Fertigung von Strahldüsen beliebiger Geometrie

Rapid Prototyping / Generative Verfahren
Fertigung von Strahldüsen
beliebiger Geometrie mit
dem selektiven Laser Sinter
Verfahren
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Rapid Prototyping / Generative Verfahren
Klassifizierung der Verfahren
Werkstoffe für generative Verfahren
fest
Pulver
Draht
Aufschmelzen
und
Verfestigen
Fused Deposition
Modeling
(FDM)
Ballistic Particle
Manufacturing
(BPM)
Multi-Jet Modeling
(MJM)
Ein- oder MehrKomponentenpulver
und Bindemittel
3D-Printing
(3DP)
flüssig
gasförmig
Polymerisation
Chem.
Reaktion
Folie
Ein- oder MehrKomponentenPulver
Ausschneiden
und
Kleben
Ausschneiden
und
Polymerisieren
Selective Laser
Sintering
(SLS)
Layer Laminate
Manufacturing
(LLM)
Solid Foil
Polymerisation
(SFP)
Wärme
Thermal
Polymerisation
(TP)
Licht zweier
Frequenzen
Beam
Interference
Solidification
(BIS)
LCVD
(MPI-GÖ)
Licht einer
Frequenz
Lampe
Solid Ground
Curing
(SGC)
Laserstrahl
Holographie
Stereolithography Holographic
(SL)
Interference
Solidification
(HIS)
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Rapid Prototyping / Generative Verfahren
Generative Verfahren
Selektives Laser Sintern
Aufschmelzen und Verfestigen von Pulverwerkstoffen
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Rapid Prototyping / Generative Verfahren
SLS - Maschinenaufbau
CO2-Laser
Scanner
Shutter
Bauraum
Heizsysteme
PulverTransportwalze
Überlaufbehälter
z-Zustellung
Vorratsbehälter
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Rapid Prototyping / Generative Verfahren
SLS - Verfahrensablauf
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Rapid Prototyping / Generative Verfahren
Wärmeeintrag in eine Pulverschüttung mittels Laser
einfallende
Laserstrahlung
vs
Strahlung QS
bW
Eb
QK
QR
QL
Wärmeleitung
IX
Reflektion
VS
ungesintertes
Pulver
gesintertes
Pulver
dS
Konvektion
Laserstrahl, Pb
Pulverschüttung
WS
hS
IY
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Rapid Prototyping / Generative Verfahren
Vorteile der pulverbasierten Verfahren
• Vielzahl unterschiedlicher Werkstoffe einsetzbar (Kunststoffe, Metalle, Keramiken)
• Herstellung von Konzeptmodellen bis hin zu Funktionsprototypen
• Herstellung beliebiger Bauteilgeometrien und funktionalen Baugruppen
• Bei Kunstoffen keine Folgeprozesse notwendig
• Recycling des nicht Versinterten Pulvers
• Keine Stützkonstruktion notwendig
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Rapid Prototyping / Generative Verfahren
Werkstückbeispiele - SLS
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Rapid Prototyping / Generative Verfahren
Werkstückbeispiele - SLS
Schnelllauf Lüfterrad
Material: Polyamid
Erfolgreich erprobt bei
10.000 U/min
Funktionaler StaubsaugerPrototyp der Firma Elektrolux
aus 14 Einzelteilen
Material: Polyamid GF
Funktionaler Prototyp
eines Treibstofftanks
mit 75 Liter Inhalt
Material: Polyamid GF
Bauzeit: 4 Tage
Design und FunktionsPrototyp der Firma Volvo
Material: Polyamid
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Rapid Prototyping / Generative Verfahren
Werkstückbeispiele - SLS
Feingussmodell
Turbinenschaufel
Einbau- und Montageprüfung der Baugruppe
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Rapid Prototyping / Generative Verfahren
Vergleich der Eigenschaften von
SLS und extrudierten Bauteilen aus Polyamid
SLS Bauteile
Extrudierte Bauteile
Dichte: 0,91 g/cm³
Dichte: 1,14 g/cm³
E-Modul: 1400 MPa
E-Modul: 1500 MPa
Bruchdehnung: 30 %
Bruchdehnung: 37 %
Zugfestigkeit: 35 MPa
Zugfestigkeit: 78 MPa
Schmelzpunkt: 184 - 186 °C
Schmelzpunkt: 184 - 186 °C
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Rapid Prototyping / Generative Verfahren
Einfluss der Bestrahlung mit Trockeneis auf die
Oberflächenqualität
Anhaftende
Pulverteilchen
Typische Oberfläche
eines PA Werkstückes /
Sandgestrahlt
Trockeneisgestrahlte Oberfläche
Druck: 10 bar
Durchsatz: 75 kg/h
Vorschub: 1,5 m/min
Abstand: 10 cm
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Rapid Prototyping / Generative Verfahren
Bestrahlungsversuche an Plattenförmigen Proben bei
unterschiedlichem Versinterungsgrad
Vorschub:0,4 m/min
Massendurchsatz: 75 kg/h
Druck: 10 bar
Abstand: 8 cm
Dauer: 3 Minuten
Massendurchsatz: 100 kg/h
Druck: 12 bar
Abstand: 3 cm
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Rapid Prototyping / Generative Verfahren
Düsenbeispiele
Strahldüse mit konischer
Innengeometrie
Winkelstrahldüse mit
90° Strahlumlenkung
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Rapid Prototyping / Generative Verfahren
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Dipl.-Ing. Philip Elsner
Fraunhofer IPK
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