Verfahren und Prozesse

Direkte und Indirekte Fertigung

 

Die Richtlinie 3404 der VDI unterscheidet bei generativen Verfahren zwischen direkten und indirekten Prozessen. Der Unterschied wird in folgender Abbildung verdeutlicht.

 

Unterscheidet man diese beiden Prozesse, dann werden im indirekten Prozessverfahren noch weitere Schritte eingeleitet um ein vollendetes Produkt zu erhalten. Dennoch ist es bei modernen Maschinen nicht unüblich Rapid Verfahren mit konventionellen Verfahren wie Fräsen, Drehen usw. in einer Anlage zu kombinieren.

 

Direkter Prozess

 

Direkte Prozesse können dabei einstufig oder mehrstufig erfolgen. Ein manuelles Eingreifen durch den Bediener bleibt dabei auf ein Minimum beschränkt.

 

  • Einstufige Direkte Prozess:

Hier werden alle gewünschten Eigenschaften des Endproduktes wie Oberflächen- und Materialgüte ohne weitere Bearbeitungschritte, egal ob durch chemische oder thermische Prozesse erreicht. Dies bedeutet im Umkehrschluss eine hohe Wirtschaftlichkeit, da kaum ein Eingreifen von außen notwendig ist. Laut VDI ist selbst dann ein Prozess als einstufig zu bezeichnen wenn im Nachgang von notwendigen Reinigungsarbeiten die Rede ist.

 

  • Direkte mehrstufige Prozesse:

Die erzeugten Stückzahlen in einem mehrstufigen Prozess werden als sogenannte Grünteile bezeichnet. Diese bekommen erst in einem nachfolgenden generativen Folgeprozess ihre gewünschte Qualität. Auch die Nachpolymerisation (Materialverhärten z.B. durch UV-Kammer) oder Infiltration (Verhärten durch Materialeindringen) sind Folgeprozesse. Aus wirtschaftlichen Interessen ist es oft sinnvoll eine schnelle Formgebung (erster Prozess) mit anschließenden Folgeprozessen zu kombinieren.

 

Indirekte Prozess

 

Als indirekte Prozesse werden Methoden genannt in denen das additiv hergestellte Produkt in Stückzahl und Qualität nicht dem des Endprodukts entspricht. Aus Oberfläche- oder funktionellen Gründen ist das Bauteil möglicherweise nicht mit generativen Verfahren zu produzieren. Dennoch werden Rapid Technologien eingesetzt um Werkzeuge oder Urformen mit den geeigneten Eigenschaften herzustellen. Zum Beispiel werden Photopolymerharze, Wachse und Harze mittels generativen Verfahren bearbeitet und zu einem Schalungskörper aufgebaut. Dieser findet wiederum in einem Gussverfahren zur Herstellung des gewünschten Endprodukts seinen Einsatz. Einsatzmöglichkeiten sind meist Bauteile mit komplexer Geometrie und geringer Losgrößen.

Die Formgebung beim generativen Fertigungsverfahren erfolgt abweichend von konventionellen Fertigungsmethoden, nicht durch Abtragen, sondern durch das Aufeinander- bzw. Aneinanderfügen von Volumenelementen. In der Regel werden hierzu zuerst einzelne Schichten des Bauteils aufgebaut, welche zusammengefügt die Geometrie des  gewünschten Bauteils ergibt. Die jeweiligen Schichten (ca. 0,1 mm) entstehen aus einem virtuellen Modell. Neben dem typischen 3D-CAD Volumenmodel können auch sehr komplexe Modelle  z.B. aus CT Scan oder durch 3D Lasererfassung als Grundlage dienen.

Unterscheiden lässt sich die Art der Schichtgenerierung anhand des Werkstoffes, der Schichterzeugung sowie der Art des Prozesses vom CAD Modell bis hin zum Steuerrechner.

Die Anzahl der unterschiedlichen Fertigungsverfahren ist inzwischen auf mehr als 30 Methoden angewachsen. Folgende Verfahrensgruppen finden dabei weltweit die größte Aufmerksamkeit.

 

Tabelle 1: Verfahrenfamilien

Stereolithographie

Sterolithography

SL

Lasersintern

(Selective) Laser Sintering

SLS

Schicht- (Laminat) Verfahren

Layer Laminate Manufacturing

LLM

Extrusions Verfahren

Fused Layer Modeling

FLM

3D-Printing

Three Dimensional Printing

3DP

Das „M“ steht je nach Autor entweder für „Modeling“ oder für „Manufacturing“

 

Vergleicht man den Kostenfaktor generativer Fertigungsverfahren mit den  spanenden Fertigungsmethoden wird deutlich, dass bei geringer Bauteilkomplexität das Verhältnis von Zeit zu Kosteneinsatz, der Vorteil bei konventionellen (spanenden) Fertigungsverfahren liegt.

Dies hängt zum einen am fortgeschrittenen Entwicklungsstand  konventioneller Anlagen, aber  auch an ihrer soliden Marktverbreitung.  Die oben stehende Grafik verdeutlicht dennoch die Marktchance der Rapid-Technologien, wenn es um die Bauteilkomplexität geht, da hier kein wesentlicher Mehraufwand im Bauprozess zu leisten ist.

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