Additive Fertigungsverfahren I at RWTH Aachen

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Erläutere "Mehrphotonenpolymerisation"

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Nennen Sie die unterschiedlichen Materialdefekte, die beim AM auftreten können und erläutern Sie diese.

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Was sind wesentliche Vor- und Nachteile des Stereolithographie Verfahrens?

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Erläutere "1-Photonen-Anregung"

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Was sind typische Anwendungsbereiche der VAT-Photopolymerisation?

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Nennen Sie drei additive Fertigungsverfahren aus der Kategorie „VAT Polymerization“

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Welche Materialien werden bei der „VAT Polymerization“ verwendet?

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Welche sind die am häufigsten verwendeten AM-Verfahren für Kunststoff und welche
Energiequellen werden dabei verwendet?

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Warum ist das gezeigte Scalmalloy X (hypereutektische Legierung) nur für AM
sinnvoll?

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Beschreiben Sie das Prinzip der Schichtgenerierung beim Stereolithographie Prozess.

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Beschreiben Sie den vereinfacht angenommenen Zusammenhang zwischen dem Laserstrahldurchmesser und der aufgetragenen Spur bei pulverbasierten LMD
Verfahren!

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Erläutere Frequenzauswahl (Längsmodi) im Resonator

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Additive Fertigungsverfahren I

Erläutere "Mehrphotonenpolymerisation"

TPP/MPP: Bei der Zwei- oder Mehrphotonenpolymerisation wird das Licht mit hoher NA in
das Material fokussiert. Das Material ist für die verwendete Wellenlänge im VIS/NIR
transparent. Durch den Einsatz von UKP-Lasern (ps, fs) und die starke Fokussierung
(Mikroskop-Optiken) wird eine sehr hohe Photonendichte im Fokus erreicht, sodas in diesem
räumlich begrenzten Volumen eine nichtlineare Absorption erfolgt und das Material
aushärtet (Wechselwirkung erfolgt analog zu SLA über einen Photoinitiator). Die
ausgehärteten Volumeneinheiten werden Voxel (für Volumen Pixel) genannt und können
Auflösungen von weit unter 1µm erreichen. Der Prozess ist jedoch im Vergleich zur UV-
Polymerisation verhältnismäßig langsam.

Additive Fertigungsverfahren I

Nennen Sie die unterschiedlichen Materialdefekte, die beim AM auftreten können und erläutern Sie diese.

– Heißrisse
a. Erstarrungsrisse
b. Wiederaufschmelzungsrisse
c. Ductility Dip Cracks

– Kaltrisse
a. Wasserstoffinduzierte Risse
b. Versprödungsrisse
c. Terassenbrüche

Additive Fertigungsverfahren I

Was sind wesentliche Vor- und Nachteile des Stereolithographie Verfahrens?

Vorteile: Sehr Gute Auflösung und hohe Oberflächengüte, hohe Maßhaltigkeit und glatte
Oberflächen.
Nachteile: Bauteile sind spröde.

Additive Fertigungsverfahren I

Erläutere "1-Photonen-Anregung"

1PP: Die Initiierung erfolgt bei der 1-Photonen-Anregung (UV) in der gesamten Wegstrecke
des Lichts und endet (räumlich) erst, wenn die Intensität durch Lambert-Beer Absorption
unter den Schwellenwert des Materials fällt.

Additive Fertigungsverfahren I

Was sind typische Anwendungsbereiche der VAT-Photopolymerisation?

– Prototypenbau / visuelle Prototypen
– Formerstellung (für den Spritzguss) z.B. für Schmuck
– Dental- und Medizintechnik
– SLA-Materialien (Duroplaste) sind spröder als die mit FDM oder SLS (Thermoplaste)
hergestellten Materialien, und aus diesem Grund werden SLA-Teile in der Regel nicht für
Funktionsprototypen verwendet, die eine signifikante Belastung aufweisen. Die Anwendung
für Funktionsprototypen wird zukünftig steigen, da die Materialien besser werden.

Additive Fertigungsverfahren I

Nennen Sie drei additive Fertigungsverfahren aus der Kategorie „VAT Polymerization“

– Stereolithographie SLA
– Mehrphotonenpolymerisation MPP
– Projektionsverfahren DLP
– CLIP
– TwoCure

Additive Fertigungsverfahren I

Welche Materialien werden bei der „VAT Polymerization“ verwendet?

-Photopolymere (flüssig) 

-Acrylharze (biokompatibel)  

-Epoxidharze 

-Thiol-ene

Additive Fertigungsverfahren I

Welche sind die am häufigsten verwendeten AM-Verfahren für Kunststoff und welche
Energiequellen werden dabei verwendet?

– FDM  –>  Thermoelement
– SLS –> Laserstrahlquelle
– SLA –> Lichtquelle (Laser/Projektor/LCD Bildschirm)

Additive Fertigungsverfahren I

Warum ist das gezeigte Scalmalloy X (hypereutektische Legierung) nur für AM
sinnvoll?

Hohe Abkühlgeschwindigkeit ->

Ausbildung von primären Ausscheidungen (Al3Sc) unterdrückt

Additive Fertigungsverfahren I

Beschreiben Sie das Prinzip der Schichtgenerierung beim Stereolithographie Prozess.

Es erfolgt eine Wechselwirkung zwischen Photoinitiator und Licht: es entstehen Radikale.
Die Radikale sind Initiatoren für eine radikalische Polymerisationsreaktion.
Die gebildeten Radikale reagieren dabei mit einem Monomer. Bei entsprechender häufigen
Anlagerung entsteht aus dem Monomer ein –> Oligomer –> Polymer.
Die ketten vernetzen sich untereinander und es bildet sich ein dreidimensionales
Polymernetzwerk. Diese Reaktion führt zur Aushärtung des flüssigen Photopolymers und es
entsteht ein Duroplast.

Additive Fertigungsverfahren I

Beschreiben Sie den vereinfacht angenommenen Zusammenhang zwischen dem Laserstrahldurchmesser und der aufgetragenen Spur bei pulverbasierten LMD
Verfahren!

Die aufgetragene Spurbreite entspricht in etwa dem eingestellten Strahldurchmesser im
Arbeitspunkt.

Additive Fertigungsverfahren I

Erläutere Frequenzauswahl (Längsmodi) im Resonator

Die Phasenbedingung der Rückkopplung führt dazu, daß sich nur Lichtwellen bestimmter
Frequenzen, die sogenannten Eigen- oder Resonatormoden, im Resonator ausbilden können.
Der Resonator legt also die möglichen Laserfrequenzen fest.

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