3D-Druck großformatiger Bauteile
Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von Großgussformen mittels 3D-Druck
In diesem Forschungsprojekt wurde ein 3D-Drucker für Partikelmaterial mit einem 4 m x 2 m x 1 m großen Bauraum entwickelt und neuartige Steuerungstechniken und Softwarebedienungswerkzeuge erforscht.
Das 3D-Druckverfahren ist eine additive Fertigungsmethode. 3D-Drucker bauen dreidimensionale Objekte, die als CAD-Daten vorliegen, aus gebundenem Pulver, z. B. gebundener Sand oder Kunststoff. Der Drucker trägt zunächst eine Schicht Pulver auf. An den Stellen, wo sich das Objekt befindet, wird mit Hilfe eines Druckkopfes Binder eingebracht. Anschließend wird die Druckebene um eine Schichtstärke abgesenkt. Diese Schritte werden wiederholt. Nach Beendigung des Druckprozesses wird überschüssiges Material entfernt und das gedruckte Objekt kann weiterverarbeitet werden. Damit können z. B. Gussform für die Herstellung von Metallbauteilen werden oder durch Infiltrieren stabile Objekte produziert werden.
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| Schematische Darstellung des 3D-Druckverfahrens (Quelle: voxeljet technology GmbH, Augsburg) |
Das Softwarsystem Rapix3D für Rapid-Prototyping-Anlagen wird seit 1998 am FORWISS entwickelt. Es ermöglicht die Plazierung von CAD-Objekten im Bauraum, die Schichtbildberechnung und die Ansteuerung von 3D-Druckern.
Gussformen verwendet man bei der Herstellung von Werkstücken vorallem aus Metall. Dabei wird eine Negativform aus Sand im 3D-Druckverfahren hergestellt und mit flüssigem Werkstoff (Metall) befüllt. Nach dessen Erstarrung wird der Sand entfernt und man erhält das Werkstück. Dieses Verfahren eignet sich vorallem für die Herstellung von Prototypen, z. B. im Automobilbau. Großformatige Werkstücke wie z. B. Schiffsschrauben konnten bisher mit dieser Technik nicht hergestellt werden. Daher wurde in diesem durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) öffentlich geförderten Projekt ein 3D-Partikel-Großdrucker mit einem 4 m x 2 m x 1 m großen Bauraum entwickelt und neuartige Steuerungstechniken und Softwarebedienungswerkzeuge erforscht.
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| Prototyp VX4000 der Firma voxeljet GmbH, Augsburg (Foto: voxeljet technology GmbH, Augsburg) |
Der effiziente Einsatz eines Bauraums mit einer derartigen Größe wurde erst durch zahlreiche Änderungen an der Software Rapix3D und die Erforschung von neuartigen Software-Werkzeugen möglich. So ist aufgrund der Mechanik des Druckverfahrens keine feste Bauraumwand mehr möglich. Diese kann als parametriesierte Wand in Rapix3D erzeugt werden. Ebenso kann dieser Bauraum nicht mehr von oben entpackt werden, sondern er wird von der Seite entpackt. Daher wurden Software-Werkzeuge entwickelt, die das Entpacken unterstützen. Ebenso wurden Verfahren zum ressourcenschonenden Druck entwickelt, die beispielsweise automatisch das Volumen des Bauraums optimieren.
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Rapix3D mit großformatigem Bauraum und Bauraumwand
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Mittels Rapix3D erstellte bauteilangepasste Trennplatte |
In Zusammenarbeit mit voxeljet technology GmbH konnte in diesem Forschungsprojekt ein großformatiger 3D-Drucker entwickelt werden.
| Gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages |
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Projektmitarbeiter
