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Generative Fertigungsverfahren - Schicht-Laminat-Verfahren

Vor- und Nachteile der Schicht-Laminat-Verfahren (LLM)

Auszug aus
Andreas Gebhardt

Additive Fertigungsverfahren

10/2016, 736 Seiten, € 145,00
ISBN: 978-3-446-44401-0
S. 69

Schicht-Laminat-Verfahren arbeiten bezogen auf das Bauteilvolumen schnell und sind daher für große Modelle besonders gut geeignet. Durch den Einsatz von Lasern zur Konturierung der Schichten steht theoretisch eine nahezu unbeschränkte Werkstoffpalette zur Verfügung. Nachteilig ist, dass die meisten im LLM-Verfahren hergestellten Modelle anisotrope Eigenschaften aufweisen.

Vorteile

Schicht-Laminat-Verfahren sind vorteilhaft für die Generierung massiver Bauteile und für große Modelle besonders geeignet, weil die aufwendige Schraffur großer Flächen entfällt. Schicht-Laminat-Verfahren arbeiten bezogen auf das Bauteilvolumen schnell und sind maschinentechnisch wenig aufwendig. Sie sind weitgehend unabhängig vom eingesetzten Material. Bei Verwendung von Papier sind die Materialpreise gering und die Entsorgung ist unproblematisch.

Eine kontinuierliche Konturierung der x-y-Berandung in z-Richtung ist mit Fräsern bereits realisiert und durch eine entsprechend aufwendige (5-Achs-) Steuerung eines Lasers grundsätzlich möglich.

Der Einsatz von Lasern zur Konturierung der Schichten hat den Vorteil, dass theoretisch eine nahezu unbeschränkte Werkstoffpalette zur Verfügung steht, da mithilfe des Laserstrahls alle heute bekannten Materialien geschnitten werden können. Durch den Einsatz entsprechend optimierter Laserschneidverfahren sind dabei grundsätzlich Schneidgeschwindigkeiten möglich, die auch heute noch deutlich über den tatsächlich realisierten Geschwindigkeiten liegen [1].

Nachteile

Die meisten LLM-Verfahren haben aufgrund des Fügens, vor allem des Verklebens der Schichten den Nachteil, dass sie deutlich unterschiedliche mechanisch- technologische Eigenschaften in und quer zur Schichtrichtung aufweisen (Anisotropie). Ausnahme sind die diffusionsgeschweißten und ultraschallgeschweißten Metallbauteile, bei denen gleichmäßige Eigenschaften in allen Koordinatenrichtungen erzielt werden.

Nachteilig ist auch, dass innen liegende, nicht zum Bauteil gehörende Bereiche wie Ausschnitte und Bohrungen, entweder manuell aus jeder Schicht entfernt werden müssen (was nur bei einigen Verfahren möglich ist) oder als Festkörper im Bauteil verbleiben und (je nach Geometrie) nachträglich aufwendig entfernt werden müssen.

Flache Schrägen mit Stufenbreiten größer als der Schneidspalt sind mit Verfahren, die die Schichten verkleben, nur schwer zu realisieren. Das nicht zum Bauteil gehörende Material ist dann schwer zu entfernen. Das gilt nicht für Fräsverfahren, weil die nicht zum Bauteil gehörigen Bereiche zerspant werden. Papiermodelle müssen nach dem Auspacken zum Schutz vor Delaminierung imprägniert werden. Insgesamt ist der Aufwand für die Nacharbeit sehr hoch.

Die meisten Maschinen erlauben nur den Einsatz einer Materialstärke und damit nur die Fertigung von Bauteilen mit konstanten z-Abständen. Es gibt aber keinen zwingenden Grund, warum das in mehreren Stärken verfügbare Material nicht im laufenden Bauprozess gewechselt werden könnte.

Das nicht verwendete Material ist Abfall. Bei Bauteilen mit „Gehäuse-Charakter“, also mit großen innen liegenden Hohlräumen, kann das Volumenverhältnis von Bauteil zu Abfall bis zu 1:10 und je nach Geometrie auch mehr betragen. Das relativiert den meist geringen Materialpreis wieder.

Auszug aus
Andreas Gebhardt

Additive Fertigungsverfahren

10/2016, 736 Seiten, € 145,00
ISBN: 978-3-446-44401-0
S. 69
Literaturhinweis

[1] Gebhardt, A.: Durch dick und dünn. Laser in der Materialbearbeitung. WT – Produktion und Management 85 (1995) 6, S. 314–317.

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