: Matthäus Sigl
: Ein Beitrag zur Entwicklung des Elektronenstrahlsinterns
: Herbert Utz Verlag
: 9783831608416
: 1
: CHF 29.50
:
: Naturwissenschaft
: German
: 201
: DRM
: PC/MAC/eReader/Tablet
: PDF

Vorw rt

Die vorliegende Dissertation entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der Technischen Universtität München.

Herrn Prof. Dr.-Ing. Michael F. Zäh, dem Leiter des Instituts, gilt mein besonderer Dank für die wohlwollende Förderung und großzügige Unterstützung meiner Arbeit, ebenso wie seinem Kollegen, Herrn Prof. Dr.-Ing. Gunter Reinhart. Bei Herrn Prof. Dr.-Ing. Hartmut Hoffmann, dem Leiter des Lehrstuhls für Umformtechnik und Gießereiwesen (utg) der Technischen Universität München, möchte ich mich für dieÜbernahme des Korreferates und die aufmerksame Durchsicht der Arbeit sehr herzlich bedanken. Herrn Prof. Dr.-Ing. Bernd-Robert Höhn, dem Leiter des Lehrstuhls für Maschinenelemente der Technischen Universität München, danke ich für dieÜbernahme des Vorsitzes.

Darüber hinaus bedanke ich mich bei allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Instituts sowie allen Studenten, die mich bei der Erstellung meiner Arbeit unterstützt haben.

Nicht zuletzt möchte ich meiner Frau und meinen Sohn danken, die mir die notwendige Unterstützung und Geduld entgegengebracht haben und somit die Arbeit ermöglichten.
3 Vorgehensweise zur Entwicklung von generativen Verfahren (S. 33-34)

3.1 Grundmuster der Vorgehensweise

Obwohl es sich bei generativen Verfahren im Vergleich zu konventionellen Prozessen um noch sehr junge Fertigungsverfahren handelt, wurde bereits eine Vielzahl an Methoden für die Entwicklung einzelner Technologien eingesetzt. Umfangreiche Vorgehensweisen, wie das DoE, wurden dabei auf die wesentlichen oder notwendigen Methoden beschränkt. Diese Methoden werden darüber hinaus auf Teilprobleme der Entwicklung von generativen Verfahren angewandt. Das Eingrenzen auf spezifische Problemstellungen in den bisherigen wissenschaftlichen Arbeiten ist in erster Linie auf die Komplexität und den hohen Umfang einer umfassenden Entwicklung von der Prozessidee bis hin zur produktionsfähigen Anlage zurückzuführen. Die bis dato sehr erfolgreiche Entwicklung und Optimierung der Verfahren lässt zunächst vermuten, dass diese Vorgehensweise weiterhin Erfolg versprechend ist. Bei näherer Betrachtung zeigt sich allerdings eine Eingrenzung in immer kleinere Entwicklungsschritte. Beispielsweise wurde die Oberflächenqualität der Bauteile in den letzten Jahren nur noch gering verbessert. Dies liegt auch in der bisherigen Vorgehensweise begründet. Die einzelnen Eigenschaften der generativen Verfahren, wie die Laserleistung, wurden in eingehenden Untersuchungen bis an ihre Grenzen optimiert. Die Wechselwirkungen zwischen diesen Teilaspekten konnten hierbei nur eingegrenzt betrachtet werden. Deshalb ist eine Vorgehensweise notwendig, innerhalb derer sowohl die Teilaspekte der Prozessentwicklung als auch die Wechselwirkungen mit der Anlagentechnik betrachtet werden können.

Ein entscheidender Aspekt hierbei ist die Flexibilität der Vorgehensweise. Werden mehrere Teilsysteme einer Technologie entwickelt, so ergeben sich gerade durch neue Erkenntnisse in einem Teilsystem veränderte Voraussetzungen bei einem anderen Prozess. Daher wird als Vorgehensweise für eine ganzheitliche Entwicklung einer generativen Technologie das MVM gewählt. Dieses bietet durch die Flexibilität in der Anwendung genügend Freiraum, um über die Problemstellungen in einem Teilsystem hinaus die Wechselwirkungen durch neue Erkenntnisse in ein anderes Teilsystem zu übertragen. Das Grundmuster der Vorgehensweise in der Entwicklung des Elektronenstrahlsinterns teilt sich also auf die sieben Schritte des MVM auf. Im Weiteren wird diese Vorgehensweise an die jeweiligen Teilsysteme angepasst und mittels ausgewählter Methoden angewandt. Durch die umfangreiche Aufgabenstellung in der Entwicklung muss darüber hinaus der Detaillierungsgrad spezifisch angepasst werden. Hier gilt das Grundprinzip „vom Ganzen zum Detail“ (DAENZER&, BÜCHEL 2002). Dadurch wird gewährleistet, dass das Betrachtungsfeld zunächst weit gefasst ist und anschließend schrittweise eingegrenzt werden kann.

3.2 Adaption des Münchener Vorgehensmodells

Die Entwicklung der generativen Verfahren ist meist eine Weiterentwicklung von vorhandenen Verfahren oder Anlagen. Die Basis bildet dabei immer das Prinzip des schichtweisen Aufbaues. Im Münchener Vorgehensmodell können also in einer abstrakten Ebene die sieben Schritte mit bereits durchgeführten Arbeiten hinterlegt werden. Die unterschiedlichen generativen Verfahren befinden sich dabei auf verschiedenen Entwicklungsniveaus. Von neu zu entwickelnden Technologien, wie dem Selective Inhibition of Sintering (SIS, ASIABANPOUR et al. 2003, KHOSHNEVIS et al. 2002), bis hin zu am Markt verfügbaren Verfahren, wie dem Indirekten Metall-Lasersintern (BEAMAN 1997), reicht die Spannweite des Entwicklungsstandes. Nicht nur der Stand der Technik in den einzelnen Technologien, sondern auch die Unterschiede in den Verfahren selbst, sind gravierend. Selbst die Einschränkung auf direkte Metall verarbeitende Verfahren ist nicht ausreichend für die Erstellung eines übergreifend gültigen Methodenbaukastens. Zu vielfältig sind die Entwicklungsziele in den einzelnen Verfahren. Eine Adaption der Entwicklungsmethoden kann daher ausschließlich auf einzelne Verfahren angewendet werden. Die zu entwickelnde Vorgehensweise wird deshalb im Folgenden auf das Elektronenstrahlsintern metallischer Bauteile beschränkt. Dabei wird zunächst das MVM im Standardweg, also sequenziell entlang der sieben Teilschritte, durchlaufen. Im zweiten Schritt werden die einzelnen Teilsysteme behandelt.
Geleitwort der Herausgeber8
Vorwort10
Inhaltsverzeichnis12
Verzeichnis der Formelzeichen18
1 Einführung22
1.1 Ausgangssituation22
1.2 Zielsetzung24
1.3 Vorgehensweise24
2 Stand der Technik und Verfahrensgrundlagen26
2.1 Grundlagen der Rapid-Technologien26
2.2 Schichtweise Herstellung metallischer Bauteile31
2.3 Einführung in die Elektronenstrahltechnologie38
2.4 Methodische Entwicklung47
2.5 Zusammenfassung und Handlungsbedarf51
3 Vorgehensweise zur Entwicklung von generativen Verfahren54
3.1 Grundmuster der Vorgehensweise54
3.2 Adaption des Münchener Vorgehensmodells55
4 Entwicklung der inneren Teilsysteme68
4.1 Versuchsanlage68
4.2 Teilsystem Elektronenstrahl71
4.3 Teilsystem Metallpulver78
4.4 Teilsystem Prozesssteuerung91
4.5 Zusammenfassung97
5 Entwicklung der äußeren Teilsysteme98
5.1 Allgemeines98
5.2 Strahl-Stoff-Wechselwirkungen98
5.3 Materialbereitstellung109
5.4 Belichtungsstrategie121
5.5 Technologische und wirtschaftliche Bewertung153
6 Zusammenfassung und Ausblick158
7 Literaturverzeichnis162
8 Abbildungsverzeichnis172
9 Anhang178
9.1 Anforderungsliste Pulverauftrag178
9.2 Auftragsmechanismus180
9.3 Versuchsdurchführung und Auswertung von 2DVersuchen181
9.4 Flussdiagramm NC-Programm für den Schichtauftrag183
9.5 Aufbau des Simulationsprogrammes184
9.6 Referenzierte Firmen185