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Rapid prototyping (RP) systems were designed to reduce the time taken to develop new products, and, today, available RP systems work with different techniques using paper, polymers and waxes. In order to fulfil the demand for the direct production of metallic prototypes for functional application and testing, the Fraunhofer Institute for Applied Materials Research (IFAM) has developed a new process, named “multiphase jet solidification (MJS)”, which is able to produce metallic or ceramic parts. The MJS process uses low‐melting alloys or a powder‐binder mixture which is squeezed out through a computer‐controlled nozzle. Parts are manufactured layer by layer and the “green parts” are debinded and sintered to reach final density. Presents experiences of using this new technique, along with some results.

This bachelor thesis deals with the process of creating user-friendly websites. Thesis is not directly engaged with questions concerning the technology behind it, but instead focuses on the process of designing a website that will meet both the needs of users as well as business requirements. A website based and designed on such concept will be easily understandable for users, and will be regarded as usable and useful. It will effectively enable users to fulfill their individual aims and provide them with a positive User Experience (UX). Along with the placing of this procedure within a specific context, an area of User Experience is defined, and consequently related disciplines that fundamentally affect and shape the UX. A scheme of this procedure of creating user-friendly websites as put in practice is shown at the end of this thesis: a case study on redesigning the company website VINICARS Ltd.

In den letzten Jahren wurden am Fraunhofer IPA viele generative Lösungen für Automatisierungsprozesse entwickelt. Möglich wurden die dort entstehenden innovativen Produkte erst durch die Nutzung generativer Fertigungstechnologien. Eines der herausragendsten Beispiele dafür ist der "Bionische Handling-Assistent", der in Zusammenarbeit mit dem Industriepartner Festo entstanden ist.

Neu entwickelte Techniken ermöglichen die metallische Beschichtung generativ gefertigter Bauteile mit haftfesten und beständigen Metallschichten. Dadurch verbessern sich die optischen und die mechanischen Eigenschaften dieser Bauteile deutlich. Durch diese Beschichtung wird auch eine einfachere Reinigung und der Einsatz in hygienisch sensibler Umgebung möglich.

An additive manufacturing technique based on selective laser melting (SLM) for zirconia-alumina ceramic is presented. SLM is a powder bed based layer manufacturing technique that allows for rapid manufacturing of complex shaped objects directly from CAD data. By completely melting a purely ceramic zirconia-alumina powder mixture using a laser beam, objects of almost 100% density and a flexural strength of more than 500 MPa were manufactured. In order to avoid crack formation, the ceramic is preheated to a temperature above 1600°C during the build-up process. For preheating, the respective area of the powder bed is irradiated using a CO2 laser. The best results were achieved using a material composition of 41.5 wt% zirconia and 58.5 wt% alumina (eutectic mixture). Manufactured objects have a fine-grained two-phase microstructure consisting of tetragonal zirconia and alpha-alumina.

Eine Analyse der Funktionsprototypenherstellung mittels Fräsen als quasi-generativem Rapid Prototyping Verfahren zeigte bestehende Defizite auf, zum einen bei der Nutzung der Bohrung-Zapfen-Kombination als reversible Füge- und Spanntechnik, zum anderen im Bereich der Automatisierung aufgrund einer fehlenden rechnerunterstützten Auslegung der Füge- und Spanntechnik. Zudem beschränkte sich die Herstellung von Prototypen auf die alleinige Nutzung der Frästechnologie. Unter Berücksichtigung der Defizite und der daraus resultierenden Anforderungen wurde im Hinblick auf einen verbesserten Herstellungsprozess ein Gesamtkonzept entwickelt und formuliert. Dieses beinhaltet ein speziell für die Prototypenherstellung mittels Fräsen abgestimmtes Fügekonzept sowie ein darauf aufbauendes Konzept zur rechnerunterstützten Auslegung von reversiblen Fügetechniken. Das entwickelte Fügekonzept basiert auf zwei wesentlichen Eigenschaften, dem kontextunabhängigen bzw. –abhängigen Fügen von Prototypen sowie der Analogie zwischen dem Fügen und dem Spannen von Bauteilen auf dem Maschinentisch einer Bearbeitungsmaschine, welches einen reversiblen Fügevorgang darstellt. Mittels dieser Erkenntnisse wurde die Bohrung-Zapfen-Kombination modifiziert und eine weitere Fügetechnik mit Hilfe von Bestimmelementen aus dem Vorrichtungsbau entwickelt. Die grundlegende Idee dieses neuen Fügeverfahrens beruht auf dem Prinzip einer Prismen-Verzahnung. Durch die speziell generierten Eigenschaften dieser Fügetechnik ist zudem eine Aufnahme und Bearbeitung in einer Drehmaschine möglich, wodurch neben der frästechnischen Herstellung nun auch das Potenzial der Drehbearbeitung für die Fertigung von Prototypen genutzt werden kann. Die Entwicklung des Konzeptes zur rechnerunterstützten Auslegung erfolgte am Beispiel der Prismen-Verzahnung. Neben der Bereitstellung des Berechnungsalgorithmus sieht es die Integration in die Benutzeroberfläche eines CAD-Systems vor. Dadurch kann die Auslegung der Fügetechnik innerhalb der CAD-Umgebung durchgeführt werden. Die Gültigkeit des Gesamtkonzeptes wurde abschließend anhand konkreter Beispiele verdeutlicht. Dazu wurde sowohl das entwickelte MLJ-Fügekonzept als auch das darauf aufbauende Konzept zur rechnerunterstützten Auslegung von reversiblen Fügetechniken verifiziert. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Prototypenherstellung mittels dem quasi-generativem RP-Verfahren Fräsen sowohl Defizite als auch ungenutztes Potenzial aufweist. Unter Berücksichtigung des in dieser Arbeit entwickelten Gesamtkonzeptes lässt sich die Herstellung von Prototypen mittels Fräsen deutlich verbessern. Im Ergebnis konnte der Automatisierungs¬grad gesteigert, ein allgemeingültiges MLJ-Füge-und MLJ-Vorrichtungskonzept formuliert und daraus abgeleitet das Potenzial der Drehbearbeitung für die Herstellung von Prototypen nutzbar gemacht werden.

Durch Rapid Prototyping hergestellte Werkstücke können eine relativ hohe Oberflächenrauheit aufweisen, die die Haptik und damit die Beurteilung der Verwendung stark einschränken können. Durch Strahlen mit Glasperlen, Korund oder Kunststoff kann die Rauheit auf weniger als 10% des Ausgangswertes gesenkt werden. Während die Art und Härte des Strahlmittels keinen Einfluss auf das Ergebnis hat, ist dies bei der Korngröße deutlich erkennbar. Die besten Ergebnisse werden mit Strahlmitteln mit deutlich größerem sowie deutlich kleinerem Durchmesser als dem Abstand zwischen den Rauheitsspitzen des Profils erzielt. Nachteilig sind farbliche Veränderungen der Probenoberfläche.

Unconventional methods of modern materials preparation include additive technologies which involve the sintering of powders of different chemical composition, granularity, physical, chemical and other utility properties. The technology called Rapid Prototyping, which uses different technological principles of producing components, belongs to this type of material preparation. The Rapid Prototyping technology facilities use photopolymers, thermoplastics, specially treated paper or metal powders. The advantage is the direct production of metal parts from input data and the fact that there is no need for the production of special tools (moulds, press tools, etc.). Unused powder from sintering technologies is re-used for production 98% of the time, which means that the process is economical, as well as ecological. K nekonvenčním moderním metodám přípravy materiálů patří zejména tzv. aditivní technologie, které zahrnují slinování prášků různého chemického složení, zrnitosti, fyzikálních, chemických i jiných užitných vlastností. Do této oblasti přípravy materiálů se řadí tzv. technologie Rapid Prototyping (RP), které využívají různých technologických principů ke zhotovení součástí. Podle použité technologie se v zařízeních Rapid Prototyping používají fotopolymery, termoplasty, speciálně upravený papír nebo kovové prášky. Jejich velkou výhodou je přímá výroba kovových dílů ze vstupních dat a dále fakt, že odpadá potřeba výrobního nářadí (forem, lisovacích nástrojů, atd.). U technologie práškového spékání je nespotřebovaný prášek z 98% znovu využíván pro výrobu, tzn. že proces je ekonomický a zároveň ekologický.

Nach einer schwierigen Anlaufphase bis 1992 sind die Generativen Fertigungsverfahren dabei, die Produktentwicklung zu revolutionieren. Dies geschieht durch die bislang unerreichte Schnelligkeit bei der Herstellung von Prototypen jeder gewünschten Ausprägung. Dafür werden die bekannten Verfahren weiterentwickelt und in immer neue Prozeßketten eingebunden; jedoch sind inzwischen auch schon Verfahren einer neuen Generation kommerzialisiert, die metallische Bauteile in direkter Weise und komplexer Gestalt produzieren können. Auch wenn die in diesem Zusammenhang verfügbare Materielen noch wenige sind, so läßt die Forschung in den mächsten Jahren noch auf eine größere Menge hoffen. Damit verbunden ist die Vision, daß jedes CAD-System auch einmal seinen 3D-Drucker haben wird, der das, was soeben nur im Datenmodell existiert hat, schnell vergegenständlicht. Vor einer allzusehr auf die Technologie fokussierten Betrachtung muß aber gewarnt werden, da erst das Zusammenspiel von Mensch, Organisati on, Information und Technik den erhofften Gewinn für Produktentwicklung bringt.

Slices are the lowest common denominator among RP systems. Simple Slicing routines involve failures which directly cause inaccurate parts. A slicing tool was developed at IPA, which enables the correction of the contours dependant on application and surface treatment of the object.

Verfahren und Prozeßketten zur Fertigung metallischer Bauteile und Werkzeuge Während die direkte Herstellung komplexer Modelle und Musterteile aus Kunststoff-, Papier- und Wachsmaterialien auf Basis von CAD-Daten bereits technisch realisiert ist, konzentrieren sich die gegenwärtigen Entwicklungsaktivitäten auf Verfahren und Prozeßketten zur Herstellung metallischer Bauteil- und Werkzeuggeometrien.

Due to the world-wide competitive situation, interest in new methods, business practices and technologies to improve and accelerate product development have increased continuously over the last few years. The object of this article is to give an overview of the present state-of-the-art, commercial technologies, R&D activities and trends in rapid prototyping and rapid product development.

Generative Fertigungsverfahren wie Stereolithographie oder Selective Laser Sintering werden in der Produktentwicklung verstärkt zum Herstellen von Prototypen aus Kunststoff, Wachs und Papier eingesetzt. Das Fertigen von metallischen und keramischen Prototypen war bisher nur abtragend oder über gießtechnische Folgeverfahren möglich. Mit Multiphase Jet Solidification steht ein Verfahren vor seiner Markteinführung, das die direkte additive Herstellung solcher Prototypen ermöglicht.

Rapid Prototyping-Verfahren wie die Stereolithographie machen es möglich, komplexe Modelle, Musterteile und Prototypen direkt auf der Basis der CAD-Daten und ohne den Umweg über Formen und Werkzeuge schnell herzustellen. Gemeinsames Kennzeichen dieser Verfahren ist, daß die Werkstücke ihre Form nicht durch Abtrag von Material - wie bei den spanenden Fertigungsverfahren -, sondern durch Hinzufügen von Material erhalten. Ein weiteres gemeinsames Merkmal besteht darin, daß das Werkstück im eigentlichen Fertigungsprozeß schichtweise aufgebaut wird. Kompliziert geformte Bauteile, auch mit Hinterschneidungen und Hohlräumen, können auf diese Weise innerhalb kürzester Zeit, das heißt in wenigen Stunden aufgebaut werden. Der Beitrag erörtert die Möglichkeiten und Grenzen des derzeit am weitesten verbreiteten Rapid Prototyping-Verfahrens, der Stereolithographie. Ferner werden Ergebnisse von Entwicklungsarbeiten zur Steigerung der Prozeßleistungsfähigkeit sowie aktuelle Entwicklungen zur Erschlie ßung neuer Anwendungsfelder dargestellt.