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2023 | Book

Einleitung Read chapter Read first chapter

Potenzialerschließung und -bewertung der sinterbasierten Kolbenextrusion

Author: Lennart Waalkes

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

Book Series : Light Engineering für die Praxis

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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About this book

Der komplementäre Einsatz additiver Fertigungsverfahren im Metallpulverspritzguss (MIM) geht mit signifikanten Zeit- und Kosteneinsparungspotenzialen einher. Die volle Ausschöpfung dieser Potenziale ist jedoch an die Verwendung des MIM-Serienmaterials geknüpft. In dieser Arbeit erfolgt daher die Potenzialerschließung und -bewertung der additiven Kolbenextrusion als komplementäres Formgebungsverfahren in MIM-Prozessrouten. Hierzu wird ein Anlagenprototyp auf Basis einer kostengünstigen Produktarchitektur entwickelt, für eine exemplarische Ti-6Al-4V-MIM-Prozessroute validiert sowie hinsichtlich Qualität, Kosten und Zeit bewertet.

Table of Contents

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
In diesem Kapitel erfolgt zunächst eine Darstellung der Motivation für die Integration der additiven Fertigung in bestehende Entbinder- und Sinterinfrastrukturen (Kapitel 1.1), aus der anschließend die Zielsetzung und Struktur der vorliegenden Arbeit abgeleitet wird (Kapitel 1.2).
Lennart Waalkes
Kapitel 2. Stand der Wissenschaft und Technik
Zusammenfassung
Im Stand der Wissenschaft und Technik werden die zum Verständnis der Arbeit erforderlichen Grundlagen zusammengefasst. Hierfür erfolgt eine detaillierte Betrachtung der Materialextrusion (Kapitel 2.1), des Metallpulverspritzgusses (Kapitel 2.2) sowie der sinterbasierten Materialextrusion als deren Synthese (Kapitel 2.3). Letztere bildet die Wissensgrundlage für die Konkretisierung des Forschungsbedarfs sowie Darstellung des Lösungswegs.
Lennart Waalkes
Kapitel 3. Forschungsbedarf und Lösungsweg
Zusammenfassung
Basierend auf dem Stand der Wissenschaft und Technik erfolgt zunächst eine Konkretisierung des Forschungsbedarfs, die mit der Formulierung einer Forschungshypothese abschließt (Kapitel 3.1). Für die systematische Beantwortung der abgeleiteten Forschungshypothese wird anschließend der Lösungsweg inklusive einer Nennung der Teilziele erläutert (Kapitel 3.2).
Lennart Waalkes
Kapitel 4. Methodische Anlagenentwicklung
Zusammenfassung
Das folgende Kapitel schafft die Grundlage für die Potenzialerschließung der sinterbasierten Kolbenextrusion, indem ein prototypischer Anlagenaufbau methodisch entwickelt und in die digitale FFF-Prozesskette eingebunden wird. Sowohl das zugrunde liegende konstruktionsmethodische Vorgehen (Kapitel 4.1) als auch die daran anknüpfende Entwicklung der wesentlichen Anlagenmodule (Kapitel 4.2) erfolgt auf Basis typischer FFF-Hardwarekomponenten. Die konstruktiv forcierte Analogie zu FFF-Druckern dient anschließend als Ausgangspunkt für die Integration des Anlagenprototyps in die digitale FFF-Prozesskette (Kapitel 4.3).
Lennart Waalkes
Kapitel 5. Experimentelle Prozessentwicklung
Zusammenfassung
In diesem Kapitel findet zunächst eine methodische Identifizierung materialspezifischer Prozessparameter auf Basis rheologischer Messungen statt (Kapitel 5.1). Mit den identifizierten Prozessparametern wird anschließend der Einfluss des Zylinderfüllstands auf die Kontinuität des Extrusionsprozesses eruiert (Kapitel 5.2). Zur weiteren Erhöhung der Prozessstabilität erfolgt überdies die Bestimmung eines geometrieunabhängigen Grenzwertes für die Düsenreinigung, um Prozessabbrüche infolge des anlagenspezifischen Materialüberschusses zu vermeiden (Kapitel 5.3).
Lennart Waalkes
Kapitel 6. Anlagenspezifische Konstruktionsregeln
Zusammenfassung
Für die Integration des PFF-Druckers in bestehende Entbinder- und Sinterprozessrouten bedarf es einer formgebungsgerechten Bauteilgestaltung. Dazu werden etablierte FDM-Konstruktionsregeln bewertet und diejenigen identifiziert, die es gilt, experimentell für PFF zu erarbeiten (Kapitel 6.1). Die daran anknüpfende systematische Erarbeitung anlagenspezifischer Konstruktionsregeln verfolgt das Ziel, konkrete Wertebereiche für eine formgebungsgerechte Bauteilgestaltung zu ermitteln (Kapitel 6.2). Eine Validierung der erarbeiteten PFF-Konstruktionsregeln findet anschließend anhand eines Geometriedemonstrators statt (Kapitel 6.3).
Lennart Waalkes
Kapitel 7. Vergleich der Sinterteilqualität
Zusammenfassung
Anknüpfend an die Potenzialerschließung wird in diesem Kapitel die resultierende Sinterteilqualität evaluiert. Um den Einfluss des PFF-Druckers dahingehend bewerten zu können, erfolgt zu Beginn eine Beschreibung der verwendeten Prüfkörper wie auch der exemplarischen Entbinder- und Sinterprozessroute (Kapitel 7.1). Mithilfe der gesinterten Prüfkörper findet anschließend eine Quantifizierung der relevanten Bauteileigenschaften statt (Kapitel 7.2). Im Zuge dessen werden die Prüfkörper mit gesinterten Spritzgussteilen im Hinblick auf eine komplementäre Nutzung verglichen sowie abschließend bewertet (Kapitel 7.3).
Lennart Waalkes
Kapitel 8. Einsatz im MIM-Produktionsbetrieb
Zusammenfassung
In diesem Kapitel erfolgt die Bewertung der Zeit- und Kosteneinsparungspotenziale, die im MIM-Produktionsbetrieb durch den Zukauf eines kostengünstigen PFF-Druckers zu erwarten sind. Hierfür findet zunächst die Auswahl und Fertigung eines Demonstrators statt, dessen Bauteilkomplexität einen typischen Anwendungsfall für die komplementäre Nutzung darstellt (Kapitel 8.1). Daran anknüpfend wird mithilfe des Demonstrators das Zeiteinsparungspotenzial in der Produktentwicklung (Kapitel 8.2) sowie das Kosteneinsparungspotenzial in der Einzel- bis Kleinserienfertigung (Kapitel 8.3) bewertet.
Lennart Waalkes
Kapitel 9. Zusammenfassung und Ausblick
Zusammenfassung
Nachfolgend werden die wesentlichen Ergebnisse der Arbeit entsprechend der in Kapitel 3.​2 definierten Teilziele zusammengefasst (Kapitel 9.1), ehe auf Basis dessen ein Ausblick auf weiterführende Forschungsarbeiten erfolgt (Kapitel 9.2).
Lennart Waalkes
Backmatter
Metadata
Title
Potenzialerschließung und -bewertung der sinterbasierten Kolbenextrusion
Author
Lennart Waalkes
Copyright Year
2023
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-66883-2
Print ISBN
978-3-662-66882-5
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-66883-2

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