung ist nicht zwingend notwendig.

Das Sinterit-System besteht aus 3 Komponenten:

Druckeinheit: Das Pulver wird in einer dünnen Schicht auf einer Plattform innerhalb der Konstruktionskammer verteilt. Der Drucker erhitzt das Pulver auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Rohmaterials. Dadurch erhöht der Laser leichter die Temperatur bestimmter Bereiche des Pulverbettes, während er das Modell verfestigt. Der Laser tastet einen Querschnitt des 3D-Modells ab und erhitzt dabei das Pulver auf eine Temperatur knapp unterhalb des Schmelzpunktes des Materials oder exakt darauf. So werden die Partikel mechanisch verschweißt und es entsteht ein solides Teil.
Sandstrahler: Mit trockenem Schleifmaterial ist der Sandstrahler zum Reinigen, Polieren und Veredeln von Ausdrucken konzipiert.
Sinterpulversieb: Das Sieb dient zur Wiederaufbereitung bereits verwendeten Materials.

Stereolithographisches Fertigungsverfahren

Beim Verfahren der Stereolithografie – kurz SLA – wird flüssiges Harz mittels Lichtquelle (hier ein Laser) Schicht für Schicht in Kunststoff transformiert wird. In der UV Curing Chamber wird ein gleichmäßiges, konzentriertes und beständiges UV-Licht abgegeben, um die Ausdrucke, die mit Photopolymer-Harzen gedruckt wurden, in kurzer Zeit ringsum zu härten. Das Nachhärten erhöht Härte und Haltbarkeit der gedruckten Produkte.

Pulver-Binder-Fertigungsverfahren

Eine dünne Pulverschicht wird an bestimmten Stellen per Bindemittel verfestigt. Nicht verfestigtes Pulver dient als Stützmaterial. Entstandene Teile erhalten durch die Behandlung mit einem Infiltrat die endgültigen mechanischen Eigenschaften.

ZPrinter 450

Der sich schrittweise absenkende Bauraum wird Schicht für Schicht komplett mit einem feinkörnigen Pulver gefüllt und das Modell dadurch nach oben hin aufbaut. Auf das Pulverbett wird punktgenau in der jeweiligen Schicht (an der Stelle des Modells) über Druckköpfe eine flüssige Mischung aus Binder und ggf. zusätzlich Druckerfarbe aufgesprüht. Das flüssige Bindemittel verhält sich wie eine Art Klebstoff oder Härter, der die Pulverkörner miteinander verklebt. Nach Abschluss des Drucks wird das Modell aus dem Pulverbett »ausgegraben« und mit einem Zwei-Komponenten-Harz (Epoxidharz) infiltriert, um die Festigkeit zu erhöhen. Es schließt sich eine Ruhephase von wenigen Stunden an, bis das Modell vollständig getrocknet und ausgehärtet ist.