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Die Autoren:

Prof. Dr.-Ing. Andreas Gebhardt, Geschäftsführer der CP – Centrum für Prototypenbau GmbH, Erkelenz/Düsseldorf Professor an der Fachhochschule Aachen Lehrgebiet: Hochleistungsverfahren der Fertigungstechnik und Additive Manufacturing
Julia Kessler, M. Eng., Geschäftsführerin der IwF GmbH, Institut für werkzeuglose Fertigung, Aachen Doktorandin an der Fachhochschule Aachen Lehrgebiet: Hochleistungsverfahren der Fertigungstechnik und Additive Manufacturing
Laura Thurn, M. Eng., Doktorandin an der Fachhochschule Aachen Lehrgebiet: Hochleistungsverfahren der Fertigungstechnik und Additive Manufacturing

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Herstellung: Jörg Strohbach
Umschlagdesign: Marc Müller-Bremer, www.rebranding.de, München
Umschlagrealisation: Stephan Rönigk

Print-ISBN: 978-3-446-44672-4
E-pub-ISBN: 978-3-446-45237-4

Verwendete Schriften: SourceSansPro und SourceCodePro (Lizenz)
CSS-Version: 1.0

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Rapid Prototyping, Additive Fertigungsverfahren, 3D-Drucken, und die englischen Varianten Additive Manufacturing, 3D Printing, Desktop Manufacturing, sind identische Bezeichnung für die Technologie der Schichtbauverfahren und ihre Anwendung

Die unterschiedlichen Begriffe bezeichnen jene neuen Fertigungsverfahren, denen nachgesagt wird, sie begründeten eine weitere industrielle Revolution. Sie sind geeignet die Produktentwicklung durch schnelle Verfügbarkeit komplexer Prototypen zu beschleunigen und in ihrer Qualität zu verbessern. Sie versetzen uns aber auch in die Lage, direkt und losgrößenunabhängig Endprodukte herzustellen. Damit markieren sie tatsächlich eine Revolution der Fertigungstechnik: Die Wandlung von einer Fertigungstechnologie zur Herstellung großer Serien von gleichen Teilen hin zu einer Serienfertigung von unterschiedlichen Teilen, seien es Einzelteile, beliebige Chargen oder auch Mischungen daraus.

Das 3D-Drucken ist in allen Branchen einsetzbar. Jeder, der mit Konstruktion und Fertigung, aber auch mit strategischer Planung zu tun hat, sollte daher über diese Technologie so viel wissen, dass eine qualifizierte Bewertung und Auswahl erfolgen kann.

Dieses Buch vermittelt in knapper, der Praxis angemessener Form die Grundlagen der Verfahren und zeigt exemplarische Anwendungen. In die Betrachtung werden alle heute verfügbaren Verfahren aufgrund einer Systematik einbezogen, die auch die Einordnung und Bewertung zukünftiger Verfahren ermöglicht. Die große und schnell wachsende Vielfalt unterschiedlicher Maschinen für additive Herstellungsverfahren werden klassifiziert.

Neben den Verfahren werden neue Arbeitsformen diskutiert, die sich aus der digitalen ortsunabhängigen Fertigung ergeben und eine dezentrale Fertigung ermöglichen, die die heutige Produktionsorganisation gründlich verändern könnte.

Ein Glossar unterstützt die tägliche Arbeit mit dem 3D-Drucken und den schnellen Zugang.

Aachen, Oktober 2016

Andreas Gebhardt, Julia Kessler und Laura Thurn

Der interdisziplinäre Charakter des Additive Manufacturings oder 3D-Druckens, aber auch die sehr hohe Entwicklungsgeschwindigkeit weltweit, machen es für eine einzelne Person nahezu unmöglich, das Gebiet vollständig und richtig wiederzugeben.

Deshalb freuen wir uns über vielfältige Hilfe.

Vielen Dank an die Spezialisten vom Centrum für Prototypenbau (CP-GmbH), Erkelenz, die vor allem für den Kontakt zur Praxis sorgten. Besonderer Dank gilt Frau Besima Sümer, Herrn Christoph Schwarz und Herrn Michael Wolf.

Beiträge lieferten die Mitglieder des „GoetheLab for Additive Manufacturing“ der Fachhochschule Aachen. Namentlich bedanken wir uns bei Dawid Ziebura, Alexander Schwarz, Prasanna Rajaratnam, Miranda Fateri (jetzt DLR), Jan-Steffen Hötter (jetzt Overath GmbH), Mirjam Knothe (jetzt MAN), Max Kunkel (jetzt Siemens) und Stefan Thümmler (jetzt CP-GmbH).

Besonderer Dank geht an den Hanser Verlag, insbesondere an unsere Lektorin Frau Monika Stüve.

Andreas Gebhardt, Julia Kessler und Laura Thurn

Dr.-Ing. Andreas Gebhardt, Jahrgang 1953, studierte an der Rheinisch Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen Maschinenbau mit dem Schwerpunkt Motoren- und Turbinenbau. Er promovierte 1986 bei Professor Dibelius mit einer Arbeit über das instationäre Verhalten konventioneller Dampfkraftwerksblöcke.

Von 1986 bis 1991 war er Geschäftsführer eines Spezialbetriebes für Motoreninstandsetzung und die Fertigung von Spezialmotoren und Motorenteilen.

1991 wechselte er in die Geschäftsführung des Laser Bearbeitungs- und Beratungszentrums NRW GmbH (LBBZ‑NRW). Das LBBZ ist auf die lasergestützte Fertigung spezialisiert und beschäftigt sich bereits seit 1992 mit dem Rapid Prototyping.

1997 wurde die CP ‒ Centrum für Prototypenbau GmbH, Erkelenz/Düsseldorf, gegründet, deren Geschäftsführung Andreas Gebhardt übernahm. Die CP-GmbH ist ein Rapid Prototyping-Dienstleister und fertigt Prototypen aus Kunststoff und Metall als Einzelstücke und in kleinen Serien. Vom 3D-CAD über additive Fertigungsanlagen bis hin zum Werkzeugbau verfügt die CP-GmbH über alle Elemente einer vollständig geschlossenen Additive Manufacturing-Prozesskette.

Die praktischen Erfahrungen in der CP-GmbH bilden das fachliche Rückgrat für die in diesem Buch aufbereitete Thematik.

Zum Sommersemester 2000 wurde Andreas Gebhardt als Professor für „Hochleistungsverfahren der Fertigungstechnik und Additive Manufacturing“ an die Fachhochschule Aachen berufen. Dort leitet er im Rahmen des „GoetheLab für Additive Manufacturing“ eine Forschergruppe zum Lasersintern von Metallen (SLM Verfahren), Polymerdrucken, 3D-Drucken (Pulver-Binder-Verfahren), Extrusionsverfahren (FDM) und zum Einsatz unterschiedlicher Fabber. Zum GoetheLab gehört auch der weltweit erste Technologiebus, ein rollendes Labor in einem Doppeldeckerbus, FabBus genannt.

Seit dem Wintersemester 2000 ist Andreas Gebhardt Gastprofessor am City College der City University New York. Im Herbst 2014, wurde er von der Tshwane University of Technology, TUT, in Pretoria, Südafrika zum „Professor Extraodinaire“ ernannt.

Seit 2004 ist Andreas Gebhardt Herausgeber des RTeJournals (www.rtejournal.de), einer „open-access peer review“ online-Zeitschrift für Rapid Technologie.

Julia Kessler, M. Eng. studierte an der Fachhochschule Aachen und hat einen Bachelor in Biomedizinischer Technik und einen Master in Produktentwicklung.

Sie arbeitet seit 2012 als wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Forschergruppe „GoetheLab for Additive“ Manufacturing der Fachhochschule Aachen. Seit 2015 leitet Sie das Team des GoetheLabs, das sich mit der additiven Fertigung von Metallen, Kunststoffen und Keramiken befasst.

Julia Kessler hat sich intensiv mit der Konzeption eines Studiengangs für digitale Zahntechnik befasst und ein Forschungsprojekt zur Kieferaugmentation geleitet. Gemeinsam mit Laura Thurn hat sie das Projekt „FabBus“ ein mobiles 3D-Druck-Labor initiiert und umgesetzt. Auch die Umsetzung eines Online-Moduls „Additive Fertigung/3D-Drucken“ haben Julia Kessler und Laura Thurn gemeinsam geleistet.

Aktuell befasst sich Julia Kessler fachlich und im Rahmen ihrer Promotion mit der konstruktiven Optimierung und der additiven Fertigung von bionischen Gitterstrukturen aus Titan und Edelstahl, sowie neuen Anwendungsbereichen dieser Konstruktionselemente.

Julia Kessler hat 2015 die Geschäftsführung der IwF GmbH (Institut für werkzeuglose Fertigung), einem An-Institut der Fachhochschule Aachen, übernommen. Die IwF GmbH unterstützt Industriepartner besonders bei der Optimierung und Gestaltung der gesamten Prozesskette im Bereich der Additiven Fertigung. Kundenorientierte Forschung & Entwicklung, praxisrelevante Schulungen und individuelle Beratungsleistungen gehören zu den Kernkompetenzen der IwF GmbH.

Laura Thurn, M. Eng. studierte an der Fachhochschule Aachen und hat einen Bachelor als Wirtschaftsingenieurin mit der Vertiefung Maschinenbau und einen Master in Produktentwicklung.

Als Projektingenieurin am Institut für werkzeuglose Fertigung (IwF) hat sie an der Studie: „Generative Fertigung in Deutschland (GENFER)“ gearbeitet, in der der Entwicklungsstand, die Potenziale und Herausforderungen, die Auswirkungen und Perspektiven der 3D-Drucktechnologie in Deutschland durchleuchtet wurden.

Laura Thurn arbeitet seit 2014 als wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Forschergruppe „GoetheLab for Additive Manufacturing“ der Fachhochschule Aachen. Sie leitet dort die Abteilung „Kunststoffe für AM“, die sich u. a. mit dem Aufbau, der Entwicklung und Optimierung von Personal Printern beschäftigt. Die Arbeiten ihrer Gruppe umfassen auch werkstoffkundliche Untersuchungen zur Verarbeitbarkeit der Extrusionsmaterialien und zu den mechanisch technologischen Verhalten der gedruckten Bauteile im Hinblick auf ihre Verwertbarkeit als Produkte.

Laura Thurn hat sich intensiv mit Fragen der Aus- und Weiterbildung auf dem Gebiet des 3D-Druckens befasst und konzipiert Lehrgänge im Bereich AM für unterschiedliche Zielgruppen. In Zusammenarbeit mit Julia Kessler hat Laura Thurn unter anderem ein Online-Modul „Additive Fertigung/3D-Drucken“ entwickelt. Sie ist Mitinitiatorin des rollenden 3D-Drucklabors „FabBus“. Sie war für die Umsetzung der Idee mitverantwortlich, konzipiert zusammen mit Julia Kessler die Lehrgänge und organisiert mit ihr gemeinsam den Einsatz.

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