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Erarbeitung von Gestaltungsrichtlinien für die Konstruktion additiv gefertigter Mechanismen

  • Martin HallmannEmail author
  • Benjamin Schleich
  • Sandro Wartzack
Conference paper

Zusammenfassung

Additive Fertigungsverfahren haben sich aufgrund ihrer losgrößenunabhängigen Fertigungskosten und der großen Gestaltungsfreiheit sowohl in der Forschung als auch in der industriellen Anwendung erfolgreich etabliert. So werden die verschiedenen additiven Verfahren nicht mehr nur für die Herstellung von Prototypen, sondern vermehrt zur Fertigung komplexer, endkonturnaher Bauteile und gesamter Baugruppen angewendet. Dabei konnten in den letzten Jahren zahlreiche Richtlinien für die Gestaltung der schichtweise aufgebauten Bauteile hergeleitet werden. Eine umfassende Betrachtung additiv gefertigter Gelenke fehlt jedoch bisher. Um den Produktentwickler bzw. Konstrukteur bei der Gestaltung von mittels Fused Deposition Modeling (FDM) hergestellten Drehgelenken zu unterstützen, werden im nachfolgenden Beitrag relevante Aspekte, wie z. B erforderliche Mindestspalte zur Trennung von nicht- und einfach-gekrümmten Elementen, aufgezeigt. Versuchsergebnisse dienen dabei als Basis für die Ableitung von Richtlinien für das Design FDM-gedruckter Gelenke und ergänzen dadurch die Grundsätze des Design for Additive Manufacturing. Die Umsetzung der erarbeiteten Gestaltungsrichtlinien wird anschließend exemplarisch an einem ebenen Mechanismus dargelegt.

Schlüsselwörter

Design for Additive Manufacturing Montagefreie, additiv gefertigte Mechanismen Gestaltungsrichtlinien Fused Deposition Modeling Gelenke 

Literatur

  1. 1.
    Wohlers, T. T (Hrsg.): Wohlers Report 2017: 3D Printing and Additive Manufacturing State of the Industry: Annual Worldwide Progress Report; Wohlers Associates; USA Fort Collins; 2017; ISBN: 978-0-9913332-3-3.Google Scholar
  2. 2.
    Gebhardt, A.: Additive Fertigungsverfahren: Additive Manufacturing und 3D-Drucken für Prototyping-Tooling-Produktion.; Carl Hanser Verlag; Deutschland München; 2016; ISBN: 978-3446444010.Google Scholar
  3. 3.
    Klahn, C.; Meboldt, M. (Hrsg.): Entwicklung und Konstruktion für die Additive Fertigung: Grundlagen und Methoden für den Einsatz in industriellen Endkundenprodukten; Deutschland Würzburg; 2018; Vogel Business Media; ISBN: 978-3-8343-3395-7.Google Scholar
  4. 4.
    Lachmayer, R., Lippert, R.B.: Chancen und Herausforderungen für die Produktentwicklung. In:Lachmayer, R.; Lippert, R.B.; Fahlbusch, T. (Hrsg.): 3D-Druck beleuchtet: Additive Manufacturing auf dem Weg in die Anwendung; Springer Verlag; Deutschland Hannover, 2016; ISBN: 978-3-662-49056-3.CrossRefGoogle Scholar
  5. 5.
    Spallek, J; Krause,D.: Entwicklung individualisierter Produkte durch den Einsatz Additiver Fertigung, In Lachmayer, R. Lippert, R.B. (Hrsg.): Additive Manufacturing Quantifiziert: Visionäre Anwendungen und Stand der Technik; Springer Verlag; Deutschland Hannover; 2017; ISBN: 978-3-662-54112-8.CrossRefGoogle Scholar
  6. 6.
    Adam. G. A. O: Systematische Erarbeitung von Konstruktionsregeln für die additiven Fertigungsverfahren Lasersintern, Laserschmelzen und Fused Deposition Modeling; Shaker Verlag; Deutschland Aachen; 2015; ISBN: 978-3-8440-3474-5.Google Scholar
  7. 7.
    Kumke, M.: Methodisches Konstruieren von additiv gefertigten Bauteilen; Dissertation; AutoUni – Schriftenreihe Bd. 124; Springer Verlag; Deutschland Wiesbaden; 2008; ISBN 978-3-658-22208-6.Google Scholar
  8. 8.
    Wei, X.; Tian, Y.; Joneja, A.: A study on revolute joints in 3D-printed non-assembly mechanisms; Rapid Prototyping Journal Bd. 22 Nr. 6; 2014; S. 910–933; DOI:  https://doi.org/10.1108/RPJ-10-2014-0146.CrossRefGoogle Scholar
  9. 9.
    Wartzack, S.; Meerkamm, H.; Bauer, S.; Krehmer, H.; Walter, M.; Schleich, B.: Design for X (DFX). In Steinhilper, R.; Rieg, F. (Hrsg.): Handbuch Konstruktion; Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG; Deutschland München; 2018; ISBN: 978-3-446-45224-4.Google Scholar
  10. 10.
    Zimmer, D.; Adam, G.: Konstruktionsregeln für Additive Fertigungsverfahren; Konstruktion, Bd. 7/8; 2013; S. 77–82.Google Scholar
  11. 11.
    Won, J.; DeLaurentis, K.; Mavroidis, C.: Rapid Prototyping of Robotic Systems; Proceedings 2000 ICRA. Millennium Conference. IEEE International Conference on Robotics and Automation. Symposia Proceedings (Cat. No.00CH37065) Bd. 4; 2000; S. 3077–3082; DOI:  https://doi.org/10.1109/ROBOT.2000.845136.
  12. 12.
    Mavroidis, C; DeLaurentis, K. J.; Wey, J.; Alam, M.: Fabrication of Non-Assembly Mechanisms and Robotic Systems Using Rapid Prototyping; Journal of Mechanical Design Bd. 123 Nr.4; 2000; S. 516–524 DOI:  https://doi.org/10.1115/1.1415034.CrossRefGoogle Scholar
  13. 13.
    Chen, Y. H.; Chen, Z. Z.: Major Factors in Rapid Prototyping of Mechanisms; Key Engineering Materials Bd. 443; 2010; S. 516–521; DOI:  https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.443.516.CrossRefGoogle Scholar
  14. 14.
    Chen, Y. H.; Chen, Z. Z.: Joint analysis in rapid fabrication of non-assembly mechanisms; Rapid Prototyping Journal Bd. 17 Nr.6; 2011; S. 408–417; DOI:  https://doi.org/10.1108/13552541111184134.CrossRefGoogle Scholar
  15. 15.
    Yang, Y.; Su, X.; Wang, D.; Chen, Y.: Rapid fabrication of metallic mechanism joints by selective laser melting; Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture Bd. 225 Nr. 12; 2011; S. 2249–2256; DOI:  https://doi.org/10.1177/0954405411407997.CrossRefGoogle Scholar
  16. 16.
    Song, X.; Chen, Y.: Joint Design for 3-D Printing Non-Assembly Mechanisms; ASME: International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, Volume 5: 6th International Conference on Micro- and Nanosystems; 17th Design for Manufacturing and the Life Cycle Conference; 2012; S. 619–631; DOI:  https://doi.org/10.1115/DETC2012-71528.
  17. 17.
    Cali, J.; Calian, D. A.; Amati, C.; Kleinberger, R.; Steed, A.; Kautz, J.; Weyrich, T.: 3D-Printing of Non-Assembly, Articulated Models; ACM Transactions on Graphics Bd. 31 Nr. 6; 2014; DOI:  https://doi.org/10.1145/2366145.2366149.CrossRefGoogle Scholar
  18. 18.
    Calignano, F.; Manfredi, D.; Ambrosio, E. P.; Biamino, S.; Pavese, M., Fino, P.: Direct Fabrication of Joints based on Direct Metal Laser Sintering in Aluminum and Titanium Alloys; Procedia CIRP Bd. 21; 2014; S. 129–132; DOI:  https://doi.org/10.1016/j.procir.2014.03.155.CrossRefGoogle Scholar
  19. 19.
    Krishna, R.; Dibakar, S.: DFM for Non-Assembly RP of Mechanisms; Proceedings of the 14th IFToMM World Congress; 2015; DOI  https://doi.org/10.6567/IFToMM.14TH.WC.OS20.013.
  20. 20.
    De Crescenzio, F.; Lucchi, F.: Design for Additive Manufacturing of a nonassembly robotic mechanism, In (Eynard, B. et. al.): Proceedings of the International Joint Conference on Mechanics, Design Engineering & Advanced Manufacturing (JCM 2016), 14–16 September, Italien Catania; 2016; S. 251–259, 2017; DOI:  https://doi.org/10.1007/978-3-319-45781-9_26.Google Scholar
  21. 21.
    Li, Y.; Cen, Y.: Physical Rigging for Physical Models and Posable Joint Designs Based on Additive Manufacturing Technology; Procedia Manufacturing Bd. 11; 2017; S. 2235–2242; DOI:  https://doi.org/10.1016/j.promfg.2017.07.371.CrossRefGoogle Scholar
  22. 22.
    Lipson, H.; Moon, F. C.; Hai, J.; Paventi, C.: 3-D Printing the History of Mechanism; Journal of Mechanical Design Bd. 127 Nr. 5; 2004; S. 1029–1033; DOI:  https://doi.org/10.1115/1.1902999.CrossRefGoogle Scholar
  23. 23.
    Kerle, H.; Corves, B.; Hüsing, M.: Getriebetechnik: Grundlagen, Entwicklung und Anwendung ungleichmäßig übersetzender Getriebe; Springer Verlag; Deutschland Wiesbaden; 2015; ISBN 978-3-658-10056-8.CrossRefGoogle Scholar
  24. 24.
    Stratasys GmbH: The Stratasys F123 Series: SMARTER PROTOTYPING FOR BUSINESS; Online verfügbar: www.stratasys.com/~/media/Main/Files/Brochures/BR_FDM_F123Series_0117e_Web.pdf; abgerufen am: 27.06.2018.
  25. 25.
    Stuppy, J.; Meerkam, H.: Tolerance analysis of mechanisms taking into account joints with clearance and elastic deformations; International Conference of Engineering Design ICED09; 24.-27. August 2009; USA Stanford University; S. 5-489-5-500.Google Scholar

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Authors and Affiliations

  • Martin Hallmann
    • 1
    Email author
  • Benjamin Schleich
    • 1
  • Sandro Wartzack
    • 1
  1. 1.Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-NürnbergLehrstuhl für Konstruktionstechnik KTmfkErlangenDeutschland

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