Wie kann man mit DMLS® erstaunliche Produkte gestalten?

Ich werde zeigen, wie wir einen Kugelschreiber entworfen haben, der alle Vorteile und Freiheiten der additiven Fertigung nutzt. 
Ich werde Ihnen das Rezept verraten, wie Sie alle Zutaten für ein fantastisches Produkt kombinieren. 

Die Zutaten: 

• Eine Idee als Ausgangspunkt
• Ein Team, das über den Tellerrand hinausblickt
• Ein Hauch von Erfahrung
• Eine Handvoll Wissen über den AM-Prozess
• Eine EOS M 290
• Eine Prise EOS Titanium Ti64
• Ein bisschen Geduld mit einigen Iterationsschleifen (es ist nicht einfach, zu warten, bis der "Kuchen" fertig ist) 
• Wie immer ist eine große Portion Kreativität sehr empfehlenswert.

Manchmal ist die größte Herausforderung der Ausgangspunkt. Das gleiche Problem stellt sich bei Kuchen: Es ist nicht einfach, sich unter den vielen Möglichkeiten für die richtige zu entscheiden - sie sehen alle lecker aus.

In diesem speziellen Fall kam die Entscheidung, einen Stift zu entwerfen, aus einer "zufälligen" Diskussion mit meinen Kollegen. Die Idee war, etwas Vertrautes zu entwerfen, das wir jeden Tag benutzen, das aber gleichzeitig die meisten Vorteile des AM-Prozesses aufzeigen könnte - wie z. B. die Herstellung von etwas mit einem coolen Design - und gleichzeitig die Grenzen dieser erstaunlichen Technologie weiter ausdehnt.

Fügen Sie einen Hauch von Designerfahrung hinzu

Bei der Suche nach effizienten Möglichkeiten, diesen Stift zu entwerfen, kommt die additive Fertigung sehr gelegen, da sie besonders viel Designfreiheit bietet. Die Möglichkeit, fast jede Form - egal wie komplex - ohne die Zwänge der konventionellen Fertigung zu entwerfen und zu produzieren, ist der ultimative Traum eines jeden Designers. Bionisches Design bedient sich bei der Natur.

Bei diesem Rezept handelt es sich um einen reinen Entwurfsprozess; es wurde keine Optimierungstechnik eingesetzt.

Das bionische Design ermöglicht es, Strukturen und Objekte zu realisieren, die von natürlichen Organismen in ihrer Umgebung inspiriert sind: Die glatten Formen sind das Ergebnis eines ausgereiften Prozesses, bei dem die Natur nur die notwendige Menge an Material verwendet. Das bionische Design ist im additiven Designprozess weit verbreitet und kann zum Beispiel mit Techniken zur Topologieoptimierung kombiniert werden. Das Ziel ist immer, das perfekte Bauteil herzustellen. Es soll alle Anforderungen erfüllen und dabei so wenig Material wie möglich verbrauchen.

Fügen Sie in der Entwurfsphase eine Handvoll Wissen über den Druckprozess hinzu

Der Stift besteht aus drei verschiedenen Teilen: der Kappe und zwei verschiedenen Teilen, die nach dem Zusammenbau das Minengehäuse bilden. Das Design der drei Teile wird durch die Druckrichtung beeinflusst: Wenn man die Form des Stiftes berücksichtigt, ist es am besten, vertikal zu drucken. Und warum? Um so viele Teile wie möglich auf der Bauplattform unterzubringen und so die Produktionskosten zu senken und die bestmögliche Oberflächenqualität zu erzielen. Deshalb sind die drei Teile so konstruiert, dass sie völlig selbsttragend sind, so dass keine Stützstruktur erforderlich ist.

Die größte Herausforderung, der wir uns stellen mussten, war die Implementierung eines "Mechanismus", einer funktionalen Integration der Komponenten, um das Einsetzen und in Zukunft auch das Auswechseln der Tintenpatrone zu ermöglichen. Die Lösung: eine axial-symmetrische Krone auf beiden Seiten. Die Vorteile: Einfache Montage und Demontage des Stiftkörpers. So kann man eine leere Tintenpatrone austauschen und hat gleichzeitig genügend Steifigkeit im Stift selbst.

EOS Titanium Ti64 ist der beste Werkstoff für diese Art von Anwendung. Es bietet in Bezug auf die Steifigkeit fast die gleiche Leistung wie Edelstahl und ist gleichzeitig fast so leicht wie Aluminium. Nach fünf Designschleifen haben wir das endgültige Verschlusssystem gefunden. Die hohe Auflösung des EOS Ti64 Performance (30 µm) Prozesses ermöglicht eine perfekte Übereinstimmung zwischen den Oberflächen und die feste Verbindung der Teile. Darüber hinaus ermöglicht die hohe Auflösung des Prozesses die Implementierung von Logos und anderen Arten der Personalisierung (z. B. den Namen des Besitzers).

Sobald das Design fertiggestellt ist, besteht der nächste Schritt in der Vorbereitung der Daten für den Druckprozess. Das DMLS®-Verfahren erfordert ein Minimum an Stützstrukturen, um das Teil auf der Bauplattform zu befestigen. Stützstrukturen sind oft notwendig, um den Druckprozess erfolgreich abzuschließen. Sie führen jedoch zu einem höheren Materialeinsatz und zu einer längeren Druck- und Nachbearbeitungszeit. Außerdem leiden die Oberflächen, mit denen sie verbunden sind, unter der Endqualität. Es ist jedoch wichtig, dass die Teile fest mit der Bauplattform verbunden bleiben. Dies ermöglicht die Ableitung der gesamten Wärme, die während der Mehrfachbelichtungsphasen entsteht.

Deshalb hatten wir die Idee, speziell für diese Teile eine besondere Art von Stützen zu entwickeln, die so genannten "prop-supports". Es entsteht eine dünne Materialschale mit einem kleinen Spalt, der sie fest mit der Bauplattform verbindet. Eine sehr dünne Pulverschicht trennt die Stützen von den Bauteilen und sorgt für eine hohe Oberflächenqualität. Um die perfekte Stützenform, den richtigen Versatzabstand und die passenden Druckparameter zu finden, haben wir natürlich ein DoE (Design of Experiment) mit EOSPRINT durchgeführt.

Der nächste Schritt ist die Prozesssimulation. Dank einer Software wie Amphyon © von Additive Works ist es möglich, eine Vorschau des Druckprozesses zu erhalten. Auf diese Weise können Sie mögliche Fehler oder Verformungen vermeiden und die endgültige Qualität sicherstellen.

Drucken Sie alle Zutaten mit der EOS M 290 und warten Sie, bis der Auftrag fertig ist.

Wie bereits erwähnt, ist ein weiterer wichtiger Schritt in diesem Prozess die Nachbearbeitung, da sie die Oberflächenqualität verbessert. In diesem Fall fiel die endgültige Entscheidung auf ein Strahlverfahren für die Teile und eine anschließende Politur mit einer Taumelmaschine.

Alles in allem kann man, wie beim Backen eines Kuchens, erstaunliche Ergebnisse erzielen, wenn man die richtigen Zutaten verwendet, sich an das Verfahren hält und einen Hauch von Kreativität einbringt!