Konstruktion eines additiven Fertigungssystems zur Herstellung kunststoffbasierter Prototypen für Exterieur- Karosseriekomponenten

Bachelor Thesis , 2023 , 114 Pages , Grade: 1,3

Engineering - Mechanical Engineering

In dieser Bachelorarbeit wird die Entwicklung eines additiven Fertigungssystem ( umgangssprachlich 3D-Drucker) beschrieben. Nach einer Einleitung in das Thema 3D-Druck und Materialien wird insbesondere auf die Konstruktion und die Berechnung per FEM-Analyse eingegangen.

Additive Fertigungsverfahren, auch bekannt unter den Begriffen generative Fertigungsverfahren, Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing, sind Fertigungsverfahren, welche Bauteile schichtweise aufbauen. Sie werden umgangssprachlich auch als 3D-Druck bezeichnet. Der schichtweise Aufbau ermöglicht die Fertigung von sehr komplexen Bauteilen, welche mit anderen Fertigungsverfahren teilweise gar nicht oder nur mit hohem Aufwand gefertigt werden können. Ausformschrägen oder die Vermeidung von Hinterschnitten müssen nicht beachtet werden, können jedoch abgebildet werden.

Somit lassen sich Prototypen fertigen, welche das äußere Erscheinungsbild wie z.B. dem eines Spritzgussteils haben. Ein weiterer Vorteil dieser Verfahren ist das wesentlich geringe anfallen von Abfall als z.B. bei der subtraktiven Fertigung, wie dem Drehen oder Fräsen. Additive Fertigungsverfahren eignen sich somit hervorragend zur Herstellung von Prototypen und Kleinstserien. Da die Fertigung der Bauteile lange dauert, sind sie für die Großserienproduktion eher ungeeignet.

Inhaltsverzeichnis

• 1 Einleitung
• 1.1 Aufgabenstellung
• 1.2 Aufbau der Arbeit
• 2 Theoretische Grundlagen
• 2.1 VDI-Richtlinie 2221
• 2.2 Finite-Elemente-Methode
• 2.3 FLM-Fertigungsverfahren
• 2.3.1 Funktionsweise
• 2.3.2 Geometrische Freiheit
• 2.3.3 Fertigungszeit
• 2.3.4 Konstruktionsrichtlinien
• 2.3.5 Materialien
• 3 Konzeptentwicklung
• 3.1 Klärung der Aufgabenstellung
• 3.1.1 Anforderung Kunststoffe
• 3.1.2 Dimensionierung
• 3.1.3 Anforderungsliste
• 3.2 Bauformen FLM Fertigungssysteme
• 3.2.1 Kartesische FLM-Fertigungssysteme
• 3.2.2 Core XY- Fertigungssysteme
• 3.2.3 Delta- Fertigungssysteme
• 3.2.4 Polares Fertigungssystem
• 3.2.5 Förderband Fertigungssystem
• 3.3 Identifizierung geeigneter Bauform und Funktionseinheiten
• 3.3.1 Funktionseinheit Grundrahmen
• 3.3.2 Funktionseinheit Druckkopf
• 3.3.3 Funktionseinheit X-Achse
• 3.3.4 Funktionseinheit Y-Achse
• 3.3.5 Funktionseinheit Z-Achse
• 3.3.6 Funktionseinheit Druckbett
• 3.3.7 Funktionseinheit Steuerung
• 3.4 Konzeptlayout des Fertigungssystems
• 4 Ausarbeitung
• 4.1 Ausführung des Fertigungssystems
• 4.1.1 Extruder
• 4.1.2 Grundrahmen
• 4.1.3 X-Achse
• 4.1.4 Y-Achse
• 4.1.5 Z-Achse
• 4.1.6 Druckbett
• 4.1.7 Steuerungselektronik
• 4.1.8 Fehlerkorrektur nach Zusammensetzen der Funktionseinheiten
• 4.2 Kostenabschätzung
• 5 Zusammenfassung und Ausblick

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Konstruktion eines additiven Fertigungssystems für kunststoffbasierte Prototypen von Exterieur-Karosseriekomponenten. Ziel ist die Entwicklung eines funktionsfähigen Systems, das die spezifischen Anforderungen an die Herstellung solcher Prototypen erfüllt.

• Konstruktion eines additiven Fertigungssystems
• Anforderungen an die Fertigung von Kunststoff-Prototypen
• Auswahl geeigneter Bauformen und Komponenten
• Kostenabschätzung des entwickelten Systems
• Ausführungsplanung und Detaillierung der Systemkomponenten

Zusammenfassung der Kapitel

Kapitel 1 führt in die Aufgabenstellung und den Aufbau der Arbeit ein. Kapitel 2 behandelt die theoretischen Grundlagen, einschließlich der VDI-Richtlinie 2221, der Finite-Elemente-Methode und verschiedener FLM-Fertigungsverfahren. Hier werden Funktionsweise, geometrische Freiheiten, Fertigungszeiten, Konstruktionsrichtlinien und verwendbare Materialien erläutert. Kapitel 3 konzentriert sich auf die Konzeptentwicklung, die Klärung der Aufgabenstellung (Anforderungen an Kunststoffe und Dimensionierung), die Betrachtung verschiedener Bauformen von FLM-Fertigungssystemen und die Identifizierung geeigneter Bauformen und Funktionseinheiten (Grundrahmen, Druckkopf, Achsen, Druckbett, Steuerung). Kapitel 4 beschreibt die Ausarbeitung des Fertigungssystems, inklusive der Detaillierung der einzelnen Komponenten und einer Kostenabschätzung.

Schlüsselwörter

Additives Fertigungssystem, FLM-Fertigungsverfahren, Kunststoff-Prototypen, Exterieur-Karosseriekomponenten, Konstruktion, Kostenabschätzung, Finite-Elemente-Methode, VDI-Richtlinie 2221.

• College: University of Applied Sciences Hamburg
• Grade: 1,3
• Author: Jan Thomas (Author)
• Publication Year: 2023
• Pages: 114
• Catalog Number: V1500888
• ISBN (PDF): 9783389074664
• ISBN (Book): 9783389074671
• Language: German
• Tags: 3D, Drucker, FLM, FDM, FFF, 3D-Drucker, Filament, PLA, PETG, 3D-Printer, Printer, Konstruktion, Entwicklung, Maschinenbau, Prototyp, Additiv, Fertigungssystem, FEM