Kunststoff-Wissen für die additive Fertigung

Name: Kunststoff-Wissen für die additive Fertigung | Eigenschaften, Verarbeitung und Einsatzgebiete von Thermoplasten
Brand: Hanser
Price: 129.99 EUR
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Eigenschaften, Verarbeitung und Einsatzgebiete von Thermoplasten

Andreas Fischer Dirk Achten Martin Launhardt(Autor*in)

Hanser (Verlag)

1. Auflage

Erschienen am 8. Mai 2023

488 Seiten

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978-3-446-46904-4 (ISBN)

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Inhalt

Intro
Inhalt
1 Einführung in die thermoplastbasierte additive Fertigung
1.1 Generierungsstrategie der additiven Fertigung
1.2 Verfahrensgruppen der additiven Fertigung
1.2.1 Sintern und Extrusion
1.2.2 Bindertechnologie und Laminieren
1.3 Funktionsprinzip des Fused Deposition Modelings (FDM)
1.3.1 Additive Extrusion mit Filament
1.3.2 Charakteristika des Fused Deposition Modelings
1.3.2.1 Oberflächen
1.3.2.2 Stützstrukturen und Baukammer
1.4 Funktionsprinzip des Fused Layer Modelings (FLM)
1.4.1 Werkstoffzuführung
1.4.2 Charakteristika des Fused Layer Modelings
1.4.2.1 Stützstrukturen und Bauraum
1.4.2.2 Roboterbasiertes Fused Layer Modeling
1.5 Funktionsprinzip des Selektiven Lasersinterns (SLS)
1.6 Hybride additive Fertigung mit Thermoplasten
1.6.1 Faserverstärkte additive Bauteile
1.6.2 Atomic Diffusion Additive Manufacturing (ADAM)
2 Polymere in der additiven Fertigung
2.1 Geschichte der künstlichen Polymere (Kunststoffe)
2.1.1 Homopolymere
2.1.2 Copolymere
2.1.3 Organische und anorganische Polymere
2.2 Polymerchemie
2.3 Polymere als Werkstoffe
2.3.1 Thermoplaste
2.3.2 Duromere
2.3.3 Elastomere (Gummi)
2.3.4 Thermoplastische Elastomere (TPE)
2.4 Herstellverfahren von Polymeren
2.4.1 Kettenwachstumsreaktion
2.4.2 Stufenwachstumsreaktion
2.4.2.1 Polyadditionsreaktion
2.4.2.2 Polykondensationsreaktion
2.4.3 Biologische Polymerisation
2.5 Physikalische Eigenschaften von Polymeren
2.5.1 Viskoelastizität
2.5.2 Dynamisch-mechanische Analyse (DMA)
2.5.2.1 Vernetzungsdichte
2.5.2.2 Entropieelastizität
2.5.2.3 Relaxationszeiten und Temperatur
2.5.2.4 Beobachtbare Relaxationen
2.5.2.5 Freies Volumen
2.5.3 Kalorimetrische Messmethode
2.5.4 Schmelzeviskosität
2.5.5 Schmelze-Volumenfließrate
2.5.6 Wärmeübertragung
2.5.7 Strömungsmechanik
2.5.8 Thermische Zersetzungstemperatur
2.5.9 Härtemessung
2.5.10 Zugversuch
2.5.10.1 Wärmetönung im Zugversuch an Kunststoffen
2.5.10.2 Alterungsprüfungen
2.5.10.3 Temperaturabhängige Prüfung
2.5.11 Weitere zerstörende Testverfahren
2.5.12 Zerstörende Prüfung additiv gefertigter Bauteile
2.6 Thermoplaste
2.6.1 Einteilung von thermoplastischen Kunststoffen
2.6.2 Teilkristalline Thermoplaste
2.6.3 Glasartige Thermoplaste
2.6.4 Thermoplastische Vulkanisate
2.6.5 Thermoplastische Polymerblends
2.6.6 Hochleistungskunststoffe
2.6.6.1 Herstellverfahren von Hochleistungsthermoplasten
2.6.6.2 Stereochemie von Polymeren
2.6.6.3 Mechanische Eigenschaften
2.6.6.4 Thermische Stabilität
2.6.6.5 Kristallinität
2.6.6.6 Lösungseigenschaften
2.6.6.7 Anwendungen/Einsatzgebiete
2.6.6.8 Additive Fertigung mit Hochleistungsthermoplasten
2.6.7 Konstruktionskunststoffe
2.6.7.1 Polyamid (PA)
2.6.7.2 Polyethylenterephthalat (PET)
2.6.7.3 Polybutylenterephthalat (PBT)
2.6.7.4 Polyoxymethylen (POM)
2.6.7.5 Polycarbonat (PC)
2.6.7.6 Polymilchsäureester (PLA)
2.6.7.7 Thermoplastische Elastomere (TPE)
2.6.8 Standardkunststoffe
2.6.8.1 Polyethylen (PE)
2.6.8.2 Polypropylen (PP)
2.6.8.3 Polyvinylchlorid (PVC)
2.6.8.4 Polystyrol (PS)
2.6.8.5 Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS)
2.6.8.6 Polymethylmethacrylat (PMMA)
2.7 Verarbeitungsverfahren von Thermoplasten
2.7.1 Spritzgießverfahren
2.7.2 Extrusionsverfahren
2.7.3 Thermoformen
2.7.4 Extruder
2.8 Formulierung von Thermoplasten
2.8.1 Farbeinstellung
2.8.2 Flammschutz
2.8.3 Stabilisatoren
2.8.4 Verarbeitungshilfsmittel
2.8.5 Füllstoffe
2.8.5.1 Partikelgefüllte Kunststoffe
2.8.5.2 Ruß
2.8.5.3 Kreide, Talkum
2.8.5.4 Glimmer (Mica)
2.8.5.5 Partikelverstärkte Thermoplaste in der additiven Fertigung
2.8.6 Faserige verstärkende Füllstoffe
2.8.6.1 Glasfasern
2.8.6.2 Kohlenstofffasern
2.8.6.3 Keramikfasern
2.8.6.4 Naturfasern
2.8.6.5 Polymerfaser
2.8.6.6 Thermische Beständigkeit und Witterungsbeständigkeit von Kunststofffaserverbundstoffen
2.9 Witterungsbeständige Thermoplaste
2.10 Leitfähige Thermoplaste/elektrisch isolierende Kunststoffe
2.10.1 Elektrisch passive isolierende Kunststoffe
2.10.2 Elektrisch aktive, leitfähige Kunststoffe
2.10.3 Leitfähige Kunststoffe in der additiven Fertigung
2.11 Brandgeschütze Thermoplaste
2.12 Geschäumte Thermoplaste
2.12.1 Schäumverfahren
2.12.2 Schaumextrusion
2.12.3 Thermoplast-Schaumguss-Verfahren (TSG)
2.12.4 MuCell-Verfahren
2.12.5 Geschäumte Thermoplaste in der additiven Fertigung
2.13 Thermoplaste mit Lebensmittelkontakt
2.14 Biokunststoffe, Biokompatibilität/-abbaubarkeit
2.15 Thermoplaste in medizinischen Anwendungen
2.15.1 Einsatz der additiven Fertigung mit Thermoplasten in medizinischen Anwendungen
2.15.2 Organe aus dem 3D-Drucker
3 Besonderheiten der Thermoplastverarbeitung in der additiven Fertigung
3.1 Extrusionsbasierte Verfahren (Material Extrusion, MEX)
3.1.1 Filamentextruder
3.1.2 Granulatextruder (Pellet Extrusion)
3.1.3 Thermoplasteigenschaften
3.1.3.1 Erweichungs-/Schmelztemperatur
3.1.3.2 Wärmekapazität
3.1.3.3 Schmelzeviskosität/Schmelzevolumenfließrate
3.1.3.4 Verfestigungstemperatur/Verfestigungskinetik
3.1.3.5 Schwindung
3.1.4 Verfahrensbedingungen
3.1.4.1 Düsentemperatur
3.1.4.2 Düsengeometrie
3.1.4.3 Volumenaustragsgeschwindigkeit
3.1.4.4 Bauraumheizung
3.1.4.5 Bauplattformheizung
3.1.5 Druckprobleme
3.1.5.1 Haftung an der Bauteilplattform
3.1.5.2 Zwischenschichthaftung
3.1.5.3 Fadenbildung (Stringing) und Auslaufen (Oozing)
3.1.5.4 Verzug (Warping)
3.1.5.5 Unterextrusion
3.1.5.6 Überextrusion
3.1.6 Prozesssimulation
3.1.7 Stützmaterialien
3.1.8 Nachbearbeitungsverfahren
3.1.8.1 Entfernen von Stützmaterial
3.1.8.2 Oberflächenvergütung
3.1.8.3 Funktionalisierung (chemisch)
3.1.8.4 Konsolidierung (thermisch/chemisch)
3.1.8.5 Bauteileigenschaften
3.1.9 Software
3.1.10 Recycling von 3D-Druck-Materialien
3.1.11 Belastung der 3D-Druck-Materialien
3.1.11.1 Thermische Belastung
3.1.11.2 Mechanische Belastung
3.1.12 Anforderungen an die Produktionsumgebung
3.1.12.1 Maschinenauswahl
3.1.12.2 Arbeitsbereich
3.1.12.3 Arbeitssicherheit
3.1.12.4 Partikel/volatile organische Komponenten (VOC)
3.1.13 Qualitätssicherung
3.1.14 Normung
3.2 Selektives Lasersintern (SLS) von Kunststoffen
3.2.1 Verfügbare Werkstoffe
3.2.1.1 Pulverherstellungsverfahren
3.2.1.2 Pulverprüfverfahren
3.2.1.3 Thermische Alterung
3.2.2 Thermische Prozessführung
3.2.3 Belichtungsstrategie und -parameter
3.2.4 Anlagensystem und Prozesstechnik
3.2.5 Baujobvorbereitung (Pre-Processing)
3.2.5.1 CAD-Design
3.2.5.2 Konstruktionsempfehlungen für SLS-Bauteile
3.2.5.3 Slicing
3.2.5.4 Empfehlungen für Baujoblayout
3.2.6 Bauteilcharakteristik
3.2.7 Allgemeine Qualitätssicherung an SLS-Bauteilen
3.2.7.1 Gestaltabweichung
3.2.7.2 Mechanische Eigenschaften
3.2.7.3 Typische Bauteil- und Prozessfehler
3.2.8 Wirtschaftlichkeitsanalyse
3.2.9 Nachbearbeitungsverfahren (Post-Processing)
3.2.9.1 Baujob entpacken
3.2.9.2 Bauteile entpulvern
3.2.9.3 Bauteile glätten
3.2.9.4 Färben
3.2.10 Materialmanagement
3.2.11 Arbeitssicherheit
3.2.12 Beispielanwendungen
4 Additive Baumaterialien und Applikationen im thermoplastischen Bereich
4.1 Additive Baumaterialien und Wertschöpfungsketten
4.1.1 Extrusionsbasierte Verfahren (MEX)
4.1.1.1 Baumaterialien
4.1.1.2 Wertschöpfungsketten (Thermoplast, Abmischung, Filament)
4.1.2 Pulverbasierte Verfahren (SLS, HSS)
4.1.2.1 Baumaterialien
4.1.2.2 Wertschöpfungsketten aus Drucker und (zertifizierten) Materialien
4.2 Produkte und Anwendungen
4.2.1 Prototypen und Musterbauteile
4.2.1.1 Lüftungsgitter
4.2.1.2 Großformatige additive Fertigung im Designprozess
4.2.2 Verfahren mit verlorener Form
4.2.2.1 Lösliche Fused Deposition Modeling-Formen
4.2.2.2 Nachhaltige Einwegkaffeebecher
4.2.2.3 Hybrid additiv erzeugte Flugzeugsitze
4.2.3 Funktionale Bauteile
4.2.3.1 Lautloser Unterwasserantrieb
4.2.3.2 Integration von Lichtleitern (Clear Cast Integration)
4.2.4 Serienbauteile
4.2.4.1 Funktionales Werkzeuggehäuse
4.2.5 Möbel
4.2.5.1 Kleinmöbel und Leuchten
4.2.5.2 Stadtmobiliar
4.2.5.3 Erhöhung der Nutzbarkeit von IKEA-Produkten für Menschen mit Behinderung
4.2.5.4 Additive Fertigung als zirkuläres Fertigungsmodell
4.2.6 Ersatzteile und Zubehör
4.2.6.1 Ersatzteile für den Segway X2
4.2.6.2 Miele-Zubehör
4.2.7 Transportwesen
4.2.7.1 Fahrzeugkarosserie mittels Fused Deposition Modeling
4.2.7.2 Fahrzeugrahmen und -karosserie mittels Big Area Additive Manufacturing
4.2.7.3 Elektromotorrad
4.2.7.4 Jetbetriebene Drohne
4.2.7.5 Konzept-Wohnmobil
4.2.8 Medizinische Anwendungen
4.2.8.1 Ventile für Atemmasken
4.2.8.2 Implantate aus Hochleistungskunststoff
4.2.8.3 Personenspezifische Prothesen und Orthesen
4.2.9 Sportequipment und Mode
4.2.9.1 Nachhaltiges Surfbrett
4.2.9.2 Kraftabsorbierender Fahrradhelm
4.2.9.3 Hygiene-Warnsystem
4.2.9.4 Brillenfassungen aus Polyamid
4.2.9.5 Personalisierte Handtaschen
4.2.10 Maschinenbau
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