Laser Groche VL 5.txt

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Author:
greengremlin
ID:
300283
Filename:
Laser Groche VL 5.txt
Updated:
2015-04-08 16:05:44
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  1. Wie kann die Finite Elemente Methode zur Simulation eingesetzt werden?
    • Wärmeleitungssimulation oder thermomechanisch-gekoppelte Simulation
    • Verluste beim Einkoppeln experimentell bestimmt und nur tatsächlich eingekoppelte Leistung berücksichtigt
    • Hauptproblem: Simulation der bewegten Wärmequelle
  2. Was sind die Ziele der Finiten Elemente Methode bei Laserprozessen (3)?
    • Bestimmung optimaler Prozessparameter
    • Ermittlungen von Temperaturverteilungen im Bauteil
    • Ermittlung von Werkstoff- und Bauteileigenschaften nach dem Prozess
  3. Wie können Rapid-Prototyping-Verfahren eingeteilt werden (2)?
    • lasergestützt
    • nicht lasergestützt
  4. Beschreibe die Abläufe eines typischen Rapid-Prototyping-Prozesses!
    • 3-D-CAD-Modell konstruier
    • CAD-Datei wird in das STL-Format exportier
    • Platzieren: Die Lage des Modells im Bauraum wird festgelegt
    • Stützen: Stützkonstruktionen und Unterbau werden festgelegt
    • Slicen: Die einzelnen Schichten werden berechnet
    • Schichtdaten werden zusammen mit verfahrensspezifischen Parametern zur Rapid-Prototyping-Anlage übertragen
    • Modellbauprozess
  5. Was ist allen Rapid-Prototyping-Verfahren in Bezug auf die Prototypenerstellung gemein?
    der schichtweise Aufbau dreidimensionaler Modelle
  6. Welche Rapid-Prototyping-Verfahren kennst du (7)?
    • Stereolithographie
    • Multi-material Stereolithographie
    • Laminated Object Manufactoring (LOM)
    • Selektives Laser Sintern
    • Selective Laser Melting (SLM)
    • Laserstrahlgenerieren
    • 3D-Printing
  7. Wie ist eine Stereolithographieanlage aufgebaut (Anordnung und Bauteile)?
  8. Erkläre die Abläufe bei der Stereolithographie!
    • Basiert auf Aushärtung eines flüssigen Photopolymers unter Einwirkung eines Laserstrahls
    • Laserstrahl (meist Helium-Cadmium oder Argon-Ionen-Laser) => verschiedene optische Elemente (Shutter, Modulator, Umlenkspiegel, Aufweiterungsoptik) => Scanner (in x- bzw. y- Richtung)
    • 3D-Erzeugung erfolgt schichtweise
    • nachdem eine Schicht abgelaufen, fährt Plattform runter => Recoater bringt flüssigen Photopolymer für nächste Schicht auf
    • Neben Prototyp werden Stützelemente ausgehärtet (müssen am Ende entfernt werden)
  9. Nenne Vorteile der Stereolithograpdie (6)!
    • genaueste Rapid-Prototyping-Verfahren
    • flüssiges Ausgangsmaterial => völlige Entleerung von internen Hohlräumen durch kleine Öffnungen
    • ausgehärteten Kunstharze sind transparent
    • Große Modelle aus kleineren zusammensetzbar
    • Modelle können z. B. durch Sandstrahlen oder Schleifen nachgearbeitet oder auch lackiert werden
    • Nicht ausgehärtetes Harz wiederverwendbar
  10. Nenne Nachteile der Stereolithographie (9)!
    • Materialauswahl ist eingeschränkt
    • andere Materialeigenschaften wie Elastizität oder Temperaturbeständigkeit müssen hinter Photosensitivität zurückstehen
    • Ausgangsmaterialien sind relativ teuer
    • Modell muss in einem zweiten Schritt komplett ausgehärtet werden
    • Modelle neigen zum Kriechen
    • Schwindung
    • Verzug
    • geringe Belastbarkeit der Bauteile
    • Säuberung und Entfernen der Stützelemente erforderlich
  11. Wie funktioniert das LOM?
    • Einzellage durch Ausschneiden bzw. Konturieren der gesamten Fläche mittels Laserstrahlung
    • Dreidimensionale Bauteile entstehen schichtweise (Aufkleben der Schichten)
    • Werkstoff - einseitig mit Heißschmelzkleber (z. B. Polyethylen) beschichtetes Papier
    • nicht zum Modell gehörenden Teile vom Laserstrahl durch Kreuzschnitte gehatched
  12. Beschreibe Prinzipskizze vom LOM!
  13. Was für ein Laser wird zum Schneiden beim LOM eingesetzt (auch Leistung)?
    CO2-Laserstrahl (typische Daten: maximale Laserstrahlleistung: ca. 5W; Durchmesser des Laserstrahls am Werkstück: ca. 300μm)
  14. Nenne Probleme beim LOM (2)!
    • Trennung vom Modell und umgebenden Werkstoff
    • Herstellen filigraner Strukturen
  15. Welche Werkstoffe werden beim LOM eingesetzt?
    • Papier
    • Polyester
    • (Metall - noch in Entwicklung)
  16. Wie ist eine Lasersinteranlage aufgebaut (Skizze)?
  17. Welche Strahlquelle wird typischerweise fürs SLS eingesetzt?
    • CO2-Lasers (typische Ausgangsleistung: ca. 100W)
    • Nd:YAG-Laser
  18. Erkläre das Prinzip des Lasersinterns samt physikalischen Vorgängen im Werkstoff!
    • Partikel liegen lose nebeneinander im Pulverbett
    • durch Laserstrahl räumlich selektiv angeschmolzen und so zu Schicht verbunden
    • Zwischen benachbarten Sinterteilchen bildet sich durch Oberflächendiffusion eine Kontaktstelle (Hals)
    • längeres Einwirken von Temperatur und Druck => Materialtransport im Inneren der Sinterteilchen durch Kompressions- bzw.Volumendiffusion
    • elektronisch ansteuerbaren Scanner steuert Laserstrahl
    • gesamtes Pulverbett um eingestellte Schichtdicke (100.....250μm) nach unten verfahren
    • Walze transportiert neues Pulver zum Pulverbett
  19. Welche Werkstoffe kommen beim SLS zum Einsatz?
    • Nichtmetalle (thermoplast. Kunststoffe)
    • Metalle
    • indirekt
    • polymerummantelte Metallpulver
    • direkt
    • Einkomponentenpulver
    • Mehrkomponentenpulver
  20. Nenne die Verfahrenscharakteristika beim SLS mit polymerummantelten Metallpulvern (4)!
    • Polymerschicht aufgeschmolzen
    • Pulvervorbehandlung erforderlich
    • Einsatz auf kommerzieller Anlage
    • umfangreiche Folgeprozesse (Polymerausbrennen, Nachsintern, Infiltireren)
  21. Nenne die Verfahrenscharakteristika beim SLS mit Einkomponentenpulvern (3)! Nenne auch Werkstoffe!
    • direktes Verschmelzen des Werkstoffes
    • Einsatz handelsüblicher Werkstoffe (Stahl, Aluminium, Titan)
    • kein Infiltrieren und Nachsintern
  22. Nenne die Verfahrenscharakteristika beim SLS mit Mehrkomponentenpulvern (4)! Nenne auch Werkstoffe!
    • Pulvermischung aus hochschmelzender und niedrigschmelzender Komponente
    • Bronze-Nickel-Mischung, Eisen-Kupfer-Mischung
    • kein Polymerbinder
    • Infiltrieren und Oberflächenfinishing
  23. Nenne Vorteile des SLS(7)!
    • breite Auswahl an Ausgangsmaterialien
    • Serienwerkstoff oder einem dem Serienwerkstoff nahen Werkstoff nutzbar
    • Je nach Werkstoff sind Modelle mechanisch und thermisch belastbar
    • Nicht versintertes Pulver wiederverwendbar
    • keine Stützkonstruktionen
    • Reinigung des Modells ohne Lösungsmittel
    • Nach Reinigen sofort einsatzbereit
  24. Nenne Nachteile des SLS (6)!
    • erzielbare Modellgenauigkeit durch Größe der Pulverteilchen begrenzt
    • Je nach Wärmeleitfähigkeit Anschmelzen nicht zum Modell gehöriger Pulverteilchen zum "Wachsen" => Modell mit einer Art "Pelz" aus relativ locker mit Modell verbundenen Pulverteilchen überzogen
    • Hohlräume nur schwer zu entleeren/ reinigen
    • Maschine muss bis in die Nähe des Schmelzpunktes des Pulvers vorgeheizt werden (zeitintensive Aufwärm- und Abkühlvorgänge)
    • Oxidation des Pulvers zu vermeiden => Schutzgasatmossphäre
    • nach Entnehmen muss mit Umgebungsluft gefluteter Raum wieder mit Schutzgas gefüllt werden
  25. Was ist durch SLS herstellbar (3)?
    • Prototypen und Werkzeuge (Bauteile ohne Folgeprozesse direkt einsatzfähig)
    • Spritzgussformen
    • Modelle für Formguss
  26. Was sind die wichtigsten Verfahrensparameter beim SLS (9)?
    • Scanvektorlänge
    • Laserwellenlänge
    • Laserstrahlleistung
    • Laserstrahldurchmesser
    • Pulverkorngröße und -form
    • Schichtdicke
    • Prozessgas (meist Argon oder Helium)
    • Scangeschwindigkeit
    • Spurabstand
  27. Was ist SLM? Nenne Charakteristika und Prozessablauf!
    • Selective Laser Melting
    • Aufbau erfolgt schichtweise
    • Metallpulver ohne Binderzusätze
    • vollständig aufgeschmolzen => Bauteildichte von 100% erreicht
    • Pulver in geschlossener Prozesskammer als dünne Schicht (ca. 50μm) auf Substratplatte aufgebracht => mit Laser selektiv geschmolzen => Platte fährt runter, nächste Sicht Pulver usw.
  28. Was ist Laserstrahlgenerieren? Nenne Werkstoff, Anwendung und Charakteristika!
    • häufig auch als 3D-Auftragsschweißenmit Laserstrahlung bezeichnet
    • 3-dimensionale Geometrien aus metallischen Werkstoffen mittels Laserstrahlung direkt aufgebaut
    • dünnwandige Hohlprofile als auch vollvolumige Körper herstellbar
    • metallische Ausgangswerkstoff wird der Bearbeitung als Draht oder als feinkörniges Pulver
    • Rapid Prototyping und Reperaturen/ Instandhaltung
  29. Welche 3 Bereiche müssen für qualitativ hochwertige Bauteile untersucht werden? Erkläre je warum!
    • Prozessführung: Auswirkungen von Verfahrensparametern und Aufbaustrategien auf Erzeugung von dünnwandigen und vollvolumigen Bauteilen muss berücksichtigt werden
    • Pulverzufuhr: Wird Werkstoff pulverförmig zugeführt, so sind geeignete Pulverdüsen mit möglichst hohem Pulverwirkungsgrad erforderlich
    • Prozessüberwachung: Zur Qualitätssicherung müssen Schmelzbadtemperatur sowie Abstand zwischen Schmelzbad und Pulverdüse geregelt werden
  30. Wie läuft das Laserstrahlgenerieren ab (auch Skizze)?
    • Werkstoff als feinkörniges Metallpulver zur Bearbeitungsstelle geführt und zusammen mit Substrat lokal aufgeschmolzen
    • Werkstoffzufuhr und Energieeinbringung erfolgen simultan in einstufigem Prozess
    • Metallpulver durch Inertgasstrom (z. B. Argon) zur Pulverdüse geführt und auf Bearbeitungsstelle fokussiert

  31. Wie sieht die beim Laserstrahlgenerieren erzeugte Gefügestruktur aus?
    • sehr gleichmäßiger Schichtaufbau
    • Gefüge ist feinkörnig
    • dendritische Struktur
    • bevorzugte Wachstumsrichtung der Dendriten quer zu den Schichten
  32. Wie lautet das Prinzip vom 3D-Printing?
    • 3D-Modelle aus Pulver generiert
    • In jede Schicht wird Binder mit druckkopfähnlichen Düsen eingespritzt => Pulver verfestigt und mit darunter liegender Schiht verbunden
  33. Nenne Vor- (3) und Nachteile (2) des 3D-Printings!
    • Vorteile:
    • kurze Bauzeiten
    • Farbige Modelle fertigbar
    • geringe Materialkosten
    • Nachteile:
    • je nach Werkstoff versch. Nachbehandlungen
    • schlechte mechan. Eigenschaften

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