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

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 & Themen

Das primäre Ziel der Arbeit ist die Konstruktion eines großformatigen, additiven Fertigungssystems auf Basis des Fused Layer Modelling (FLM) für ein mittelständisches Unternehmen, um die in-house Fertigung von Prototypen für Exterieur-Karosseriekomponenten zu ermöglichen.

• Analyse und Auswahl geeigneter Bauweisen für große 3D-Drucksysteme
• Konstruktion modularer Funktionseinheiten unter Verwendung von Normteilen
• Integration einer Finite-Elemente-Methode (FEM) zur verlässlichen Dimensionierung
• Durchführung einer detaillierten Kosten-Nutzen-Abschätzung des Gesamtsystems
• Entwicklung eines montagefreundlichen Konzeptlayouts

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Beschreibt die Grundlagen der additiven Fertigung und umreißt die spezifische Anforderung an das zu konstruierende System zur Prototypenherstellung.

2 Theoretische Grundlagen: Erläutert die angewandte VDI-Richtlinie 2221, die Finite-Elemente-Methode zur Bauteilberechnung sowie die physikalischen Prinzipien des FLM-Verfahrens.

3 Konzeptentwicklung: Dokumentiert die Analyse der Anforderungen, den Vergleich verschiedener Systembauformen und die Identifizierung der optimalen Modulkonfiguration.

4 Ausarbeitung: Detaildarstellung der CAD-gestützten Konstruktion der einzelnen Funktionseinheiten, der Fehlerkorrektur und der finalen Kostenkalkulation des Fertigungssystems.

5 Zusammenfassung und Ausblick: Resümiert den Entwicklungsprozess, bewertet die Zielerreichung und diskutiert mögliche technologische Erweiterungen des Systems.

Schlüsselwörter

Additive Fertigung, FLM, 3D-Druck, Prototyping, Konstruktion, FEM, Fused Layer Modelling, Maschinenbau, Bauraum, Aluminiumprofil, Schrittmotor, Steuerungseinheit, Fertigungssystem, Karosseriekomponenten, Prozesssicherheit.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in der Arbeit grundlegend?

Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und konstruktiven Auslegung eines großformatigen 3D-Druckers, der speziell auf die Anforderungen eines Unternehmens für Automotive-Prototypen zugeschnitten ist.

Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?

Zu den Schwerpunkten zählen die mechanische Konstruktion, die Auswahl geeigneter Materialien, die prozesssichere Auslegung mittels FEM und die wirtschaftliche Kostenplanung.

Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?

Ziel ist die Konstruktion eines robusten FLM-Fertigungssystems, das ohne aufwendige Formenbauschritte die schnelle Produktion von Exterieur-Bauteilen wie Stoßstangen oder Diffusoren ermöglicht.

Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zum Einsatz?

Verwendet wird das methodische Vorgehen nach der VDI-Richtlinie 2221 sowie eine umfassende Nutzwertanalyse und computergestützte FEM-Simulationen für die strukturelle Stabilität.

Was steht im inhaltlichen Hauptteil im Fokus?

Der Hauptteil gliedert sich in die methodische Konzeptphase und die anschließende Detailkonstruktion der Funktionsbaugruppen (X-, Y-, Z-Achsen, Extruder, Druckbett).

Welche Schlagworte charakterisieren das Projekt am besten?

Additive Fertigung, Prozesssicherheit, Kostenoptimierung, mechanische Dimensionierung und Skalierbarkeit für spezielle Industrieanforderungen.

Warum wurde ein "Cube"-Design gegenüber klassischen "Gantry"-Systemen bevorzugt?

Das Cube-Design bietet eine höhere strukturelle Stabilität und präzisere Fertigungsqualität, da die bewegten Massen im Vergleich zur Gantry-Bauweise bei hohen Bauraumanforderungen besser beherrschbar sind.

Welche Rolle spielt die verwendete FEM-Analyse im Konstruktionsprozess?

Die FEM-Analyse ist entscheidend, um trotz der Nutzung kostengünstiger Standardkomponenten eine ausreichende Steifigkeit der Achsen zu garantieren und Durchbiegungen unter Extruderlast präventiv zu eliminieren.