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. Herstellen eines Teils aus flüssigem oder pulverförmigen Stoff
. entscheidende Forderung: endformendes Urformen (near net shape)
=> sehr genaue Berechnung und Herstellung der Formen
. wichtigste Verfahren:
- Gießen (Metallteile)
- Spritzgießen (Kunststoffteile)
- Sintern (Metalle, Gemische)
- Laser-Schichtbauverfahren (Rapid Prototyping)
4.1 Gießen
4.1.1 Grundlagen
. sehr altes Verfahren, trotzdem nur begrenzt beherrscht (Schmelztemperatur)
. Einflüsse auf Gießbarkeit und Gußqualität:
- Fließ- und Formfüllungsvermögen des Werkstoffs
- Schwindung und Schrumpfung des Werkstoffs beim Abkühlen
- Wärmerißneigung
- Gasaufnahme
- Seigerungen (Entmischungen)
- Penetration (Eindringen des Werkstoffs in die Gußform)
. entscheidend:
- Formteilung
- Zahl und Lage der Anschnitte
- Kerne und Kernlagerung
4.1.2 Gießen mit verlorenen Formen
. Form geht verloren (wiederverwendbarer Gießereisand) => Modell nötig
. Anwendungen:
- sowohl Einzel- als auch Großfertigung
. Gießen mit verlorenem Modell
- z.B. Vollformgießen: geklebte Hartschaumblöcke als Modell => Verbrennen beim
Eingießen
. Gießen mit Dauermodell
- z.B. Holz- oder Metallmodelle
4.1.3 Gießen mit Dauerformen
. Dauerformen / Kokillen => keine Modelle erforderlich
. sehr temp.-wechsel-beständig, Lebensdauer ca. 10.000 Abgüsse
4.2 Sintern
. feste, meist pulverförmige Stoffe werden unter hohem Druck miteinander verschmolzen
. Motivation:
- ursprünglich waren hochschmelzende Metalle gießtechnisch nicht verarbeitbar
- Legierungen, die im flüssigen Zustand nicht mischbar sind, sind ebenfalls nicht gießbar
- Ziel war u.a. die Herstellung von Werkstücken mit definiert poriger Struktur (z.B. Filter)
. Dreistufiger Prozeß:
- Pulvererzeugung
- Pressen (bis 60 kN/cm2) => Körner verschmelzen an Korngrenzen
- Sintern, also Glühen knapp unterhalb der Schmelzgrenze => Diffusionsvorgänge
- Kalibrieren (Nachpressen zur Beseitigung von Formungenauigkeiten)
. Vorteile:
- selten Nachbearbeitung notwendig
- gute Werkstoffausnutzung
- Mischbarkeit (Legierungen)
- keine Verunreinigungen
. Nachteile:
- teure Pulver und Werkzeuge
- große Pressen nötig (hohe Energien)
- keine Hinterschneidungen möglich, meist nur rotationssymmetrische Körper formbar
4.3 Laser-Schichtbauverfahren
. gemeinsames Grundprinzip:
- rechnerinternes Modell mit 3D-Geometriedaten
- rechnerinterne Zerlegung in dünne Schichten
- schichtweiser Aufbau des Körpers in einer Prozeßkammer:
a.) Generieren der Schicht (x-y-Ebene)
b.) Verbinden mit vorheriger Schicht
. Fertigung von Metall-, Keramik- und Kunststoffteilen möglich
. mehrere unterschiedliche physikal. Verfahren:
- Verfestigung aus der flüssigen Phase (Polymerisation)
- Generieren aus der festen Phase (Verkleben von Granulaten, An- und Aufschmelzen,
Ausschneiden von Platten/Bändern)
- Abscheiden aus der Gasphase
. 3 Verfahren der Konturierung (Berechnung)
- vektororientiert (Geraden, Kreisbögen) => höchste Qualität, rechenintensiv
- rasterorientiert (zeilenweise Generierung)
- maskenorientiert (geometrisch ähnliche, aber verkleinerte Maske wird durchleuchtet)
4.3.1 Laser-Stereolithographie (siehe Kopien)
. Anwendung:
- Anschauungsmodelle
- Urmodelle für Vakuum-, Fein- und Spritzgießen
- Funktionsmuster (funktionieren wie das Original, aber nicht unter dessen Bedingungen)
4.3.2 Laser-Sintern
. Prinzip:
- selektives Sintern
- schichtweiser Auftrag des polymerummantelten Metallpulvers
- Laserstrahl scannt Pulverschicht, Polymer schmilzt dabei auf
- Absenken der Arbeitsplattform
- schichtweise Wiederholung
- Vergasung des Polymers (Ofen)
- die nun poröse Metallstruktur wird mit Kupfer infiltriert
. Merkmale: sehr komplizierte Geometrie möglich (scharfe Kanten, Schlitze etc.)
. Anwendungen:
- Metallformen
- Formsand-Sintern für Gießformen
- Kunststoffsintern (gebrauchsfertige Teile)
4.3.3 LOM-Verfahren
. laminated object modelling
. Prinzip:
- Laser schneidet Schichten aus Papierband aus (Dicke ca. 0,1 mm)
- durch Verkleben (Laminieren) der einzelnen Schichten entsteht ein Papierblock, der das
zu modellierende Teil enthält
- Aufbauzeit: einige Stunden bis Tage
- nicht benötigte Teile der Papierbandschichten werden beim Schneiden gerastert und
können nach dem Fertigstellen des Blocks leicht vom Modell gelöst werden
. Merkmale: sehr bearbeitungsfreundliche Teile (ähnlich Holz)
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