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Additives Fertigungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen mit Eigenschaftsgradienten

  • Eckart Uhlmann , Manfred H. Wagner and Georg Gerlitzky
Published/Copyright: May 25, 2018
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Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb
From the journal Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb Volume 113 Issue 5

Kurzfassung

Additive Fertigungsverfahren gewannen in der Fertigungs und Produktionstechnik in den vergangenen Jahren immer mehr an Bedeutung. Dies ist vor allem durch die nahezu unbeschränkte Designfreiheit begründet, welche die wirtschaftliche Herstellung komplexer Bauteile ohne den Einsatz von Spezialwerkzeugen ermöglicht [1]. Allerdings stehen dem verbreiteten Einsatz der additiven Fertigungstechnologien in der Serienproduktion noch Probleme wie hohe Produktionskosten, schlechte Oberflächenqualitäten der Bauteile sowie teilweise Unklarheit bezüglich der erreichbaren Materialeigenschaften gegenüber. Zudem wurde bisher unzureichend erforscht, in welchem Maße Eigenschaftsgradienten in additiv gefertigten Bauteilen gezielt einstellbar sind [2]. Dieser Beitrag stellt ein Fertigungsverfahren vor, mit welchem es möglich ist, Bauteile mit Eigenschaftsgradienten herzustellen, wie z. B. variierende Härte. Hierzu wird ein prototypisches Maschinensystem beschrieben, mit dem drei Polymere in verschiedenen Dosierungen ineinander gedruckt werden können, um gezielt unterschiedliche Bauteileigenschaften zu generieren. Anschließend werden verschiedene Testbauteile gefertigt und analysiert.

Abstract

Additive Manufacturing (AM) processes are increasingly integrated into today's value added chains and are prospectively used for batch production. Due to the fact that conventional manufacturing technologies feature design and machining restrictions AM processes offer a nearly restriction free design freedom. This fact could be an answer to the permanent increase in demands of today's products. However, additive manufactured parts suffer from bad surface quality, high production costs and the material properties of a lot of materials are still an objective of current investigations. In addition it is still an objective of current research to produce parts with different materials and gradient structures. This paper presents a polymer based AM process which makes it possible to produce parts which gradient structures. The machine tool is presented and first test geometries are printed.

Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann, geb. 1958, studierte Maschinenbau an der Technischen Universität Berlin und promovierte dort 1993 zum Thema „Tiefschleifen hochfester keramischer Werkstoffe“. Anschließend war Herr Uhlmann als Bereichsleiter für Forschung, Entwicklung, Anwendungstechnik und Patentwesen in der Firmengruppe Hermes Schleifmittel GmbH & Co., Hamburg, tätig. Seit 1997 ist Herr Uhlmann Leiter des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) sowie Leiter des Fachgebiets Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der TU Berlin im Produktionstechnischen Zentrum (PTZ) Berlin.

Prof. Dr.-Ing. Manfred H. Wagner, geb. 1948, studierte Physik und Physikalische Chemie an der Universität Stuttgart und der Oregon State University, USA. Er promovierte 1976 an der Universität Stuttgart auf dem Gebiet der Kunststofftechnik. Nach zweijähriger Tätigkeit als wissenschaftlicher Assistent am Institut für Polymere der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich und neunjähriger Industrietätigkeit bei der heutigen SGL Carbon AG wurde er 1988 an die Universität Stuttgart auf die Professur für Numerische Strömungsmechanik/Rheologie berufen. 1999 folgte er einem Ruf der TU Berlin und leitete bis 2017 das Fachgebiet Polymertechnik/Polymerphysik des Instituts für Werkstoffwissenschaften und -technologien.

Dipl.-Ing. Georg Gerlitzky, geb. 1988, studierte Maschinenbau am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Seit 2014 arbeitet er am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrik-betrieb (IWF) der TU Berlin und ist seit 2016 dort Oberingenieur am Fachgebiet Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik.

Literatur

1. Gebhardt, A.: Generative Fertigungsverfahren. Additive Manufacturing und 3D-Drucken für Prototyping Tooling Produktion. 4. Aufl., Carl Hanser Verlag, München, Wien201310.3139/9783446436527Search in Google Scholar

2. Uhlmann, R.; Fleck, C.; Gerlitzky, G.; Faltin, F.; Dynamical Fatigue Behaviour of Additive Manufactured Products for a Fundamental Life Cycle Approach. Procedia CIRP Volume 61 (2017), S. 588–59310.1016/j.procir.2016.11.138Search in Google Scholar

3. Mueller, M.; Huynh, Q.-U.; Uhlmann, E.; Wagner, M. H.: Study of Inkjet Printing as Generative Manufacturing Process for Gradient Polyurethane Material. WGP Production Engineering (2014), S. 25–32. 10.1007/s11740-013-0504-0Search in Google Scholar

Online erschienen: 2018-05-25
Erschienen im Druck: 2018-05-28

© 2018, Carl Hanser Verlag, München

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https://doi.org/10.3139/104.111918

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