Tuesday, October 12, 2021

Dieter meiners dissertation

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Selektives Laserschmelzen – Wikipedia



Das selektive Laserschmelzen englisch Selective Laser MeltingAbk. SLM [1]auch Laser Powder Bed Fusion LPBF oder L-PBF [2] genannt, ist ein additives Fertigungsverfahrendas zur Gruppe der Strahlschmelzverfahren gehört. Ähnliche Verfahren sind das Elektronenstrahlschmelzen und das selektive Lasersintern.


Beim selektiven Laserschmelzen wird der zu verarbeitende Werkstoff in Pulverform in einer dünnen Schicht auf einer Grundplatte aufgebracht. Der pulverförmige Werkstoff wird mittels Laserstrahlung lokal vollständig umgeschmolzen und bildet nach der Erstarrung eine feste Materialschicht. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis alle Schichten umgeschmolzen sind.


Das fertige Bauteil wird vom überschüssigen Pulver gereinigt, nach Bedarf bearbeitet oder sofort verwendet. Die für den Aufbau des Bauteils typischen Schichtstärken bewegen sich für alle Materialien zwischen 15 und µm. Die Daten für die Führung des Laserstrahls werden mittels einer Software aus einem 3D-CAD-Körper erzeugt.


Im ersten Berechnungsschritt wird das Bauteil in einzelne Schichten unterteilt. Im zweiten Berechnungsschritt werden für jede Schicht die Bahnen Vektoren erzeugt, die der Laserstrahl abfährt. Um die Kontaminierung des Werkstoffs mit Sauerstoff zu vermeiden, findet der Prozess unter Schutzgasatmosphäre mit Argon oder Stickstoff statt. Dies gewährleistet, dass die mechanischen Eigenschaften des generativ hergestellten Bauteils weitgehend denen des Grundwerkstoffs entsprechen.


Es kann aber auch gezielt, nach bionischen Prinzipien oder zur Sicherstellung eines partiellen Dieter meiners dissertation, ein Bauteil mit selektiven Dichten gefertigt werden. Im Leichtbau der Luft- und Raumfahrt und bei Körperimplantaten sind solch selektive Dieter meiners dissertation innerhalb eines Bauteils oft gewünscht und mit konventionellen Verfahren so nicht herstellbar.


Gegenüber konventionellen Verfahren Gussverfahren zeichnet sich das Laserschmelzen dadurch aus, dass Werkzeuge oder Formen entfallen formlose Fertigung und dadurch die Produkteinführungszeit reduziert werden kann. Ein weiterer Vorteil ist die große Geometriefreiheit, die das Anfertigen von Bauteilformen ermöglicht, die mit formgebundenen Verfahren nicht oder nur mit großem Aufwand herstellbar sind.


Des Weiteren können Lagerkosten reduziert werden, da spezifische Bauteile nicht bevorratet werden müssen, sondern bei Bedarf generativ hergestellt werden. Tendenziell gilt, je höher die Laserleistung, desto höher fällt die Rauheit des Bauteils aus. Moderne Anlagentechnik kann nach dem "Hülle-Kern-Prinzip" Dichte und Oberflächengüte beherrschen. Die segmentierte Belichtung nimmt dabei gezielt Einfluss auf die Außenbereiche des Bauteils, auf Überhänge und hochdichte Bauteilbereiche. Eine optimierte Belichtungsstrategie verbessert das Qualitätsniveau und gleichzeitig die Aufbaugeschwindigkeiten.


Das Leistungsprofil eines Bauteils kann mit Hilfe der segmentierten Belichtung deutlich gesteigert werden. Die Anlagenhersteller verfolgen unterschiedliche Qualitätssicherungsansätze, die i. einerseits Off-axis bzw. ex situ erfolgen oder andererseits On-axis bzw. in situ. Klassische Off-axis-Inspektionen weisen dieter meiners dissertation geringere Auflösung und eine niedrigere Erfassungsrate auf.


Zum Einsatz kommt dieter meiners dissertation eine infrarot-sensitive Kamera, welche außerhalb der Prozesskammer — also ex situ — positioniert ist. Vorteil einer Ex-situ-Lösung ist die einfache Systemintegration von Anlage und Kamerasystem. Ein Off-axis-Aufbau ermöglicht Aussagen über das gesamtheitliche Aufschmelz- und Abkühlverhalten.


Eine detaillierte Aussage über das Schmelzbad ist jedoch nicht ableitbar. Aufbau Concept Laser beruht auf einer koaxialen Anordnung der Detektoren.


Als Detektoren kommen eine Kamera und eine Photodiode zum Einsatz, die dieselbe Optik nutzen, wie der Laser. Diese koaxiale Integration ermöglicht eine hohe koordinatenbezogene 3D-Auflösung. Die Erkennungsrate ergibt sich aus der Scan-Geschwindigkeit. Liegt diese bei 1, dieter meiners dissertation. Bei 2. Eine koaxiale Anordnung hat den Vorteil, dieter meiners dissertation, dass die Schmelzbademissionen stets auf einen Punkt der Detektoren fokussiert werden und der Bildausschnitt verkleinert und somit auch die Abtastrate erhöht werden können, dieter meiners dissertation.


Eine detaillierte Analyse der Schmelzbadcharakteristika Schmelzbadfläche und Schmelzbadintensität wird so möglich, dieter meiners dissertation. Matthias Fockele und Dr. Dieter Schwarze entwickelt. Die Geometriefreiheit ermöglicht die Herstellung komplexer Strukturen, die sich mit konventionellen Verfahren technisch oder wirtschaftlich nicht realisieren lassen.


Hierzu zählen Hinterschnitte, wie sie bei Schmuck oder technischen Bauteilen auftreten können. Es können auch offen-poröse Strukturen hergestellt werden, wodurch Leichtbauteile bei dieter meiners dissertation Erhalt der Festigkeit erzeugt werden können.


Das Potenzial des Leichtbaus gilt als ein sehr wesentlicher Vorzug des Verfahrens. Als bionische Vorlage aus der Natur lässt sich die poröse Struktur von Knochen nennen.


Generell spielen Ansätze der Bionik auf der konstruktiven Seite eine zunehmend wichtige Rolle. Gegenüber klassischen Guss- oder Frästeilen, die oft zusammen montiert werden, um eine Baugruppe zu bilden, ist es möglich eine komplette Baugruppe oder zumindest viele Einzelteile in einem Schuss One-Shot-Technik aufzubauen. Die Anzahl der Bauteile einer Baugruppe sinken tendenziell.


Man spricht dann von einem Redesign der bisherigen Konstruktion. Das generative Bauteil kann so leichter dieter meiners dissertation werden und der Montageaufwand wird so generell reduziert. Aus einem gefertigten Produkt dieter meiners dissertation die Konstruktionselemente extrahiert und in Datensätzen abgebildet werden, dieter meiners dissertation.


Auf Grundlage dieser Daten kann das Bauteil kopiert und im Reengineering Redesign optimiert werden. Dieter meiners dissertation wird auf eine ebene Fläche eines ersten, konventionell gefertigten Bauteilbereichs im anschließenden SLM-Prozess ein zweiter, generativ gefertigter Bauteilbereich aufgebaut.


Der Vorteil der Hybridbauweise liegt darin, dass das durch das SLM-Verfahren zu fertigende Bauvolumen stark reduziert werden kann und einfache Geometrien konventionell, dieter meiners dissertation, geometrisch anspruchsvollere Bereiche mittels des SLM-Verfahrens aufgebaut werden können.


Damit werden die Bauzeit sowie dieter meiners dissertation Kosten für das metallische Pulvermaterial auf Grund des geringeren Volumens für den durch das SLM-Verfahren gefertigten Bauteilbereich reduziert. Formgebundene Verfahren bedürfen gewisser Seriengrößen, um die Kosten für die Formen auf die Stückkosten umzulegen. Beim SLM-Verfahren entfallen diese Einschränkungen: Es wird möglich, Muster oder Prototypen zeitnah herzustellen.


Zudem können sehr individuelle Teile als Unikate entstehen, wie sie beim Zahnersatzbei ImplantatenUhrenelementen oder Schmuck erforderlich sind. Besonderheit ist die zeitparallele Fertigung von Unikaten in einem Bauraum z. Dentalimplantate, Hüftimplantate oder Wirbelsäulenstützelemente. Es wird möglich, speziell auf den Patienten individualisierte Bauteile, zu konstruieren und zu fertigen, dieter meiners dissertation.


Bei einem klassischen Fräs- oder Drehteil ist die Dichte des Dieter meiners dissertation immer gleich verteilt. Bei einem lasergeschmolzenen Teil kann man diese variieren. Bestimmte Bereiche eines Bauteils können rigide sein und andere elastisch ausgelegt werden, z. mit einer Wabenstruktur bionische Prinzipien. Bauteilanforderungen können viel kreativer gestaltet werden im Vergleich zu konventionellen Techniken, dieter meiners dissertation.


Je höher die Komplexität, desto besser kommt ein generatives Verfahren zum Zuge, dieter meiners dissertation. Funktionen können integriert werden z. mit Temperierkanälen oder Luftinjektoren oder das Teil erhält eine Scharnierfunktion oder sensorische Instrumente werden in das Bauteil integriert.


Die somit wertgesteigerten Bauteile sind leistungsfähiger als konventionell hergestellte Bauteile. Es gibt auch keine Öl- oder Kühlmittel-Emissionen, wie heute noch oft in der Maschinentechnik zu finden.


Selbst die Restwärme kann genutzt werden. Ein 1. Konventionelle Techniken werden zunehmend mit ihren Nachteilen unter Nachhaltigkeitsaspekten betrachtet. Es ist die Kombination von Ressourcenschonung verbunden mit hoher Wirtschaftlichkeit und Qualitätsansprüchen. Die generative Fertigung kann diese Trends bedienen. Ein wesentlicher Aspekt des Laserschmelzens ist die zeitliche und lokale Produktion bei Bedarf.


Das kann die Logistikkonzepte z. bei Flugzeugherstellern sehr stark verändern, weil Ersatzteile nicht mehr bevorratet werden müssen, sondern bei Bedarf ausgedruckt werden.


Zudem kann man bei einer Production-on-demand die Revisionszeiten von Flugzeugen reduzieren. Besonders gegenüber dem Fräsen aus einem Vollteil fällt der geringere Materialeinsatz ins Auge. Die für das selektive Laserschmelzen verwendeten Werkstoffe sind in der Regel Serienwerkstoffe, die keine Bindemittel enthalten, dieter meiners dissertation. Die Maschinenhersteller und ihre Materialpartner zertifizieren die Serienwerkstoffe für die Anwender z. für dentaltechnische oder medizinische Anwendungen gem.


EU-Richtlinien und Produkthaftungsgesetz. Serienwerkstoffe werden durch Verdüsen in Pulverform umgewandelt. Dabei entstehen sphärische Partikel.


Der minimale und maximale Durchmesser der verwendeten Partikel wird in Abhängigkeit von der verwendeten Schichtdicke sowie der zu erzielenden Bauteilqualität ausgewählt. Eine Auffrischung mit nicht verwendetem Material ist nicht notwendig. Der Materialverbrauch wird i, dieter meiners dissertation. Die Faktoren Aufbaugeschwindigkeiten und Losgrößen definieren die Betrachtung der Wirtschaftlichkeit einer generativen Fertigung.


Diese Faktoren verändern sich kontinuierlich durch den Stand der Technik. Die Aufbaugeschwindigkeiten z. des selektiven Laserschmelzens entwickeln sich stetig nach oben. Gründe sind: Höhere Laserleistungen wie z. Zur Veranschaulichung ein Vergleich der Aufbauraten, so wie sie die Unternehmensberatung Roland Berger [10] erwartete:. aus Wikipedia, dieter meiners dissertation, der freien Enzyklopädie.




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