Die vorliegende Bachelorarbeit verschafft einen Überblick über das mSLA-Verfahren und liefert Richtlinien für die Handhabung, um eine eigenständige Nutzung dieses Verfahrens zu ermöglichen. Hierzu wird zunächst ein allgemeines Grundverständnis für die additive Fertigung vermittelt, um anschließend genauer das mSLA-Drucken anhand des Prusa SL1 zu thematisieren und mit dem bislang bekanntesten 3D-Druck-Verfahen dem FDM zu vergleichen. Die daraus folgenden Stärken und Schwächen des Verfahrens werden als Basis für eine Konstruktionsrichtline genutzt, welche ein bestmögliches Druckergebnis realisieren soll. Des Weiteren werden durch die Durchführung von Zugversuchen Optimaleinstellungen für Bauteile ermittelt, welche unter Krafteinflüssen stehen. Zuletzt liefert die Arbeit einen Ausblick über die Machbarkeit und die Reproduzierbarkeit, eines Werkzeugeinsatzes für das Spritzgießen von Zugproben. Diese Arbeit ist für Studierende, Forschende aber auch für Privatpersonen geeignet, welche sich dem Thema des mSLA-Druckens annähern wollen.
Immer kürzer werdende Entwicklungszeiten, zunehmende Variantenvielfalt und stetig steigende Individualisierung von Produkten haben zur Folge, dass Rapid Prototyping immer mehr an Bedeutung für die Industrie gewinnt und ihr Dasein als Schlüsseltechnologie gestärkt wird. Aufgrund steigender Komplexität von Bauteilen ist die additive Fertigung gefragter denn je. Während herkömmliche Fertigungsverfahren viele Restriktionen in Bezug auf die Herstellbarkeit besitzen, überzeugt das AM durch gestalterische Freiheiten, wie es kein anderer Verfahrenszweig bieten kann.
Die Potenziale dieser vergleichsweise noch recht neuartigen Fertigungsform sind enorm, wenn bedacht wird, dass bereits komplette Fahrzeuge, ganze Häuser oder auch Dentalimplantate und Organe hergestellt werden können. [1, 2] Aufgrund der Feststellung der Potenziale sind die ursprünglichen Verfahren der AM einer ständigen Progression unterzogen, um in speziellen Anwendungsgebieten noch besser agieren zu können. Dadurch entstand in den letzten Jahren eine fast schon unübersichtliche Anzahl an verschiedensten Druckern mit unterschiedlichsten Technologien. Mit der Weiterentwicklung der Verfahren wächst auch der Umfang an verfügbaren Werkstoffen für nahezu jeden Anwendungszweck.
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Inhaltsverzeichnis
- Einführung
- Aufgabenstellung
- Vorgehensweise
- Grundlagen des Additive Manufacturing
- Additive Manufacturing
- Anwendungsgebiete
- Allgemeiner Prozessablauf
- Technischer Reifegrad des AM
- Übersicht der technologischen Prinzipien
- Fused Deposition Modeling
- Funktionsprinzip
- Vor- und Nachteile des FDM-Verfahrens
- Vorteile
- Nachteile
- Masked Stereolithographie (mSLA)
- Funktionsprinzip
- Entwicklung des Verfahrens
- Vor- und Nachteile des mSLA-Verfahrens
- Vorteile
- Nachteile
- Materialübersicht Harze für den Prusa SL1
- Umgang mit dem Prusa SL1 und dem CW1
- Schutzmaßnahmen
- Kurzanleitung
- Waschen
- Trocknen und Härten
- Aufräumen
- Verfahrensvergleich mSLA vs. FMD
- Optisch messbare Aspekte
- Maẞgenauigkeit
- Oberflächenqualität
- Stützstrukturen
- Maschinenstundensatz
- Fertigungszeiten
- Materialeinzelkosten und Materialverbrauch
- Ökologischer Fußabdruck
- Konstruktionsrichtlinie
- Minimale Wandstärke
- Mindestbreite einer Nut
- Mindestdurchmesser eines vertikalen Drahts
- Mindestdurchmesser einer Bohrung
- Maximalwinkel für Überhänge
- Drucken von Brücken
- Toleranzmaẞe für Passungen
- Aushöhlen eines Objektes
- Stützen und Grundschicht
- Kurzübersicht
- Werkstoffprüfung
- Grundlagen Zugversuch
- Zugprüfmaschine
- Zugprobe
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Bachelorarbeit zielt darauf ab, ein umfassendes Verständnis des mSLA-Verfahrens zu vermitteln und praktische Handlungsanweisungen für eine eigenständige Anwendung zu liefern. Dazu werden die Grundlagen des Additive Manufacturing beleuchtet, das mSLA-Verfahren im Detail analysiert und mit dem FDM-Verfahren verglichen.
- Verständnis des mSLA-Verfahrens und seiner Funktionsweise
- Vergleich des mSLA-Verfahrens mit dem FDM-Verfahren
- Entwicklung einer Konstruktionsrichtlinie für optimale Druckergebnisse
- Ermittlung optimaler Einstellungen für Bauteile unter Krafteinflüssen durch Zugversuche
- Bewertung der Machbarkeit und Reproduzierbarkeit eines Werkzeugeinsatzes für das Spritzgießen
Zusammenfassung der Kapitel
Die Arbeit beginnt mit einer Einführung in das Thema Additive Manufacturing und erklärt die grundlegenden Prinzipien und Anwendungsgebiete. Anschließend werden die Funktionsweise und die Vor- und Nachteile des FDM-Verfahrens erläutert. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Masked Stereolithographie (mSLA), die im Detail dargestellt wird, einschließlich ihrer Funktionsweise, Entwicklung und Materialeigenschaften.
Kapitel 5 befasst sich mit der praktischen Handhabung des Prusa SL1 3D-Druckers und des CW1-Waschbehälters. Es werden Schutzmaßnahmen und eine detaillierte Anleitung für den Druckprozess, das Waschen, Trocknen und Härten der Bauteile sowie das Aufräumen des Druckbereichs vorgestellt.
Im Kapitel 6 werden die beiden Verfahren mSLA und FDM miteinander verglichen, wobei optisch messbare Aspekte wie Maẞgenauigkeit, Oberflächenqualität, Stützstrukturen, Maschinenstundensatz, Fertigungszeiten, Materialkosten und der ökologische Fußabdruck berücksichtigt werden.
Kapitel 7 widmet sich einer Konstruktionsrichtlinie für die Verwendung des mSLA-Verfahrens. Dabei werden wichtige Parameter wie minimale Wandstärke, Mindestbreite von Nuten und Bohrungen, Maximalwinkel für Überhänge und die Konstruktion von Brücken behandelt. Es werden auch Empfehlungen für die Verwendung von Stützen und die Gestaltung der Grundschicht gegeben.
Das Kapitel 8 beschäftigt sich mit der Werkstoffprüfung und den Grundlagen des Zugversuchs. Es werden die Funktionsweise einer Zugprüfmaschine und die Eigenschaften von Zugproben erläutert.
Schlüsselwörter
Additive Fertigung, 3D-Druck, mSLA, Stereolithographie, FDM, Fused Deposition Modeling, Prusa SL1, CW1, Konstruktionsrichtlinie, Werkstoffprüfung, Zugversuch, Materialeigenschaften, Anwendungsmöglichkeiten, Vergleich, Stärken, Schwächen.
- Quote paper
- Felix Bär (Author), 2021, Untersuchungen des Werkstoffverhaltens und der Anwendungsmöglichkeiten von 3D-mSLA-Druckern, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1031737
