AM FIELD GUIDE COMPACT - Mesago Messe Frankfurt GmbH
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AM
FIELD
GUIDE
COMPACT
n
Editio
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deutsc
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& eng2l2
20
ENTDECKE DIE WELT DER ADDITIVEN FERTIGUNG
Eine praktische Orientierungshilfe für die spannende Welt der generativen Fertigung
EXPLORE THE WORLD OF ADDITIVE MANUFACTURING
A hands-on introduction into the exciting world of generative manufacturing
Messe Frankfurt GroupAM PROZESS ALLGEMEIN
PROCESS IN GENERAL
Der ›AM Field Guide‹ gibt einen ersten strukturierten The ›AM Field Guide‹ provides a structured overview
Überblick in die komplexe und vielschichtige Welt der of the complex world of Additive Manufacturing.
additiven Fertigungsverfahren. Getrennt nach den Separated into polymers, metals and other materials,
Materialien Polymere, Metalle und weitere Materialien the most common AM processes available on the
werden die gängigsten jeweils auf dem Markt ange market are shown schematically and the core of each
botenen AM-Verfahren schematisch dargestellt und der process is briefly described. In addition to the main
Verfahrenskern in Kurzform beschrieben. Neben den methods described here, there are many derivatives
hier dargestellten Hauptverfahren gibt es viele Derivate and special processes which are also used and which
und Sonderverfahren, die ebenfalls eingesetzt werden are not explicitly shown. It should be noted that in
jedoch nicht explizit gezeigt sind. Zu beachten ist, the emerging field of Additive Manufacturing, many
dass in dem jungen Bereich der additiven Fertigung manufacturers give their AM technologies their own
viele Hersteller ihren AM-Anwendungen eigene names, so that a completely comprehensive classifi-
Namen geben, so dass eine allgemeingültige umfas cation is difficult to obtain.
sende Klassifizierung nur ansatzweise erreichbar ist.
In the presentation of the product development pro-
In der Darstellung des Produktentstehungsprozesses cess of additively manufactured components, it should
additiv gefertigter Bauteile ist besonders hervorzu be emphasized that the actual, physical additive
heben, dass der eigentliche »additive Druckprozess« printing process is only a small part of a complex
als Kernprozess nur einen kleinen Teil einer komple process chain. From the conceptualization of a part,
xen Prozesskette ausmacht. Von der Idee bis hin zum through to the final manufactured component,
final gefertigten Bauteil werden viele Prozessschritte there are many process steps. Post-processing of
durchlaufen. Eine Nachbearbeitung der AM-Bauteile AM components is often necessary. Mastery of the
ist oft Standard. Für eine optimale Nutzung genera entire process is required in order to make optimum
tiver Fertigungstechnologien muss der gesamte Pro use of advanced manufacturing technologies. The
zess beherrscht werden. Dabei unterscheiden sich die detailed steps in any individual application can vary
Detailschritte im Prozess teilweise erheblich, abhän considerably, depending on the AM process, the
gig vom AM-Verfahren, von den Materialien und von materials and other process elements.
weiteren Aspekten.
As a guideline, here are the questions that have to be
Als Orientierungshilfe werden Fragen aufgeworfen, put to the respective manufacturers in connection
die im Zusammenhang mit der Nutzung von AM- with the use of AM procedures.
Verfahren den jeweiligen Herstellern zu stellen sind:
§ Which material is required?
§ Welches Material wird benötigt? § Are the components prototypes or series
§ Sind die Bauteile Prototypen oder Serienbauteile? components?
§ Welche Stückzahlen werden benötigt? § What quantities are required?
§ Gibt es schon ähnliche vergleichbare § Are there already comparable AM applications?
AM-Anwendungen? § Are there service providers offering this service?
§ Gibt es Dienstleister, die diese Leistung anbieten? § How must the existing organizational structure be
§ Wie muss die vorhandene Organisationsstruktur adapted to fulfill AM requirements?
den AM-Erfordernissen angepasst werden? § How must the development process be adapted to
§ Wie muss der Entwicklungsprozess an das the AM manufacturing process?
AM-Verfahren angepasst werden?
ID-No. 22123515
formnext.com
ISBN 978-3-9824891-2-4
(CC BY-NC-ND 4.0) Ritter, Steffen (2022). | formnext AM Field
Guide compact 2022. | Frankfurt am Main: Mesago Messe
Frankfurt GmbH | Stand: September 2022 / Status: September 2022AM DER AM-PROZESS IM ÜBERBLICK AM FRAGEN ZU DEN PHASEN
THE AM PROCESS AS A WHOLE QUESTIONS ABOUT THE PHASES
ENTWICKLUNGSPHASE / PREPROCESSING ENTWICKLUNGSPHASE / PREPROCESSING
CAE Simula § Welche Bauteil- und Materialeigenschaften sollte das AM-Bauteil in jedem Fall haben?
Design for
tion und
Additive
Optimierung STP
Erstellen von § Ist das Material generell oder speziell für die angestrebte Anwendung qualifiziert bzw. validiert?
Manu Daten Aus § Was ist speziell für das ›Design for Additive Manufacturing‹ zu beachten?
CAE simula- IGES
factu STL tauschfiles
ring / CAD
tion OBJ Creation of § Bestehen spezielle Konstruktionsvorgaben für das AM-gerechte Bauteildesign?
and optimi-
Design
zation
PLY
AMF
data transfer § Welche konstruktiven Möglichkeiten ergeben sich durch die AM-gerechte Bauteilkonstruktion?
files § In welcher Art und Weise müssen die CAD-Daten vom Teilemodell vorliegen?
§ Eignet sich ein spezielles AM-Verfahren in besonderer Weise für die angestrebten Bauteile?
§ What are the component and material properties that the AM component should have in any case?
§ Is the material generally or specifically qualified or validated for the intended application?
§ What is especially important for ›Design for Additive Manufacturing‹?
AM-PRODUKTIONSPHASE / AM PRODUCTION PHASE § Are there special design specifications for the AM compliant component design?
§ What design possibilities result from AM compliant component design?
§ In which way must the CAD data of the part model be available?
LASER Additive § Is a special AM process particularly suitable for the desired components?
AM-Vorbe Heraus
Fertigung
reitung holen des
Additive
AM prepa- Bauteils
rations
manufactu-
ring Extraction AM-PRODUKTIONSPHASE / AM PRODUCTION PHASE
MATERIAL
of compo-
POWDER
nent § Lässt sich das AM-Verfahren in die bestehenden Prozesse integrieren?
§ Welcher Betreuungsaufwand existiert für das angestrebte AM-Verfahren?
§ Mit welchen Unterhaltskosten ist für das AM-Verfahren zu rechnen?
§ Sind die Materialien frei käuflich oder sind diese nur originär vom Systemhersteller zu beziehen?
§ Ist das System eine Black Box oder können Produktions-Parameter individuell angepasst werden?
NACHBEARBEITUNGSPHASE / POSTPROCESSING § Bestehen besondere Schutzanforderungen für Mensch und Umwelt?
§ Welche Fertigungs- / Baugeschwindigkeit hat das AM-Verfahren?
§ Can the AM process be integrated into existing processes?
§ How much support is required for the desired AM process?
VISUAL
X-RAY
§ What maintenance costs are to be expected for the AM process?
3D MEASUREMENT § Are the materials freely available for purchase or can they only be purchased originally from the
…
system manufacturer?
§ Is the system a black box or can production parameters be individually adjusted?
§ Are there special protection requirements for people and the environment?
§ What is the production / building speed of the AM process?
NACHBEARBEITUNGSPHASE / POSTPROCESSING
Wärmebehandlung, Entstützung, Qualitätssicherung Fertiges Bauteil § Welche speziellen Nacharbeiten gibt es an den AM-gefertigten Bauteilen?
Quality assurance Finished component
Reinigung und / oder § Müssen die AM-Bauteile in einem weiteren Prozessschritt nachbehandelt werden?
maschinelle Nacharbeit
Heat treatment, support removal,
§ Kann im AM-Prozess nicht verwendetes Material wieder verwendet werden?
cleaning, and / or machine finishing § Wie ist mit verbrauchtem Material umzugehen?
§ Muss die Bauteilqualität über eine Qualifizierung, z.B. durch ein zerstörungsfreies Prüfverfahren,
nachgewiesen werden?
Disclaimer: Der vorliegende Ratgeber entstand durch Prof. Dr.-Ing. Steffen Ritter / Hochschule Reutlingen in Zusammenarbeit mit der formnext / § Is there any special post-processing work on the AM components?
mesago Messe Frankfurt GmbH. Die hier gezeigten Verfahrensdarstellungen sind nach bestem Wissen und Gewissen erarbeitet und zusammen § Do the AM components have to be aftertreated in a further process step?
gefasst. Sie stellen den aktuellen Stand der Entwicklung dar. Sie sollen einen ersten strukturierten Überblick in die komplexe und vielschichtige
Welt der additiven Fertigungsverfahren geben. Haftungsansprüche gegen die Autoren, die sich auf Schäden materieller oder ideeller Art beziehen, § Can material not used in the AM process be recycled?
die durch die Nutzung oder Nichtnutzung der dargebotenen Informationen bzw. durch die Nutzung fehlerhafter oder unvollständiger Informationen § How must the unused material be handled?
verursacht wurden, sind grundsätzlich ausgeschlossen.
§ Does the component quality have to be proven by a qualification, e.g. by a non-destructive
Disclaimer: This guide was created by Prof. Dr.-Ing. Steffen Ritter from Reutlingen University in cooperation with formnext / mesago Messe Frankfurt testing procedure?
GmbH. The process descriptions shown here have been compiled and summarized to the best of our knowledge and belief. They represent the
current state of development. They are intended to provide an initial structured overview of the complex and multilayered world of additive manufac-
turing processes. Liability claims against the authors relating to material or non-material damage caused by the use or non-use of the information
provided or by the use of incorrect or incomplete information are generally excluded.AM ANWENDUNGSFELDER
AREAS OF APPLICATION
Ein wirtschaftlicher Einsatz additiver Fertigungsverfahren ist im Wesentlichen gegeben, wenn sich die Generally speaking, Additive Manufacturing processes are cost-effective if the AM application relates to one
AM-Applikation auf eines oder mehrere der dargestellten Anwendungsfelder bezieht. or more of the fields illustrated below.
Im Einzelfall ist der entsprechender Nachweis, bezogen auf das speziell angewandte AM-Verfahren, mitsamt However, the feasibility of each individual case will need to be verified in relation to the specific AM process
dem zugehörigen AM-Gesamtprozess, zu erbringen. involved and the corresponding entire AM process too.
PROTOTYPENBAU MODELLBAU KLEINSERIEN INDIVIDUALISIERUNG KONSTRUKTIONSFREIHEIT IN-SITU FERTIGUNG
PROTOTYPING MODEL MAKING SMALL BATCHES CUSTOMIZATION FREEDOM OF DESIGN IN-SITU MANUFACTURING
Nach wie vor ist das „Rapid Proto Bei der Erstellung von erklärenden Da additive Verfahren im Wesent Die Fertigung von Bauteilen, die Die additiv gefertigten Bauteile Mit additiven Verfahren besteht
typing“ eine der häufigsten Anwen Modellen bieten mehrkomponentige lichen nicht auf teure und speziell auf einen Einzelfall speziell an können ohne Mehrkosten mit die Möglichkeit, überall und sofort
dungen additiver Fertigungstech oder mehrfarbige AM-Verfahren angepasste Werkzeuge und Pro gepasst sind. Selbst dann ist eine nahezu jeder Geometrie hergestellt Produkte zu produzieren. Es han
nologien im Entwicklungsprozess vielfältige Möglichkeiten, insbeson duktionsmittel angewiesen sind, wirtschaftliche Fertigung dieser werden. Mit minimalem Material delt sich also um die örtliche und
bei der Prototypenerstellung. dere auch komplexe geometrische verursachen sie vorab auch keine vollständig individualisierten Bau- einsatz werden Funktionen optimal zeitlich Verfügbarmachung von
Jegliche Art von Dummy-Bauteilen Strukturen schnell, anschaulich und aufwändigen Investitionen. Damit teile möglich. Kundenspezifische erreicht und Strukturen auf das Bauteilen, ohne diese vorab auf
über Funktionsprototypen bis hin preisgünstig darzustellen. eignen sich die AM-Verfahren für Einzelanfertigungen sind beson Nötigste reduziert. Damit durch wändig lagern zu müssen.
zu seriennahen Erstmustern ist die wirtschaftliche Erstellung von ders aus der Medizintechnik und die verfahrensspezifischen Design
denkbar. Die schnelle Verfügbarkeit AM processes capable of producing Kleinserien. Hierbei ist die größte der Prothetik bekannt. freiheiten und Funktionsintegra Thanks to additive processes,
der Teile im Gegensatz zu klassisch multiple components in multiple Herausforderung, mit den AM- tion Strukturen mit Mehrwerten products can be made at the point
hergestellten Prototypenbauteile colors offer a wide range of possibi- Verfahren Bauteil- und Material The production of components entstehen, müssen die Konstruk of need, just like that. So, com
ist hierbei hervorzuheben. lities for making clear, cost-effective eigenschaften auf dem Niveau that are specially adapted to an teure, im Gegensatz zu klassischen ponents can be made available
explanatory models quickly, even klassischer Fertigungsverfahren zu individual case. Even then, econo- Verfahren, umdenken. without having the inconvenience
Rapid prototyping is still one of the those with complex geometrical erzielen. mical production of these com of storing them beforehand.
most common applications for structures. pletely individualized components AM components can be made in
Additive Manufacturing technologies Since additive processes mostly do is possible. Customized one-off practically any geometry with
used during the development and not rely on expensive and specially productions are particularly well little-to-no additional costs compa-
pre-production process. Components adapted tools and means of produc known in medical technology and red to more traditional means.
are possible from functional proto- tion, they do not require conside prosthetics. Optimum functionality is achieved
types to production-quality initial rable investment in advance. As with minimal use of materials and
samples. lt is important to note that such, AM processes are suitable for structures are reduced to only what
these parts can be made very cost-effective small-batch produc- is absolutely necessary.
quickly compared to prototypes tion. The biggest challenge is how In order to create structures with
manufactured in the traditional way. to achieve component and material added value through the process-
properties with AM processes that specific design freedoms and
are at the same level as those pro functional integration, designers
vided by traditional manufacturing have to rethink their approach
methods when compared to traditional
processes.AM formnext.com
POLYMER
PBF MEX MJT VPP
Powder Bed Fusion* Material Extrusion* Material Jetting* Vat Photopolymerization*
Fused with Fused with Material extrusion Material extrusion Cured with Cured with Cured with
agent + energy laser Filament Granulate UV light laser projector
MJF SLS FDM PEM MJ SLA DLP
Multi Jet Fusion Selective Laser Fused Deposition Pellet Extrusion Material Jetting Stereo Lithography Direct Light Processing
Sintering Modeling Modeling
(INERT GAS) POLYMER POLYMER
IR ENERGY FILAMENT GRANULATE
PHOTOPOLYMER
(& INK)
BINDING AGENT LASER LASER
PROJECTOR
HOT ! HOT !
( ) UV ( )
POLYMER
POLYMER
POWDER
POWDER
PHOTOPOLYMER PHOTOPOLYMER
Kleinste Flüssigkeitströpfchen Mittels eines beweglichen Drahtförmiger Kunststoff, so Kunststoffgranulat wird in Durch viele Düsen werden Mittels eines beweglichen Laser Mittels eines Projektors wird ein
werden lokal auf eine Polymer Laserstrahls wird Polymerpulver genanntes Filament, wird in einer Düseneinheit plastifiziert kleinste Photopolymertröpfchen strahls wird ein dickflüssiges Photopolymer schichtweise
pulverschicht aufgebracht. Sie schichtweise selektiv lokal einer Düseneinheit plastifiziert und schichtweise selektiv lokal und schichtweise aufge Photopolymer schichtweise belichtet. Material, das belichtet
erhöhen oder unterdrücken die gesintert und verfestigt damit und schichtweise selektiv lokal dosiert. bracht. Direkt im Anschluss wird selektiv lokal auspolymerisiert wird, polymerisiert lokal aus
Wärmeabsorption des Materials. einen Querschnitt des Bauteils. lokal dosiert. Plastic granulate is plasticized das dickflüssige Photopolymer und verfestigt sich dort. und verfestigt sich.
Stand: September 2022 / Status: September 2022
Eine integral wirkende Infrarot By means of a movable laser Wire-shaped plastic, so-called in a nozzle unit and selectively durch UV-Licht ausgehärtet. By means of a movable laser A photopolymer is exposed layer
quelle schmilzt das pulverförmige beam, a polymer powder is filament, is plasticized in a dosed locally layer by layer. Small droplets of photopolymer beam, a viscous photopolymer is by layer using a projector. The
Ausgangsmaterial lokal auf. selectively sintered locally layer nozzle unit and selectively are applied locally and layer by selectively cured locally in layers exposed material is polymerized
Tiny liquid droplets are applied by layer and thus solidifies a dosed locally layer by layer. layer through many nozzles. and solidifies there. locally and solidifies.
locally to a layer of polymer cross-section of the component. The viscous photopolymer is
powder. They increase or sup- then cured instantly by UV-light.
press the heat absorption of the
powder. An integrally acting
infrared source melts the mate-
rial respectively.
*nach DIN EN ISO/ASTM Terminologie / according to DIN EN ISO/ASTM Terminology
Für alle Verfahren gilt: Durch den schichtweisen selektiven Ablauf entstehen dreidimensionale Strukturen. / It applies to all processes: three-dimensional structures are created by the selective layer-by-layer process.AM formnext.com
METAL
PBF DED MEX BJT MJT
Powder Bed Fusion* Directed Energy Deposition* Material Extrusion* Binder Jetting* Material Jetting*
Fused with Fused with Fused with Cold contact Fused with Green part is printed to Joined with bonding agent Cured with heat to
laser electron beam laser welding electric arc be sintered afterwards to be sintered afterwards be sintered afterwards
SLM EBM LENS MPA WAAM FDM BJ NPJ
Selective Laser Melting Electron Beam Melting Laser Engineering Metal Powder Wire and Arc Fused Deposition Binder Jetting Nano Particle Jetting
Net Shape Application Additive Manufacturing Modeling
INERT GAS VACUUM METALLIC
FILAMENT
METAL- METAL-
POWDER POWDER INERT GAS
INERT GAS
KINETIC BINDING AGENT SOLVENT & NANOPARTICLES
LASER E-BEAM LASER ENERGY METAL-
(HYPERSONIC ARC WIRE
SPEED) HOT !
POWDER
POWDER
POWDER
METAL
METAL
METAL
Mittels eines beweglichen Mittels eines beweglichen Material wird aufgebracht und Materialpulver wird mit sehr Metalldraht wird im Licht Drahtförmiger metallhaltiger Winzige Bindemitteltropfen Eine Metallpartikel-Lösemit
Laserstrahls wird Metallpul Elektronenstrahls wird Metall simultan durch einen Laser hoher kinetischer Energie bogenschweissverfahren Kunststoff, sogenanntes werden durch viele Düsen telflüssigkeit wird in einer
ver schichtweise selektiv pulver schichtweise selektiv strahl aufgeschmolzen. schichtweise aufgebracht. geschmolzen und schicht Filament, wird in einer Düsen selektiv lokal und schicht Düseneinheit selektiv lokal
lokal aufgeschmolzen und lokal aufgeschmolzen und es Das folgende Erstarren der Endkonturnahe Bauteile weise lokal aufgetragen, um einheit plastifiziert und weise auf Metallpulver aufge dosiert. Das Lösemittel ver
verfestigt damit einen Quer verfestigt sich damit ein Schmelze generiert neue entstehen. Materialkombina schnell große endkonturnahe schichtweise selektiv lokal bracht. Sie kleben das Pulver dampft und die Nanopartikel
Stand: September 2022 / Status: September 2022
schnitt des Bauteils. Querschnitt des Bauteils. Schichten, die über- und tionen sind möglich. Metallstrukturen zu erzeugen. dosiert. material zusammen. verbinden sich.
By means of a movable laser By means of a movable elec nebeneinander angeordnet Material powder is applied in Metal wire is melted by arc Wire-shaped metal-containing Tiny binder droplets are selecti- A metal particle solvent fluid is
beam, metal powder is selec tron beam, metal powder is werden. layers with very high kinetic welding and applied locally in plastic, so-called filament, is vely applied locally through selectively dosed locally by a
tively melted locally layer by selectively melted locally layer Material is applied and melted energy. Components close to layers to quickly produce plasticized in a nozzle unit and many nozzels and in layers nozzle unit. The solvent evapo-
layer, thus solidifying a cross- by layer, thus solidifying a simultaneously by a laser the final contour are produ- large near-net-shape metal selectively dosed locally layer onto metall powder. They stick rates and the nanoparticles
section of the component. cross-section of the compo- beam. The following solidifica- ced. Material combinations structures. by layer. the powder material together. bond together.
nent. tion of the melt generates new are possible.
layers which are arranged
above and next to each other.AM formnext.com
OTHER MATERIALS
MEX BJT MJT SHL
Material Extrusion* Binder Jetting* Material Jetting* Sheet Lamination*
Material extrusion Paste Extrusion Joined with bonding agent Microdosed Laminated
COMPOSITE ANY PASTY MATERIAL SAND OR GYPSUM WAX COMPOSITE OR PAPER
CFF PEM BJ DOD SDL / LOM
Continuous Filament Paste Extrusion Binder Jetting Drop on Demand Selective Deposition
Fabrication Modeling Lamination /
Laminated Object
Manufacturing
MATERIAL
FILAMENT
BINDING AGENT
HEATED WAX (CUTTER) GLUE (& INK)
HOT ! MATERIAL ( )
PASTE ( )
MATERIAL
POWDER
SHEET MATERIAL
Drahtförmiger Kunststoff (Fila Material wird schichtweise Winzige Bindemitteltropfen Durch viele Düsen werden Durch Düsen wird selektiv lokal Kleb
ment) wird in einer Düseneinheit selektiv lokal durch eine Kolben- werden durch viele Düsen erhitzte Wachströpfchen lokal stoff auf die jeweilige Materialschicht
plastifiziert und schichtweise Düsen- oder Pumpeneinheit selektiv lokal und schichtweise selektiv und schichtweise aufgebracht. Die einzelnen Bauebenen
selektiv lokal um kontinuierlich dosiert. auf das Pulverbett aufgebracht. aufgebracht. Durch Abkühlung werden direkt oder nachträglich ge-
abgelegte Verstärkungsfasern Material is selectively dosed layer Sie kleben das Pulvermaterial verfestigt sich das Wachs. stapelt und laminiert, das Bauteil ent
Stand: September 2022 / Status: September 2022
herum dosiert. by layer locally by a piston-nozzle zusammen. Through many nozzles, heated lang der Kontur ausgeschnitten und /
Wire-shaped plastic (filament) or pump unit. Tiny binder droplets are selecti- wax droplets are applied locally oder nachträglich freigelegt.
is plasticized in a nozzle unit and vely applied locally through selectively and layer by layer. Nozzles are used to selectively apply
selectively dosed layer by layer many nozzels and in layers onto The wax solidifies through cooling. locally adhesive to the respective mate-
locally around continuously the powder bed. They stick the rial layer. The individual construction
deposited reinforcing fibers. powder material together. levels are stacked and laminated directly
or subsequently, the component is
cut out along the contour and/or sub
sequently uncovered.Sie können auch lesen
