Handbuch Gestaltungsrichtlinien DIMENSION - ashelon.com

Hochschule Bremen
Fakultät Natur und Technik
Abteilung Maschinenbau
Design Guidelines for Rapid Prototyping
Entwicklung von Konstruktionsrichtlinien für ein
fertigungsgerechtes Gestalten anhand
des Fused Deposition Modeling
Master Thesis
zur Erlangung des Grades
Master of Engineering
M.Eng.
vorgelegt von
Diplom-Ingenieur
Robert Schäfer
September 2008

Eingereicht von: Robert Schäfer
Neustadtswall 85
28199 Bremen
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. Dirk Hennigs
Hochschule Bremen
Neustadtswall 30
28199 Bremen
Korreferent: Prof. Dr.-Ing. Günther Gravel
Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg
Berliner Tor 5
20099 Hamburg

Danksagung
An dieser Stelle möchte ich mich bei allen bedanken, die durch ihre persönliche und fachliche
Unterstützung zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben.
Herrn Prof. Dr.-Ing. Dirk Hennigs, dem Leiter des Labors für Strukturmechanik und Konstruktion
an der Hochschule Bremen, danke ich für die Aufgabenstellung und die Betreuung dieser Arbeit
und Herrn Prof. Dr.-Ing. Günther Gravel, dem wissenschaftlichen Leiter des Labors für Produktionstechnik
an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg für die Übernahme des
Korreferates.
Herrn Peter Wedemeyer, Herrn Thomas Witte und Herrn Bernd Schnäker, Mitarbeiter des Labors
für Strukturmechanik und Konstruktion der Hochschule Bremen, danke ich für die fachliche Unterstützung
und für das gute Arbeitsklima.
Darüber hinaus bedanke ich mich bei meiner Familie und allen, die mich bei der Erstellung meiner
Arbeit unterstützt haben.

Erklärung
Hiermit erkläre ich, dass ich, Robert Schäfer, die Master Thesis selbständig verfasst und nur die
angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe.
___________________ Bremen, den 01.09.2008
(Robert Schäfer)

Vorwort
Das vorliegende Dokument entstand im Zeitraum von Juni bis September 2008 an der Hochschule
Bremen im Labor für Strukturmechanik und Konstruktion und ist Bestandteil der Master Thesis im
Studiengang Computer Based Mechanical Engineering.
Das Thema der vorliegenden Arbeit wurde von Prof. Dr.-Ing. Dirk Hennigs, Hochschule Bremen,
gestellt.
vi
Robert Schäfer

Kurzfassung
Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Ermitteln und Darstellen von Konstruktionsregeln für eine
fertigungsgerechte Gestaltung von Rapid-Prototyping-Bauteilen, die mittels Fused Deposition
Modeling hergestellt werden.
Die Vorgehensweisen eines methodisch-systematischen Entwickelns von Produkten anhand aktueller
VDI-Richtlinien (VDI – Verein Deutscher Ingenieure) sollen dazu beitragen, das Potenzial von
Rapid-Prototyping-Verfahren während der Produktentwicklung besser auszunutzen, da durch diese
Verfahren die Möglichkeit besteht, die bisherigen Einschränkungen in den geometrischen Freiheiten
teilweise aufzuheben. Bauteile, die mit Rapid Prototyping gefertigt werden, können unter
Berücksichtigung verfahrenstechnischer Besonderheiten in ihrer Geometrie optimal und individuell
an die geforderten Funktionen angepasst werden.
Anhand des Fused Deposition Modeling werden die Randbedingungen für den Einsatz und verfahrensbedingte
Besonderheiten herausgearbeitet. Dabei werden prozess- und materialspezifische
Eigenschaften berücksichtigt, um Gestaltungsregeln für den Fertigungsprozess ableiten zu können.
Abstract
The aim of this work is to identify and to illustrate design guidelines for manufacturing for Rapid
Prototyping Components, which are manufactured by Fused Deposition Modeling.
The approaches of a methodical and systematic developing of products by means of VDI Guidelines
(VDI – The Association of German Engineers) should serve to use the potential of Rapid
Prototyping Technology during the product development, because by these procedures the possibility
exists to lift the present restrictions in the geometrical freedoms partially. Components, which
are made by Rapid Prototyping Technology, can be optimally and individually adapted in their
geometry to the demanded functions under accounting manufacturing conditions.
With the help of the Fused Deposition Modeling the constraints on the application and specific
procedure conditions are worked out. Besides, material properties and process properties are considered
to be able to derive design guidelines for manufacturing.
vii

Inhalt
Vorwort .......................................................................................................................................... vi
Kurzfassung ..................................................................................................................................vii
Abstract.........................................................................................................................................vii
1. Einleitung .................................................................................................................................. 10
2. Aufgabenstellung und Zielsetzung........................................................................................... 12
3. Stand der Technik..................................................................................................................... 15
3.1 Rapid Technology ............................................................................................................... 15
3.2 Verfahrensgrundlagen ......................................................................................................... 16
3.3 Rapid Prototyping in der Produktentwicklung..................................................................... 18
3.4 Einsatz von Modellen und Prototypen................................................................................. 19
3.5 Einsatzfeld von Rapid-Prototyping-Anlagen ....................................................................... 22
4. Fused Deposition Modeling...................................................................................................... 23
4.1 Verfahrensablauf ................................................................................................................. 23
4.2 Anlagentechnik.................................................................................................................... 24
4.3 Werkstoff ............................................................................................................................ 26
5. Aktueller Stand der fertigungsgerechten Gestaltung von Rapid-Prototyping-Bauteilen.... 27
6. Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung.............................................................. 30
6.1 Entwicklungs- und Konstruktionsprozess............................................................................ 30
6.2 Grundlagen bei der Erstellung von Konstruktionskatalogen................................................ 33
6.3 Grundlagen des Gestaltens .................................................................................................. 39
7. Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling ............................. 47
7.1 Checkliste für grundlegende Gestaltungsmerkmale............................................................. 47
7.2 Informationsbeschaffung..................................................................................................... 48
7.3 Grundlegende Gestaltungsmerkmale................................................................................... 49
7.4 Gesichtspunkte für Kataloggestaltung ................................................................................. 59
viii

8. Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping .......................................................................... 67
8.1 Grundlagen der Gestaltungsrichtlinie .................................................................................. 67
8.2 Hauptteile der Gestaltungsrichtlinie .................................................................................... 69
9. Zusammenfassung .................................................................................................................... 89
10. Ausblick................................................................................................................................... 91
11. Anhang..................................................................................................................................... 92
11.1 Konstruktionsregeln für Rapid Tooling gerechte Gestaltung............................................. 92
11.2 Konstruktionsregeln zum generieren von Baugruppen ...................................................... 99
11.3 Details zu Ansprechpartnern beteiligter Einrichtungen.................................................... 100
12. Abbildungsverzeichnis.......................................................................................................... 101
13. Tabellenverzeichnis .............................................................................................................. 103
14. Literaturverzeichnis ............................................................................................................. 104
ix

Einleitung
1. Einleitung
Der in den zurückliegenden Jahren propagierte und eingeschlagene Weg, die Entwicklung neuer
Produkte stärker als bisher an den Anforderungen der Kunden auszurichten, erfordert neue Verfahren.
Erfolgreiche Produktentwicklung bedeutet, ein Produkt bei höchster Qualität und niedrigsten
Kosten in kürzester Zeit so zu entwickeln, dass es schnell, sicher und preiswert gefertigt werden
kann. Nur so können früh Marktanteile eines Produktes gewährleistet werden. Trotz des zunehmenden
Einsatzes von virtuellen Produktenwicklungstools besteht ein hoher Bedarf an realen
Modellen.
Die Lösung war die Entwicklung eines Verfahrens zur generativen Herstellung von Modellen und
Prototypen aus 3D-CAD-Daten, bei dem das schnelle Generieren von physischen Bauteilen im
Fokus steht, um schnell und zuverlässig Aussagen zu einzelnen Eigenschaften eines späteren
Produktes erzielen zu können. In der Praxis etablierte sich dabei das Rapid Prototyping als eine
Methode, die grundsätzlich eine Verkürzung der Produktentwicklungsprozesse ermöglicht.
Ausgehend von der Tatsache, dass der Kundenwunsch und das Kundenverhalten die Anforderungen
an ein Produkt definieren, ergeben sich somit neben den individuellen Markt- und Kundenanforderungen
neue Bedingungen für die Produktentwicklung. Technischer Fortschritt in Form von
neuen Materialien, Entwicklungs- und Fertigungsmethoden hat eine starke Auswirkung auf die
optimale Gestaltung eines Produktes. Bauteile bzw. Modelle, die mit Rapid Prototyping gefertigt
werden, können unter Berücksichtigung verfahrenstechnischer Besonderheiten, also in ihrer Geometrie,
optimal und individuell an die geforderten Funktionen angepasst werden. Anforderungen an
Produkte auf der Grundlage des Fertigungsverfahrens haben somit einen großen Einfluss auf eine
optimale Konstruktion. Rapid Prototyping ist somit zu einem entscheidenden Faktor in der Entwicklung
neuer Produkte geworden.
Um die neuen Freiräume, die Rapid Prototyping bietet, umsetzten zu können, ist daher ein Umdenken
in der fertigungsgerechten Konstruktion notwendig. Konstrukteure müssen bereits bei der
Entwicklung eines neuen Produktes auch an die Möglichkeiten der Fertigung denken sowie speziell
an die gestalterischen Möglichkeiten, die die vorhandenen bzw. zur Verfügung stehenden generativen
Verfahren bieten. Die aus der konventionellen Fertigung stammenden Grenzen der Herstellbarkeit
sind nicht bzw. nur teilweise relevant. Fertigungsgerechte Konstruktion und Gestaltung bedeutet
eine Minimierung von Fertigungszeit und Fertigungskosten sowie das Anstreben von fertigungsrelevanten
Qualitätsmerkmalen bei gleichzeitiger Erfüllung aller geforderten Funktionsmerkmale
des Produktes, bzw. Modells.
Die existierenden Regeln sind nur für eine fertigungsgerechte Konstruktion auf klassische, also
spanende, umformende und urformende Technologien ausgerichtet, d. h., es werden nur die Fragen
der Geometriegestaltung beispielsweise beim Fräsen, Drehen, Gießen oder Bohren berücksichtigt.
Bis heute fehlt eine umfassende und ausführliche Aufbereitung von Regeln für ein optimales Gestalten
von Rapid-Prototyping-Bauteilen.
Durch die Entwicklung am Markt gewinnt der Einfluss von Vorschriften und Normen etc. weiterhin
stark an Bedeutung. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich daher auf die Untersuchung der
wechselseitigen Einflüsse der Modellerstellung anhand des Verfahrens Fused Deposition Modeling,
10

Einleitung
um eine anwenderbezogene Gestaltungsrichtlinie speziell für Maschinen der Dimension Baureihe
zu entwerfen. Durch die unterschiedlichen Freiheiten bei der Fertigung von Bauteilen zwischen den
verschiedenen Baureihen kann eine erfolgreiche Gestaltungsrichtlinie nur durch die Spezialisierung
auf einen bestimmten Typ erfolgen. Dazu wird das zuvor genannte Verfahren anhand der
Dimension Baureihe besonders vertieft untersucht. Vor dem Hintergrund verfahrensspezifischer
Besonderheiten wird am Beispiel des Verfahrens die Notwendigkeit zur vorausschauenden Planung
des Verfahrenseinsatzes gezeigt. Die gewonnenen technologischen Erkenntnisse und die daraus
abgeleiteten Regeln sind ein Beitrag zur Beherrschung und Optimierung des Verfahrens. Sie zeigen
allgemeingültige Bedingungen sowie verfahrensspezifische Besonderheiten, um die Faktoren
Kosten, Zeit und Qualität effizienter zu gestalten.
11

Aufgabenstellung und Zielsetzung
2. Aufgabenstellung und Zielsetzung
Gegenstand dieser Arbeit ist das Ermitteln und Darstellen von Konstruktionsregeln für eine fertigungsgerechte
Gestaltung von Bauteilen, die mit dem Generativen Fertigungsverfahren
3D-Printing hergestellt werden sollen. Hierbei handelt es sich um ein Rapid-Prototyping-Verfahren
der Firma Stratasys das nach dem Extrusionsverfahren (auch als Fused Layer Modeling bezeichnet,
Kurzform: FLM) arbeitet. Es basiert auf dem von der Firma Stratasys entwickelten Fused Deposition
Modeling (Kurzform: FDM). Verwendet wird der 3D-Printer Dimension SST 768 im Labor für
Strukturmechanik und Konstruktion an der Hochschule Bremen.
Die vorgestellten Vorgehensweisen und Untersuchungen sollen dazu beitragen, das Potenzial von
Rapid-Prototyping-Verfahren während der Produktentwicklung besser auszunutzen und eine Einbindung
von Rapid-Prototyping-Prozessen in die Arbeitsschritte während der Produktentwicklung
zu unterstützen. Am Beispiel des 3D-Printing soll veranschaulicht werden, dass durch die Berücksichtigung
verschiedener Bedingungen während der Konstruktion eine effektivere Prototypenbereitstellung
erfolgen kann. Hierdurch soll unter anderem der Einsatz der Anlage im Rahmen der
studentischen Ausbildung verbessert werden. Zurzeit sind die Studenten vollständig auf das Fachwissen
der Labormitarbeiter angewiesen. Stehen diese nicht zur Verfügung, dann steht auch das
benötigte Fachwissen für eine effektive Prototypenbereitstellung nicht zur Verfügung.
Ziel ist es daher, basierend auf den ermittelten Daten eine anwenderbezogene Konstruktionsrichtlinie
für ein fertigungsgerechtes Gestalten von Fused-Deposition-Modeling-Bauteilen für den
3D-Printer Dimension in Form eines Konstruktionskataloges zu entwerfen. Die Daten sollen so
aufbereitet werden, dass ein Nachschlagewerk entsteht, welches es ermöglicht, binnen kürzester
Zeit einen Überblick über verfahrenstechnische Besonderheiten, die es bei der Konstruktion bzw.
bei der Fertigung zu berücksichtigen gilt, zu bekommen. Dadurch gelingt es, dem Auftraggeber und
Anwender praxiserprobte Hinweise und Empfehlungen zu geben, die Kommunikation zwischen
Kunden und Lieferant zu verbessern und zu einer reibungsfreien Abwicklung beizutragen. Das
Nachschlagewerk soll so angelegt sein, dass es den gängigen Richtlinien und Katalogen entspricht
und somit keiner weiteren Einarbeitung bedarf.
Um die zuvor genannten Ziele zu erreichen ist ein strukturiertes Vorgehen sinnvoll (Abbildung 1),
welches planbar und nachprüfbar ist.
12

Aufgabenstellung und Zielsetzung
Vorstellung
Stand der Technik im
Kapitel 3 Fused Deposition Modeling Kapitel 4
Rapid Prototyping
(FDM)
Kapitel 5
Aktueller Stand der
gerechten Gestaltung
von Rapid-Prototyping-
Bauteilen
Produktentwicklung nach
Ermittlung von
VDI-Richtlinie 2221 ff:
Kapitel 6 Gestaltungsmerkmalen Kapitel 7
Grundlagen Konstruktionskataloge
und Kataloggestaltung
und gerechte Gestaltung
Kapitel 8
Zusammenfügen der Ergebnisse
aus Kap. 6 und 7 zu einer
Konstruktionsrichtlinie für
fertigungsgerechtes Gestalten
Abbildung 1: Schematische Darstellung der Vorgehensweise
Das Vorgehen gliedert sich in sechs Teile:
Im ersten Teil, Kapitel 3, wird zunächst auf den aktuellen Stand der Technik im Bereich
Generativer Fertigungsverfahren eingegangen. Durch das systematische Vorgehen gelingt
eine Einordnung der Generativen Fertigungsverfahren.
Im zweiten Teil, Kapitel 4, wird auf das Fused Deposition Modeling als Generatives
Fertigungsverfahren im Speziellen eingegangen.
Im dritten Teil, Kapitel 5, wird der aktuelle Stand gerechter Gestaltung von Rapid-
Prototyping-Bauteilen dargelegt und auf Defizite hin untersucht. Hieraus wird die Problemstellung
abgeleitet.
Im vierten Teil, Kapitel 6, wird das Vorgehen der Produktenwicklung nach der aktuellen
VDI-Dachrichtlinie 2221 erläutert. Der Aufbau von Katalogen und die Grundlagen
der gestalterischen Festlegung stehen hierbei klar im Vordergrund.
Im fünften Teil, Kapitel 7, erfolgt die Untersuchung des Fertigungsverfahrens im Bezug
auf Grenzen in der gerechten Gestaltung.
Im sechsten Teil, Kapitel 8, erfolgt anhand der gesammelten Informationen aus den
Kapiteln 6 und 7 die Erstellung der Konstruktionsrichtlinie für ein fertigungsgerechtes
Gestalten von Fused-Deposition-Modeling-Bauteilen.
Die angestrebte Gesamtlösung soll für das fertigungsgerechte Gestalten von Fused-Deposition-
Modeling-Bauteilen, speziell für die Dimension Baureihe, Gültigkeit besitzen. Es wird nicht der
Anspruch erhoben, eine vollständige Repräsentation der fertigungsgerechten Gestaltungskriterien
anzubieten. Vielmehr wird durch die vorgestellten Kriterien eine bessere Einschätzung des Verfahrens
erreicht.
13

Aufgabenstellung und Zielsetzung
Die Basis zur Erreichung der gesetzten Ziele bildet dabei eine umfassende Recherche zum Bereich
Rapid Prototyping und Produktentwicklung mit dem Schwerpunkt der fertigungsgerechten Gestaltung.
Für die Recherchen wurden dabei die Quellen in Tabelle 1 herangezogen. Auf die Bildungseinrichtungen
wird im Kapitel 7 detaillierter eingegangen. Sie haben neben einer praktischen
Erprobung direkt an der Anlage mit ihrer Unterstützung zur Ermittlung und Verifizierung der
Gestaltungspunkte wesentlich beigetragen.
14
Quellen
Bibliotheken Staats- und Universitätsbibliothek Bremen
Technische Informations- und Universitätsbibliothek Hannover
Bildungseinrichtungen Berufsakademie Lörrach
Fachhochschule Aachen
Fachhochschule Augsburg
Fachhochschule Bielefeld
Fachhochschule Gelsenkirchen
Fachhochschule Wedel
Hochschule Bremen
Hochschule Esslingen
Hochschule Hamburg
Hochschule Heilbronn
Hochschule Merseburg
Universität Duisburg-Essen
Universität Kassel
Datenbanken FIZ Technik (Fachinformation Technik und Management)
Fachzeitschriften RTejournal
Forschungseinrichtungen Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung
(IFAM)
Messen EMO 2007
Hannover Messe 2007 und 2008
Tagungen Euro-u Rapid, Tagungsunterlagen 2000-2006
1. Rapid Prototyping - Fachtagung im Ammerland 2007
12. Rapid Prototyping - Fachtagung Lippe und Höxter 2007
6. Rapid Prototyping - Fachtagung HAW Hamburg 2007
7. Rapid Prototyping - Fachtagung HAW Hamburg 2008
Unternehmen/Vereine Verein Deutscher Ingenieure
Tabelle 1: Verwendete Quellen für die Recherche

3. Stand der Technik
Stand der Technik
Die Begrifflichkeit des Rapid Prototyping hat sich so weit eingebürgert, dass sie zu einem feststehenden
Begriff geworden ist. Allerdings gehen die damit verbundenen Technologien mittlerweile
über die reine Prototypenherstellung hinaus [1] (siehe Kapitel 3.4).
Eine aktuelle und ausführliche Übersicht zum Thema Generative Fertigungsverfahren findet sich in
[7] und [28]. Aus diesem Grund wird an dieser Stelle auf eine ausführliche Darstellung verzichtet.
Es soll lediglich ein kurzer Einblick in den aktuellen Stand der Technik gegeben werden, um die
vorliegende Thematik einordnen und bewerten zu können.
3.1 Rapid Technology
Als Pendant zum Begriff Generative Fertigungsverfahren wird mittlerweile auch die Bezeichnung
Rapid Technology verwendet [7]. Die Definition des Begriffes Rapid Prototyping als
Rapid Technology ist in der Literatur jedoch nicht eindeutig festgelegt. Eine ältere Definition
basiert auf dem Grundgedanken, dass Rapid Prototyping auf der Reduzierung eines komplexen
dreidimensionalen Fertigungsproblems auf eine große Anzahl einfacher zweidimensionaler Fertigungsschritte
beruht [15]. Eine Angabe über die einzusetzenden Fertigungsverfahren wird hier
nicht getroffen. Eine weitere Definition bezeichnet den Begriff Rapid Prototyping als die Lehre von
den Generativen Fertigungsverfahren [4]. Bei Generativen Fertigungsverfahren erfolgt im Gegensatz
zu den klassischen trennenden Fertigungsverfahren nach DIN 8050 ein gezielter Materialauftrag
in definierter Größe, um eine Werkstückform hervorzurufen, und ist daher zu den urformenden
Verfahren zu zählen [16], [18]. Allgemeingültiger wird Rapid Prototyping auch als die organisatorische
und informationstechnische Verknüpfung aller Prozesse zur Herstellung physischer Prototypen
bezeichnet [22]. Eine Einschränkung des Begriffs Rapid Prototyping auf bestimmte Arten von
Fertigungsverfahren ist hier ausdrücklich aufgehoben.
In dieser Arbeit wird an der Definition nach [4] festgehalten. Zu dem hier behandelten
Rapid-Prototyping-Verfahren zählt ausschließlich die Technologie, bei denen physische, räumliche
Modelle eines Formteiles durch additive Formgebungsprinzipien hergestellt werden. Das heißt, das
zu erzeugende Bauteil wird nicht abtragend aus einem massiven Körper ausgearbeitet, sondern
entsteht durch das Hinzufügen von Werkstoff. Die Fertigung erfolgt ohne die Verwendung von
Formen und Werkzeugen. Die Idee einer Formgebung durch Materialauftrag ist nicht neu, sondern
wurde in der Vergangenheit unter anderen Gesichtspunkten angewandt, z. B. Auftragsschweißen
zur Reparatur von Wellen und Formen.
Die Rapid Technology bezeichnet konsequenterweise die Zusammenfassung aller Methoden,
Werkzeuge und Verfahrensketten, die im Kern eine generative Gestalterzeugung enthalten, und
lässt sich in zwei übergeordnete Anwendungsbereiche einteilen (Abbildung 2).
15

Stand der Technik
16
Technologie
Anwendung
Manufacturing Prototyping
Rapid Technology
Rapid Prototyping
Concept Functional
Modeling Prototyping
Rapid
Tooling
Rapid Manufacturing
Abbildung 2: Technologie der Generativen Fertigungsverfahren nach [7]
Generative Fertigungsverfahren
Fertigung von Konzeptmodellen
Fertigung von Funktionsprototypen
Generativer
Werkzeugbau
Generative Fertigung von Produkten
Die Rapid Technology lässt sich allgemein in die Anwendung zur Herstellung von Prototypen und
Modellen (Rapid Prototyping) und zur Fertigung von Produkten (Rapid Manufacturing)
gliedern. Die generative Fertigung von Werkzeugen (Rapid Tooling) wird, je nach Fall, beiden
Anwendung zugeschrieben. Das Rapid Prototyping lässt sich weiter in die Anwendungen zur
Fertigung von Konzeptmodellen (Concept Modeling) und Funktionsprototypen (Functional
Prototyping) unterteilen [7]. Als Anlehnung an das Verfahren werden die Anlagen auch als
Prototyper bezeichnet. Weitere Details sind der Fachliteratur zu entnehmen.
3.2 Verfahrensgrundlagen
Ziel der Generativen Fertigungsverfahren ist die direkte Umsetzung der 3D-CAD-Daten in ein
physisches Bauteil.
Alle relevanten Verfahren arbeiten nach dem Schichtprinzip, d. h., das mathematische Grundmodell
wird digital in Schichten zerlegt, die dann physikalisch während des Bauprozesses in der Anlage
erzeugt und Schicht für Schicht in der richtigen Reihenfolge aneinandergefügt werden. Es wird
somit eine hohe Flexibilität in der Darstellbarkeit der Modellgeometrie über den Fertigungsprozess
gewährleistet. Dadurch ist es auch möglich Innenstrukturen zu fertigen, die von außen nicht oder
nur sehr schwer zugänglich sind. Abbildung 3 stellt eine allgemeingültige Prozesskette der generativen
Fertigung dar.

3D-CAD
Modell
erzeugen
Konstrukteur
Geometriedaten
Digitales
Modell
Datenaufbereitung
CAD
Software
Auflösung
STL
Datensatz
Abbildung 3: Prinzip der generativen Fertigung
Zerlegen
in
Schichten
Frontend
Software
Virtuelle Ebene Reale Ebene
Prozessparameter
Maschinendaten
Schichtdaten
Maschinendatensatz
erstellen
Frontend
Software
Maschinendatensatz
Fertigung
des
Modells
Prototyper
Material
Stand der Technik
Generiertes
Modell
Material
Nachbereitung
des
Modells
Folgeverfahren,
Anwender
Fertiges Modell
Nachdem das 3D-CAD-Modell digital in Schichten zerlegt wurde, werden die für die Fertigung
notwendigen Steuerungsdaten erzeugt und an den Prototyper übergeben. Anhand dieser Daten wird
das Bauteil Schicht für Schicht von unten nach oben generiert. Abhängig vom eingesetzten Verfahren
ist eine Nachbereitung des Bauteils erforderlich. Da die Modellgeometrie somit aus vielen
einzelnen Schichten aufgebaut wird, handelt es sich eigentlich nicht um ein reines 3D-, sondern um
ein 2½D-Verfahren. Die einzelnen Schichten weisen in der Fertigungsebene (XY-Ebene) eine hohe
Genauigkeit auf, durch die beschriebene Vorgehensweise bilden sich in Aufbaurichtung
(Z-Richtung) jedoch stufige Gebilde. Die Genauigkeit hängt in Aufbaurichtung somit stark mit der
Schichtdicke zusammen und entspricht der Vorgabe umso mehr, je dünner die Schichten ausfallen.
Zudem lassen sich die Datensätze in jeder beliebigen Orientierung im Bauraum der Anlage bauen.
Generative Fertigungsverfahren sind dadurch gekennzeichnet, dass nicht nur die Geometrie, sondern
gleichzeitig auch die Stoffeigenschaften während des Herstellungsprozesses entstehen [7].
Grundvoraussetzung für die Generativen Fertigungsverfahren ist, dass eine geschlossene
3D-Geometrie vorliegt, die in ein STL-Format 1 umgerechnet werden kann. Alle heute auf dem
Markt befindlichen Maschinen können mit dem gleichen (STL-)Datensatz angesteuert werden [7].
�������������������������������������������������
1 STL Surface Tessellation Language
Beschreibung des gesamten äußeren und inneren Flächenverbundes einer Geometrie durch kleine Dreiecke
17

Stand der Technik
3.3 Rapid Prototyping in der Produktentwicklung
Die Produktentwicklung ist im Wesentlichen davon abhängig, schnell und in einer frühen Phase der
Entwicklung die wesentlichen Produkteigenschaften hinreichend absichern zu können. Um diese
Ziele zu erreichen, wenden Unternehmen vermehrt die Rapid Technology zur Unterstützung an. Ein
Produktentwicklungsprozess ist somit durch die Anwendung einer Reihe von methodischen Werkzeugen
gekennzeichnet. Das Rapid Prototyping ist in dieser Reihe zu einem methodischen Werkzeug
geworden, das zur Entwicklung und Fertigung von Produkten herangezogen werden kann.
Im Rahmen der Tendenz, die Entwicklung von Produkten zu beschleunigen und sie zu verbessern,
um den Anforderungen des Marktes zu genügen, den beteiligten Partnern einen optischen und
haptischen Eindruck zu verschaffen und die Realisierung zu erleichtern, haben sich in den vergangenen
Jahren Veränderungen bei der Produktentwicklung eingestellt, die einem Produkt zu einem
größeren Markterfolg verhelfen können [12]. Hierzu zählt neben den 3D-CAD-Systemen die Einführung
des Rapid Prototyping. Generative Verfahren sind seit etwa 1987 in den USA und seit
etwa 1990 in Europa und Deutschland in Form von Rapid-Prototyping-Verfahren bekannt und
haben sich in dieser Zeit von eher als exotisch anzusehenden Modellbauverfahren zu effizienten
Werkzeugen für die Beschleunigung der Produktentstehung gewandelt [6]. Mit dem wirtschaftlichen
Nutzen der Verfahren konnte die geometrische Vielfalt und Komplexität der Teile weiter
optimiert werden.
Virtuelle Modelle ermöglichen es dem Konstrukteur, komplexe Sachverhalte besser zu verdeutlichen,
Lösungen schneller zu finden und Fehler zu vermeiden. Es ermöglicht, das Bauteil bezüglich
seiner Eigenschaften zu betrachten, es zu drehen, es zu wenden, einzufärben und auch zu manipulieren.
Es ermöglicht aber nicht das Anfassen, Belasten, den Ein- oder Ausbauversuch oder sonstige
Tests [6], [3], [12]. An dieser Stelle kommt die Rapid Prototyping Technology zum Einsatz. Mit
dieser neuen Technik kann das Manko der Anschaulichkeit der Konstruktion behoben, eine Steigerung
der Kommunikation zwischen den beteiligten Partnern und Abteilungen, eine Verkürzung der
Entwicklungszeit und eine Vergrößerung der Formfreiheit und Teilekomplexität erreicht werden,
da quasi über Nacht Ideen in ein körperliches Bauteile umgesetzt werden können [8], [12]. Modelle
und Prototypen werden in diesem Rahmen als Hilfsmittel verstanden, die in unterschiedlichsten
Bereichen der Produktentstehung angewandt werden. Sie unterstützen die menschliche Innovationskraft,
liefern die Grundlagen für interdisziplinäre Diskussionen, fördern Entscheidungen bezüglich
der Produktgestalt und Produktfunktionalität und sichern einen fehlerarmen Produktionsablauf.
Die Vorteile physischer Bauteile zeigen sich überall dort, wo die Nähe zum realen Produkt gefragt
ist. Daher sind physische Modelle für die Bewertung der Formgebung und des funktionalen Produktverhaltens
sehr gut geeignet.
Mit der Weiterentwicklung der Verfahren und insbesondere der Materialien wird mehr und mehr
das Feld der direkten Anwendung der Rapid Technology zur Fertigung erschlossen. Rapid
Technology ist damit zum Schlüssel für neue Konstruktionssystematiken und Fertigungsstrategien
geworden, ohne die in einem angemessenen Zeitraum eine Produktentwicklung nicht mehr zu
bewältigen wäre [3], [6]. Flexibilität und Schnelligkeit zeichnen diese Technologie aus. Rapid
Prototyping entspricht dem Kundenwunsch, möglichst seriennahe Bauteile, dem jeweiligen Produktentwicklungsschritt
optimal angepasst, schnell und kostengünstig herzustellen [5].
18

Stand der Technik
Der Einsatz von Rapid-Prototyping-Verfahren unterstützt die „Verzahnung“ von parallel verlaufenden
Arbeitsprozessen. Die Kombination von Rapid Prototyping und Simultaneous Engineering
im Rahmen der Produktentwicklung erweist sich als sehr vorteilhaft [12]. Die schnelle Verfügbarkeit
von Prototypen stellt ein modernes Hilfsmittel dar, welches Lern- und Entscheidungsprozesse
erheblich beschleunigen und vorantreiben kann. Zusammenfassen lassen sich die Potenziale des
Rapid Prototyping in der Produktentwicklung wie folgt:
Zeit- und Kosteneinsparungen durch Prozessparallelisierung, Prozesssubstitution und
geringeren Ressourcenverbrauch,
schnellere Verfügbarkeit von Mustern und Prototypen sowie Fertigteilen,
Wegfall von Vorrichtungen und formgebundenen Werkzeugen,
kurzfristige Einzelstück- und Kleinserienherstellung,
rasche Bereitstellung von Ersatzteilen und Unikaten,
schnelle Realisierbarkeit von individuellen Kundenwünschen,
wirksame Unterstützung von Marketing-Strategien und Kundenkommunikation,
Machbarkeit hochkomplexer Produktstrukturen bei geringen Gestaltungsgrenzen,
durchgängig digitale Produktbeschreibung und Produktherstellung,
Senkung von Abstimmungsfehlern bei verteilter Produktentwicklung.
3.4 Einsatz von Modellen und Prototypen
Ein effizientes Hilfsmittel, das die Produktentwicklung unterstützt, für eine bessere Kommunikation
zwischen den Auftraggebern und den Auftragnehmern sorgt, einen Teil der Fehlermöglichkeiten
bereits im frühen Entwicklungsstadium begrenzt, vermeidbare Kosten verhindert und die Zeit bis
zur Markteinführung deutlich verkürzt, ist der Einsatz von Modellen in der Entwicklung, um den
gewandelten Anforderungen an Produkte und damit an die Produktentwicklung durch neue Produktentwicklungsstrategien
Rechnung zu tragen [4], [12]. Vor allem zu Beginn der Produktentwicklung
kommt Modellen eine besondere Bedeutung zu, da in der Anfangsphase der Produktentstehung
der größte Anteil der Produktionskosten festgelegt wird.
In Abhängigkeit von der Strategie ist es nicht nur wichtig Modelle einzusetzen, sondern auch, zu
entscheiden, wie diese Modelle auszusehen haben bzw. über welche Funktionen und Eigenschaften
diese Modelle verfügen sollen. Für die Wahl des Fertigungsverfahrens mit ausschlaggebend ist
hierbei der Einsatzzeitpunkt der Modelle in der Produktentwicklung.
Zur Beschreibung von Modellen haben sich in der Vergangenheit verschiedene Gruppen durchgesetzt.
Eine einheitliche Sprachregelung der Begriffe Modelle und Prototypen wurde bis in die Mitte
des Jahres 2007 nicht gefunden [9]. Zur Beschreibung von Modellen hatten sich bis dahin zwei
Gruppen etabliert.
19

Stand der Technik
Der Verband der Deutschen Industrie Designer (VDID) hat die unterschiedlichen Modelltypen in
sechs grundlegende allgemeingültige Klassen unterteilt (Tabelle 2) [4], [7], [11].
Modelltypen Beschreibung
Proportionsmodell Überprüfung des ästhetischen Eindrucks im Anwendungsumfeld
Ergonomiemodell Überprüfung der Ergonomie und Teilfunktionen
Designmodell Überprüfung der Konstruktions- und Fertigungsmethoden, entspricht
äußerlich dem (Serien-)Muster
Funktionsmodell Überprüfung einer oder mehrerer Funktionalitäten
Prototyp Überprüfung einer oder mehrerer Produkteigenschaften, Abweichung
vom Serienverfahren
Muster Überprüfung aller Produkteigenschaften, keine Abweichung vom
Serienverfahren
Tabelle 2: Modelldefinitionen nach VDID
Die Unterschiede zwischen den einzelnen Modelltypen sind teilweise sehr gering, sodass nach
einem Vorschlag der NC-Gesellschaft die Modelltypen in vier Modellarten zusammengefasst
worden sind (Tabelle 3) [4].
Modelltypen Beschreibung
Konzeptmodell Überprüfung des ästhetischen Eindruckes und Proportionen
Geomeotrieprototypen Überprüfung der Ergonomie und Geometrie
Funktionsprototypen Überprüfung einer oder mehrere Funktionalitäten
Technische Prototypen Überprüfung des Bauteils in Versuch und Vorserie, Abweichung
vom Serienverfahren
Tabelle 3: Modelldefinition nach NC-Gesellschaft
Bei den Modelldefinitionen nach VDID und NC-Gesellschaft ist jedoch zu beachten, dass der
Begriff Prototyp nicht im Sinne der Generativen Fertigungsverfahren verwendet wird. VDID und
NC-Gesellschaft bezeichnen Produktmodelle als Prototypen, die Serieneigenschaften aufweisen
aber nicht mit dem Serienprodukt identisch sind. Dagegen wird bei den Generativen Fertigungsverfahren
der Begriff Rapid Prototyping für die Herstellung von Modellen verwendet, die keine oder
nur wenige Eigenschaften des späteren Produktes besitzen.
Eine einheitliche Sprachregelung der Begriffe Modelle und Prototypen, speziell für die Generativen
Fertigungsverfahren, ist auch in den im Dezember 2007 erschienenen Entwurf der VDI-Richtlinie
3404, Generative Fertigungsverfahren [28], aufgenommen worden (Tabelle 4) und deckt sich
weitgehend mit der Nomenklatur der NC-Gesellschaft.
Modelltypen Beschreibung
Konzeptmodell Überprüfung des ästhetischen Eindruckes im Anwendungsumfeld
Geometrieprototypen Überprüfung der Geometrie
Funktionsprototypen Überprüfung einer oder mehrerer Funktionalitäten
Technische Prototypen Überprüfung des Bauteils in Versuch und Vorserie, Abweichung
vom Serienverfahren
Produkt Kleinserie, Rapid Manufacturing, individuelle Produkte
Tabelle 4: Modelldefinitionen nach VDI 3404
�
20

Stand der Technik
Die unterschiedlichen Modelldefinitionen lassen sich direkt der Gliederung der Generativen
Fertigungsverfahren zuordnen. Als Bezugspunkt dienen die Produktentwicklungsschritte nach
VDI 2221 [24]. Die Zusammenhänge zeigt die Abbildung 4.
Produktentwicklung
Planung Konzeption Entwicklung Ausarbeitung
Konzeptmodell
Ergonomiemodell
Designmodell
Funktionsmodell
Prototyp
Konzeptmodell
Geometriemodell
Funktionsprototyp
Konzeptmodell
Geometriemodell
Funktionsprototyp
Rapid Prototyping
Produktionsmittelentwicklung
Produktionsmittel- Fertigung/
fertigung Produktion
Muster
Technischer Prototyp
Technischer Prototyp
Rapid Manufacturing
Produkt
Abbildung 4: Zuordnung der Modelldefinitionen zu der Gliederung der Fertigungsverfahren und den Produktentstehungsphasen
nach VDI 2221
Produktentwicklungsschritte
nach VDI 2221
Modelltypen
nach
VDID
Modelltypen
nach
NCG
Modelltypen
nach
VDI 3404
Gliederung
Fertigungsverfahren
Die Abbildung verdeutlicht den Unterschied zwischen den Modelldefinitionen nach VDID und
NC-G gegenüber der nach VDI 3404. Im Sinne der generativen Fertigung für (End-)Produkte
verfügt nur die VDI-Richtlinie 3404 über eine Definition für Kleinserien oder individuelle Produkte.
In Abhängigkeit von dem zu fertigenden Modell liegen die Prioritäten bei der fertigungsgerechten
Gestaltung der Konstruktion jeweils unterschiedlich und müssen berücksichtigt werden. Die Gestaltung
der Modelle ist dementsprechend abhängig vom Modelltyp und nicht für alle gleich. Für den
Anwender ist es daher von großem Interesse, zu wissen, welche Generativen Fertigungsverfahren
zur Herstellung welcher Art von Bauteilen besonders geeignet sind.
Dies ist allgemeingültig kaum zu bewerkstelligen. Eine erste grobe Zuordnung gelingt aber, wenn
man die Korrelation zwischen den generativen Anwendungen und den Phasen der Produktentstehung
nach VDI 2221 herstellt (Abbildung 4). Der Produktentstehung ist das Rapid Prototyping
und der Fertigung das Rapid Manufacturing zuzuordnen. In der Praxis sind die Übergänge zwischen
den Modellvarianten fließend.
21

Stand der Technik
3.5 Einsatzfeld von Rapid-Prototyping-Anlagen
Die verschiedenen Rapid-Prototyping-Systeme stellen differenzierte Anforderungen an den Nutzer
sowohl bezüglich der entstehenden Kosten als auch des Aufwandes zur sicheren Beherrschung des
Systems. Dementsprechend lassen sich Einsatzfelder definieren, für die bestimmte Systeme besonders
geeignet sind. Aus der Sicht des Anwenders ist u. a. von wesentlichem Interesse, wo entsprechende
Maschinen sinnvoll installierbar sind [11].
Der Einsatz von Rapid-Prototyping-Systemen als Drucker für dreidimensionale Objekte direkt im
Büro erfordert spezielle Eigenschaften dieser Technologien. Dazu zählen u. a. die geringen Investitionskosten,
der geringer Aufwand bei der Installation und Nutzung, die standardisierten Schnittstellen
mit Rechnern, das einfache Handling und die geringen Nutzungskosten (Materialkosten und
Maschinenstundensatz). Mit der Erfüllung dieser Anforderungen sind bestimmte Einschränkungen
vor allem bezüglich der verwendbaren Werkstoffe und der erreichbaren Werkstückqualität verbunden,
dies gilt es, im Betrieb zu berücksichtigen. In diesen Bereich fallen speziell die Rapid-
Prototyping-Anlagen, die nach dem Fused Deposition Modeling arbeiten [11]. Der Einsatzschwerpunkt
solcher Anlagen verlagert sich daher mehr in Richtung von Konstruktions- und Entwicklungsbüros.
Die genannten Eigenschaften waren ausschlaggebend für die Wahl der Anlage an der
Hochschule Bremen. Der Einsatz der mit diesen Systemen erzeugten Modelle ist sehr schnell
möglich. Entsprechende Software gestattet den Betrieb dieser Systeme analog zu herkömmlichen
Druckern. Weiterhin zeichnen sie sich durch eine sehr kompakte Bauform aus. Außerdem verursachen
die Systeme nur eine sehr geringe Belastung der Umgebung durch Abgase, Wärme oder
Lärm. Durch den Wegfall teuerer Systeme zur Realisierung der generativen Fertigung und die
(nahezu) ausschließliche Nutzung von Wärmeenergie sind die verarbeitbaren Werkstoffe begrenzt.
Der im Vergleich zu anderen Rapid-Prototyping-Anlagen technisch einfach gestaltete Aufwand
verringert neben den Anschaffungs- auch die Unterhaltungskosten wesentlich. Ihre Belastbarkeit ist
für die in der Produktentwicklung üblichen Untersuchungen nicht immer ausreichend. Es kann
dementsprechend oft nur die Konstruktion des rechnerinternen Datenmodells durch physische
Objekte, also des Konzeptes einer Entwicklung anhand dieser Prototypen erfolgen. Aufgrund dieser
Systemeigenschaften sind auch die Bezeichnungen Office- bzw. Konzeptmodeler gebräuchlich
[11].
Firmen, Forschungseinrichtung oder auch Bildungseinrichtungen, die bereits mit solchen Druckern
im Büro arbeiten, haben einen entscheidenden Vorteil: Von der ersten Idee bis zum fertigen Bauteil
wird im Vergleich zur herkömmlichen Fertigung deutlich weniger Zeit benötigt. Die Anwender
profitieren von sehr kurzen und schnellen Wegen und sind dabei nicht abhängig von externen
Dienstleistern. Wiederum besteht die Möglichkeit, durch solche Officemodeler als externe oder
interne Dienstleister zu fungieren. Besonders für Bildungseinrichtungen stellt dies neben der Nutzung
für die Ausbildung eine interessante Alternative dar. Die Systeme benötigen weniger Platz
und können in unmittelbarer Nähe zum Arbeitsplatz aufgestellt werden. Einem Kunden, intern wie
extern, können somit nach kürzester Zeit Ideen extrem realitätsnah präsentiert werden [3].
22

4. Fused Deposition Modeling
Fused Deposition Modeling
Bei dem eingesetzten Generativen Fertigungsverfahren handelt es sich um ein Verfahren der Firma
Stratasys das nach dem Extrusionsverfahren (auch als Fused Layer Modeling bezeichnet, Kurzform:
FLM) arbeitet. Es basiert auf dem von der Firma Stratasys entwickelten Fused Deposition
Modeling (Kurzform: FDM). Es wird intern auch als 3D-Printing bezeichnet und unter dem Label
Dimension vermarktet. Mit extrudierenden Verfahren können relativ große Volumen in relativ
kurzer Zeit aufgebracht werden. Dabei sind die entsprechenden Strukturen massiv. Zudem ist die
technische Umsetzung relativ einfach.
4.1 Verfahrensablauf
Grundlage für die Fertigung eines Produktes, bzw. Modells mit dem Fused Deposition Modeling
sind 3D-Datensätze im STL-Format, die an eine spezielle Fertigungssoftware übergeben werden.
Mittels dieser speziellen, zum System zugehörigen Fertigungssoftware wird das zu erstellende
Modell für den Bauprozess vorbereitet. Es werden die Datensätze skaliert, ausgerichtet und automatisch
in Scheiben einer definierten Dicke geschnitten. Weiterhin werden die Stützen berechnet –
sofern notwendig – sowie die Fixierung der Bauteile auf der Bauplattform. Außerdem berechnet die
Software den Verfahrweg der Materialdüsen und erzeugt die Daten für die Maschinensteuerung.
Das Prinzip der Anlage (Abbildung 5) besteht darin, dass ein in Drahtform vorliegender Kunststoff
dem Extrusionskopf zugeführt, verflüssigt und in präzisen, dünnen Schichten spurweise auf der
Bauplattform bzw. die zuvor erzeugte Schicht in einem beheizten Bauraum durch eine Düse extrudiert
wird.
Antrieb
Düsen
Bauteil
Stütze
Fixierung
Bauplattform
Plattformträger
Materialrollen
Z-Richtung
XY Ebene
Abbildung 5: Schematische Darstellung des Fused Deposition Modeling
Außenkontur
Materialspuren
Y
X
Schraffur im Innenbereich
Die notwendige Verbindung zwischen dem extrudierten, heißen Material und dem bereits fertiggestellten
Teil des Bauteils erfolgt nur, wenn das Material aufgequetscht wird, das heißt, dass der in
der Düse noch kreisrunde Querschnitt zu einer Ellipse wird. Durch das noch heiße Material wird
23

Fused Deposition Modeling
die vorangegangene Materialschicht angeschmolzen und so eine Verbindung erzeugt. Durch die
Wärmeübertragung an das teilfertige Modell bzw. an die Bauplattform und den Bauraum kühlt das
Material ab und verfestigt sich zu einem Teil. Nachdem eine Lage fertiggestellt ist, wird die Bauplattform
um eine Schichtdicke abgesenkt (Z-Richtung) und die nächste Materiallage aufgetragen.
Es folgt ein sich wiederholender Prozess aus den Prozessschritten Material auftragen und Absenken
der Bauplattform, bis das Bauteil vollständig aufgebaut ist. Die Fixierung und Abstützung der
Bauteile auf der Bauplattform werden mit einem separaten, vom Modellmaterial unabhängigen
Stützmaterial aufgebaut. Sobald die letzte Schicht aufgetragen ist, kann das Bauteil inklusive
Bauplattform aus dem Bauraum entnommen werden. Nach der Entfernung der Stützen und der
Fixierung sind die generierten Bauteile sofort verwendbar und müssen nicht weiter nachbehandelt
werden.
4.2 Anlagentechnik
Verwendet wird der 3D-Printer Dimension SST 768. SST steht dabei für Soluble Support
Technology. Dies bedeutet, dass sich verbautes Stützmaterial mit Seifenlauge als
Reinigungs- und Lösungsmittel in einer speziellen Reinigungsstation auswaschen läßt.
Die Maschinenbezeichnung 768 entspricht dem Bauraumvolumen in Inch. Darin können
je nach Bedarf mehrere Modelle nebeneinander gebaut werden. Der Kern der Anlage
ist die Prozesskammer, die in Abbildung 6 dargestellt ist. Die Anlage zeichnet sich besonders
durch ihre einfache Handhabung aus.
24
Materialkassetten
Abbildung 6: Prozesskammer der Dimension SST 768
Führungen und Antrieb für
Bewegung des Extrusionskopfes
in XY-Ebene
Extrusionskopf mit Düsen
Führungen und Antrieb für
Bewegung des Plattformträgers
in Z-Richtung
Plattformträger
Arretierung für Bauplattform
(Bauplattform nicht eingesetzt)
Vor dem Start ist es lediglich notwendig, eine leere Bauplattform auf dem Plattformträger zu
arretieren und eventuell das Material zu wechseln. Der Betrieb und der Materialwechsel sind auf
unproblematische Art und Weise möglich. Der verwendete Kunststoffdraht liegt aufgespult in
handlichen Kassetten vor. Nach dem Einlegen in die Anlage fädelt sich der Draht automatisch ein
und wird dem Extrusionskopf zugeführt. Dieser wird kontinuierlich elektrisch auf eine über dem

Fused Deposition Modeling
Schmelzpunkt des Kunststoffs liegende Temperatur beheizt und ist über einen Riemenantrieb in der
Fertigungsebene für die Spurablage frei verfahrbar. Um nachfolgenden Schichten aufzubringen, ist
die Bauplattform in Z-Richtung verfahrbar.
Die Anlage bedarf weder gefährlicher Materialien und Techniken noch Investitionen in Raumbelüftung
und -klimatisierung. Sie ist speziell als Tischmodell konzipiert worden. Ohne Spezialisten
beschäftigen zu müssen und durch ihre kompakte Bauart ist die Anlage daher ideal geeignet, um in
einer Büroumgebung betrieben zu werden. Der Anwendungsbereich der Anlage liegt hauptsächlich
bei Konzeptmodellen (siehe Kapitel 3.4). Im Rahmen der studentischen Ausbildung wird die
Anlage auch für einfache Funktionsmodelle verwendet.
Eine Übersicht über technische und allgemeine Daten zur verwendeten Anlage sind der Tabelle 5
zu entnehmen.
Technische Daten und Informationen
Maschinen-Bezeichnung/-Typ Dimension SST 768
Hersteller Stratasys
Breite/Tiefe/Höhe 0,69 m/0,91 m/1,04 m
Gewicht 136 kg
Elektrischer Anschluss 230 V/7 A
Leistungsaufnahme 1,5 kW
Art des konturierenden Elements Extruder
XY-Konturgenerierung Riementrieb XY
Bauraum max. Breite/Tiefe/Höhe 203 mm/203 mm/305 mm
Schichtdicke 0,254 mm/0,3302 mm
Spurbreite 0,506 mm
Bauraumtemperatur ca. 70° C
Druckkopftemperatur ca. 230° C
Genauigkeit ± 0,3 mm in Fertigungsebene,
± 1 Schicht in Fertigungsrichtung
Modellart Konzeptmodelle, Funktionsmodelle
Baumodi Vollbaumodus (Solid),
Leichtbaumodus (Sparse)
Baumaterial ABS-P400
Zusätzliche Stützen ja
Entfernung Stützen Automatisch, wasserlöslich
Orientierung Im Bauraum beliebig
Schnittstellenformat STL
Einheit Datensatz mm, inch (skalierbar)
EDV-System Workstation
Betriebssystem Windows 2000/XP/NT
Software Catalyst EX
Tabelle 5: Technische Daten und Informationen zur Anlage
Die größten Einschränkungen, die es zu berücksichtigen gilt, sind die beschriebene Spurbreite und
Spurdicke. Konturen kleiner als diese Spurabmessungen können nicht dargestellt werden. Hieraus
resultiert auch eine deutlich sichtbare Stufung geneigter Flächen mit entsprechend rauhen Oberflächen!
25

Fused Deposition Modeling
4.3 Werkstoff
Als Standardmaterial steht der Kunststoff Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) zur Verfügung. Die
Materialzufuhr erfolgt automatisch über zwei frei zugängige Materialkassetten mit je 950 cm³
Bauteil- und Stützmaterial in Drahtform. Das Modellmaterial wird nur für das Model verwendet,
während das Stützmaterial für die Fixierung des Bauteils auf der Bauplattform und zur Abstützung
von frei schwebenden Bauteilbereichen eingesetzt wird. Dieses unterscheidet sich bezüglich seiner
Festigkeitseigenschaften und seiner Farbe vom Modellmaterial. Es geht mit dem Bauteil keine
Verbindung ein. Dadurch lassen sich Modelle mit komplexer Geometrie, mit sich durchdringenden
Strukturen oder auch beweglichen Innenteilen herstellen. Da eine Verbindung des fertigen Bauteils
mit der Bauplattform nur über das spröde Stützmaterial besteht, können die Bauteile mit geringem
Kraftaufwand von Hand von der Bauplattform entfernt werden. Restliches Stützmaterial kann in
der zugehörigen Reinigungsstation aufgelöst werden. Bei dem Baumaterial handelt es sich um
einen haltbaren Thermoplast in den Farben Weiss, Blau, Gelb, Stahlgrau, Rot oder Grün. Auch
individuelle Farben sind lieferbar. Die Stoffeigenschaften sind der Tabelle 6 zu entnehmen.
26
Bauteileigenschaften ASB P400
Zugfestigkeit 23 N/mm² nach DIN EN ISO 527
Elastizitätsmodul 1823 N/mm2 nach DIN EN ISO 178
Dehnung 6,5 % nach DIN EN ISO 527
Spezifische Dichte 0,96 g/cm³ nach DIN 53479
Kugeldruckhärte 42,2 N/mm² nach DIN ISO 2093
Zugfestigkeit nach 14-tägiger Alterung in
Benzin
Destilliertem Wasser
Lösungsmittel
19 N/mm²
23 N/mm²
23 N/mm²
nach DIN EN ISO 4892
nach DIN EN ISO 4892
nach DIN EN ISO 4892
Formbeständigkeit in der Wärme 85° C nach DIN 53462
Tabelle 6: Stoffeigenschaften Modellmaterial
Es ist anzumerken, dass sich die mechanischen Eigenschaften des generierten Bauteils von denen
des Ausgangsmaterials unterscheiden. Abhängig von der Belastungsrichtung und dem verwendeten
Baumodus variiert die Zugfestigkeit stark (siehe Kapitel 7.3).

Aktueller Stand der fertigungsgerechten Gestaltung von Rapid-Prototyping-Bauteilen
5. Aktueller Stand der fertigungsgerechten Gestaltung von
Rapid-Prototyping-Bauteilen
Um Modelle in den verschiedenen Phasen der Produktentwicklung einzusetzen und damit die
Vorteile der neuen Techniken nutzen zu können, bedarf es eines breiten Wissens um die verschiedenen
Rapid-Prototyping-Verfahren und deren Einsatzmöglichkeiten. Bei der generativen Fertigung
physischer Bauteile setzen das Verfahrensprinzip und die verwendeten Materialien enge
Grenzen hinsichtlich der geometrischen und stofflichen Eigenschaften. Erarbeitetes Wissen um
diese Grenzen wird nicht nutzbringend angewandt, weil es für viele Anwender nicht oder nicht in
geeigneter Form verfügbar ist. Diese Tatsache betrifft im besonderen Maße sowohl Konstrukteure
als auch Anwender. Derzeit existieren nur vier verschiedene Quellen für dokumentierte Restriktionen:
Gebhardt, A. [7]:
Generative Fertigungsverfahren: Rapid Prototyping, Rapid Tooling, Rapid Manufacturing
Carl Hanser Verlag, München, 3. Auflage 2007,
ISBN 978-3-446-22666-1,
Zäh, M. F. [29]:
Wirtschaftliche Fertigung mit Rapid-Technologien: Anwender-Leitfaden zur Auswahl
geeigneter Verfahren
Carl Hanser Verlag, München, 1. Auflage, 2006,
ISBN 3-446-22854-3,
Trenke, D. [23]:
Konstruktionsregeln für eine Rapid Tooling gerechte Gestaltung von Werkzeugen und
Prototypen
Mitteilung aus dem Institut für Maschinenwesen der Technischen Universität Clausthal,
2000
ISSN 0947-2274,
Rüschenschmidt, M.; Hoppe, C. [21]:
Spaltmaßuntersuchung für die montagelose Herstellung von beweglichen Baugruppen
mit Hilfe des Rapid Prototyping Verfahrens Fused Deposition Modeling
Nicht veröffentlichte Studienarbeit der Hochschule Bremen, 2007.
In [7] erfolgt eine allgemeine, zusammenfassende Betrachtung der theoretischen Potenziale der
Generativen Fertigungsverfahren auf der Basis grundlegender physikalischer Vorgänge. Diskutiert
werden die begrenzenden Faktoren bezüglich der Hauptpunkte Werkstoffe, Bauteileigenschaften,
Details, Genauigkeit, Oberflächengüte und Entwicklungspotenzial. Einbezogen werden die industriell
wichtigsten generativen Verfahren. Es gleicht jedoch mehr einer Gegenüberstellung einzelner
Verfahrenseigenschaften als eine Darstellung von Gestaltungsmerkmalen.
In [29] erfolgt eine etwas strukturiertere Darstellung von Restriktionen und deren Konsequenzen
für die Konstruktion von Bauteilen mit Rapid Technology, die in Tabelle 7 wiedergegeben wird.
27

Aktueller Stand der fertigungsgerechten Gestaltung von Rapid-Prototyping-Bauteilen
Auch in diesem Fall handelt es sich lediglich um eine Zusammenfassung allgemeiner Restriktionen
für Generativen Fertigungsverfahren.
Anforderungen/Restriktionen Konsequenz für die Konstruktion
Stufeneffekt (Oberflächenqualität) Spitzwinklige Ebenen zur Bauplattform vermeiden,
Bohrungen und Rundungen immer in
Baurichtung legen, Bauteillage im Bauraum
beachten
Schichtdicke (Oberflächenqualität) Hohe Oberflächenqualität nicht fordern, wo diese
nicht notwendig ist
Nacharbeit von Funktionsflächen Zugänglichkeit ermöglichen, Anforderungen des
Nacharbeitungsverfahrens beachten, Aufmaß
einplanen, Fixpunkte zur Nacharbeit vorsehen
Abgeschlossenen Hohlräume Zugänglichkeit zum Entfernen des nicht verfestigten
Materials in Hohlräumen gewährleisten
Stützkonstruktion Zugänglichkeit zum Entfernen der Stützkonstruktionen
vorsehen, bei Pulver verarbeitenden
Verfahren Position im Bauraum beachten und
Überhänge vermeiden
Infiltration bei Zweiprozessverfahren Nacharbeit des überschüssigen Materials nach
der Infiltration ermöglichen
Schwimmende Schichten Abstützung an Bauplattformen oder an bereits
verfestigten Bauteilbereichen
28
Verzug von großen horizontal liegenden
Schichten
Anordnung des Bauteils im Bauraum um ca. 4°
gegenüber der Horizontalen wählen (Achtung:
Treppenstufeneffekt wird größer, Verzug aberkleiner)
Späteren Kraftfluss des eingesetzten Bauteiles
schon bei der Planung beachten
Oberflächen mit hohen Qualitätsanforderungen
sollten nach oben orientiert gebaut werden
Festigkeitswerte richtungsunabhängig (in XY-
Ebene am höchsten)
Oberflächenqualität von Down Facing Areas
(im Bauraum nach unten gerichtete Flächen)
schlechter
Tabelle 7: Eigenschaften und Restriktionen von Rapid Technology und deren Konsequenzen für die Konstruktion von
Bauteilen nach [29]
In [23] erfolgt die bisher einzige umfangreichere Darstellung von Konstruktionsregel für eine
generative Fertigung. Die Konstruktionsregeln wurden speziell für eine Rapid-Tooling-gerechte
Gestaltung von Werkzeugen und Prototypen erstellt, die mit dem direkten Metall Lasersintern
generiert werden. Beim diesem Verfahren werden zu einem Pulverbett dicht nebeneinandergepackte
Metallkörner von typischerweise 50 bzw. 100 µm Durchmesser mithilfe eines Laserstrahls
örtlich aufgeschmolzen, dann erstarren sie durch Abkühlung infolge von Wärmeleitung und verbinden
sich zu einer festen Schicht. Durch Absenken dieser Schicht und erneutes Beschichten mit
Pulver wird in Analogie zur ersten die zweite Schicht verfestigt und mit der ersten verbunden [4].
Die Konstruktionsregeln sind in Anhang 11.1 aufgeführt. Sie machen deutlich, dass für ein optimales
Ergebnis ein umfangreiches Wissen über das einzusetzende Fertigungsverfahren notwendig ist.
In [21] – nicht veröffentlichte Studienarbeit der Hochschule Bremen – erfolgt die Darstellung einer
Konstruktionsrichtlinie zum Generieren von Baugruppen ohne spätere Montage.
Die Einzelrichtlinie wurde speziell für das Verfahren Fused Deposition Modeling entwickelt. Die
Konstruktionsregeln sind im Anhang 11.2 aufgeführt.

Aktueller Stand der fertigungsgerechten Gestaltung von Rapid-Prototyping-Bauteilen
Die Tatsache, dass aus den vier verschiedenen Quellen für Restriktionen nur aus einer einzigen eine
etwas ausführlichere Konstruktionsrichtlinie und aus einer anderen nur einzelne Richtlinien für
Spaltmaße hervorgehen, bestätigt den Mangel an systematisch aufbereiteten Informationen für
Anwender von generativen Fertigungsverfahren und Konstrukteuren. Zudem verfügt keine der
beiden Konstruktionsrichtlinien über einen klar gegliederten Aufbau gemäß VDI-Richtlinien. Der
Mangel an systematisch aufbereiteten Informationen liegt auch wesentlich in dem enormen Arbeitsaufwand
begründet, der damit verbunden ist. Der Arbeitsaufwand steigt mit der Komplexität
der zu untersuchenden Rapid-Prototyping-Anlage. Während beim Fused Deposition Modeling nur
eine Art von Kunststoff verwendet wird, existieren Anlagen und Verfahren, die eine Vielzahl von
unterschiedlichen Materialien verarbeiten können. Weiterhin spielen die Möglichkeiten der Einflussnahme
auf den Fertigungsprozess eine entscheidende Rolle. Der Arbeitsaufwand steigt also
mit der Anzahl der verarbeitbaren Materialien und mit der Anzahl der variablen Prozessparameter
stark an. Das Verhältnis von Nutzen zum Aufwand spielt ebenfalls eine wichtige Rolle. Es rechnet
sich nicht, auf einer breiten Ebene Konstruktionsregeln für ein Verfahren zu entwickeln, das ein
reines Nischenprodukt ist bzw. dessen Technologie bereits morgen durch eine neue ersetzt wird.
29

Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung
6. Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung
Angesichts der großen Bedeutung einer rechtzeitigen Entwicklung marktfähiger Produkte ist ein
Vorgehen zur Entwicklung guter Lösungen nötig, welches planbar, flexibel, optimierbar und nachprüfbar
ist. Ein solches Vorgehen ist nur realisierbar, wenn Konstrukteure über das notwendige
Fachwissen hinaus methodisch-systematisch arbeiten können und eine solche Arbeitsmethodik
verlangt bzw. durch organisatorische Maßnahmen unterstützt wird [19]. Es kommt darauf an, die
individuellen Fähigkeiten des Konstrukteurs durch Anleitung und Hilfestellung zu fördern. Wenn
man auf der Suche nach geeigneten, methodischen Vorgehensweisen ist, stößt man unweigerlich
auf die VDI-Richtlinien.
Im Folgenden wird diesem Kapitel daher die VDI-Richtlinie 2221 ff. [24] zugrunde gelegt. Dort
wird die Produktentwicklung in verschiedene unterschiedliche Teilschritte zerlegt und definiert.
6.1 Entwicklungs- und Konstruktionsprozess
Der Entwicklungs- und Konstruktionsprozess ist für den gesamte Produktentstehungs- und Produktnutzungsprozess
von zentraler Bedeutung. In diesem Bereich werden die Ergebnisse und
Erfahrungen der vor- und nachgeschalteten Phasen für die laufenden oder für spätere Produktentwicklungen
umgesetzt, d. h. eine erfolgreiche Produktentwicklung hängt stark von den Informationsflüssen
zum und vom Umfeld ab [24].
Nachfolgend werden die heutigen Konstruktionsmethoden aufgeführt. Alle wesentlichen Zusammenhänge
für die Methodik zum Entwickeln und Konstruieren sind mit den VDI-Richtlinien 2221
[24] und 2222 [25] erarbeitet worden. In Abbildung 7 ist das Aufgabegerüst der VDI-Richtlinien
für diesen Bereich dargestellt.
30
Produktplanung
Aufgabenstellung
Entwicklung
Konstruktion
verwendete Richtlinien
VDI 2221
Abbildung 7: VDI-Richtliniengerüst nach VDI 2222 Blatt 1
VDI 2220
Produktplanung
VDI 2222 Bl.1
Methodisches Entwickeln
von Lösungsprinzipien
VDI 2223
Methodisches Gestalten
VDI 2201 Bl. 1/2
VDI 2202
VDI 2212
VDI 2213
VDI 2222 Bl.2
VDI 2224
VDI 2225
VDI 2229
VDI 2232
VDI 2235
VDI 2242 Bl. 1/2
VDI/VDE 2422
usw.
Die VDI-Richtlinie 2221 [24] schlägt ein allgemeingültiges Vorgehen zum Entwickeln und Konstruieren
technischer Produkte vor. Der branchenunabhängige Vorgehensplan sieht im Zuge der

Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung
Produktentwicklung sieben grundlegende Arbeitsschritte vor, die sich in vier verschiedenen Hauptphasen
gliedern. Der Ablauf aller Tätigkeiten wird in Abbildung 8 dargestellt.
Schrittweises Arbeiten mit Wiederholung für Verbesserung
Aufgabe
Klären und präzisieren
der Aufgabenstellung
Ermitteln von Funktionen
und deren Strukturen
Suche nach Lösungsprinzipien
und deren Strukturen
Gliederung in
realisierbare Module
Gestaltung der
maßgebenden Module
Gestaltung des
gesamten Produkts
Ausarbeitung der Ausführungsund
Nutzungsangaben
Konstruktive Lösung
Anforderungsliste
Funktionsstruktur
Prinzipielle Lösung
Modulare Strukturen
Vorentwurf
Gesamtentwurf
Produktdokumentation
Abbildung 8: Generelles Vorgehen beim Entwickeln und Konstruieren nach VDI 2221
Arbeitsergebnisse Konstruktionsphasen
Die neue VDI-Richtlinie 2222 Blatt 1, Methodik zum Entwickeln und Konstruieren technischer
Systeme und Produkte [25], stellt eine Vertiefung der übergeordneten Richtlinie dar. Sie behandelt
die Arbeitsschritte 1 bis 3, während die VDI-Richtlinie 2223, Methodisches Entwerfen technischer
Produkte [27], die Arbeitsschritte 4 bis 7 behandelt. Die VDI-Richtlinie 2222 Blatt 2, Erstellung
und Anwendung von Konstruktionskatalogen [26], befasst sich speziell mit einer Anleitung zur
Erstellung von Konstruktionskatalogen.
Der Entwicklungs- und Konstruktionsprozess ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl
unterschiedlicher Problemstellungen gelöst werden muss. Daher ist eine Schablonisierung der
Entwicklung neuer technischer Produkte nicht möglich bzw. sinnvoll. Es ist eine enge Zusammenarbeit
mit den angrenzenden Abteilungen notwendig. Eine angestrebte Optimierung von Konstruktionslösungen
kann mit Sicherheit nur durch planvolles Vorgehen gemäß Abbildung 8 erreicht
werden. Schwierig wird die Situation, wenn der Konstrukteur die zu lösenden Probleme nicht sofort
erkennt, sondern unsystematisch versucht, Lösungen durch Intuition zu erzwingen [24].
1
2
3
4
5
6
7
Erfüllung und Anpassung der Anforderungsliste
Ausarbeiten Entwerfen Konzipieren Planen
1
2
3
4
31

Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung
Konstruktionsprozesse lassen sich gemäß VDI-Richtlinie 2221 [24] vier verschiedenen Phasen
zuordnen:
32
Die erste Phase umfasst das Klären der Aufgabenstellung und damit alle Tätigkeiten der
informativen Festlegung.
Die zweite Phase umfasst die Konzeptentwicklung, d. h. die prinzipielle Festlegung.
In der dritten Phase wird die eigentliche Entwurfsarbeit durchgeführt. Hierbei geht es
um die gestalterische Festlegung. Dieser Teil im Bezug auf das Rapid Prototyping ist
Gegenstand dieser Arbeit (Abbildung 8).
Die vierte Phase umfasst alle Tätigkeiten zur herstellungstechnischen Festlegung eines
Erzeugnisses.
Für den Lösungsprozess besteht ein großer Informationsbedarf und es erfolgt eine ständige Informationsverarbeitung.
Die Informationsbeschaffung ist ebenso wie die Bereitstellung, Handhabung
und Verarbeitung von Informationen eine indirekte Konstruktionstätigkeit, die aber bei den vielfältigen
Informationsquellen von Konstrukteuren intensiv genutzt werden muss. Jeder Konstrukteur
muss alle für seine Tätigkeiten wichtige Informationen in aktueller Form verfügbar haben. Er muss
seine Erfahrungen auch schnell und direkt anderen mitteilen. Der Konstrukteur hat eine Holschuld
bei der Informationsbeschaffung und eine Bringschuld bei der Informationsweitergabe [2]. Wichtige
Informationsquellen für die Konstruktion bzw. die Entwurfsarbeit sind nach [2], [12], [19]:
Kataloge (Produktkataloge, Konstruktionskataloge),
Normen und Richtlinien (z. B. VDI),
Konstruktionsrichtlinien (Erfahrungswerte der Betriebe),
Fachzeitschriften (Universitätsmitteilungen, Forschungsberichte),
experimentelle Untersuchungen (Messungen, Modellversuche),
Firmenunterlagen (Vorschriften, Kundenwünsche, Prüfberichte).
Kataloge sind systematische Aufbereitungen von bewährten Informationen für die Konstruktion.
Insbesondere Konstruktionskataloge werden als Hilfsmittel zum systematischen Entwickeln von
neuen Lösungen und zur schnellen Wiederverwendung bekannter Elemente aufgestellt. Normen
sind technische Regelwerke, die den Stand der Technik enthalten und damit als bewährte Lösung
für eine Standardisierung dem Konstrukteur bekannt sein müssen. Konstruktionsrichtlinien, technische
Anweisungen oder ähnlich bezeichnete Vorschriften in Unternehmen enthalten Vorgaben und
Erfahrungswerte zum Auslegen oder zum Lösen von konstruktiven Aufgaben. Fachzeitschriften
dienen dazu, sich einen Überblick über den aktuellen Stand der Technik zu verschaffen. Experimentelle
Untersuchungen unterstützen den Konstrukteur bei der Beschaffung von Informationen,
die zu diesem Zeitpunkt anderweitig nicht zur freien Verfügung stehen. Firmenunterlagen stellen
eine Sammlung interner Vorschriften, Kundenreklamationen, Kundenwünsche und des Fachwissens
zuständiger Abteilungen dar.
Kataloge und Konstruktionsrichtlinien sind inzwischen sehr umfangreich in der Literatur veröffentlicht
worden und unterstützen insbesondere durch ihre eindeutige Gliederung und einheitliche
Darstellung das systematische Erarbeiten von Lösungsalternativen. Abbildung 9 zeigt schematisch
die Einsatzmöglichkeiten von Katalogen und Checklisten beim Entwickeln bezogen auf den Vorgehensplan
nach Abbildung 8 [26].

Checkliste zum Entwerfen
von Baugruppen
Kataloge der geometrischen
Eigenschaften von Körpern
Werkstoffkataloge
Kataloge für die fertigungsgerechte
Gestaltung
Kataloge für
Fertigungsverfahren
Abbildung 9: Kataloge für das Entwerfen nach VDI 2222 Blatt 2
Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung
Entwerfen
Erstellen eines maßstäblichen Entwurfs
Technisch-wirtschaftliches Bewerten des Entwurfs
(Ausmerzen der Schwachstellen)
Erstellen eines verbesserten Entwurfs
(Auswählen der Gestaltungszonen)
Optimieren der Gestaltzonen
Festlegung des bereinigten Entwurfs
Entscheiden
Sowohl Kataloge für die fertigungsgerechte Gestaltung als auch für die Fertigungsverfahren sind
ein wichtiger Bestandteil des Entwurfprozesses. Ohne entsprechende Katalogen bzw. deren Anwendung
ist kein optimales Gestalten möglich. Dies wird durch die VDI-Richtlinie deutlich.
6.2 Grundlagen bei der Erstellung von Konstruktionskatalogen
Es soll in diesem Abschnitt die sinnvolle Gestaltung und die rationelle Erstellung von Katalogen
für das methodische Konstruieren beschrieben werden. Einige bereits verfügbare Konstruktionskataloge
sollen beispielhaft dargestellt werden. Die dargestellten Erkenntnisse spiegeln die VDI-
Richtlinie 2222 Blatt 2, Erstellung und Anwendung von Konstruktionskatalogen [26], wider.
Kataloge bieten sich besonders zur besseren Ausschöpfung bekannten Wissens und damit für eine
bessere Konstruktion als geeignetes Hilfsmittel an. Viel erarbeitetes Wissen wird nicht nutzbringend
angewandt, weil es für viele Anwender nicht oder nicht in geeigneter Form verfügbar ist.
Diese Tatsache betrifft in besonderem Maße die Konstrukteure als Anwender. Kataloge, die einen
schnellen Zugriff zu den von Konstrukteuren benötigten Informationen gewährleisten, könne daher
eine große Hilfe bei der Rationalisierung im Konstruktionsbüro sein. Dies gilt umso mehr, weil die
im Folgenden vorgestellten Kataloge nach konstruktionsmethodischen Gesichtspunkten organisiert
sind und damit den konstruktiven Lösungsprozess selbst positiv beeinflussen können. Grundsätzlich
sind Kataloge kein neues Hilfsmittel für den Konstrukteur. Wälzlagerkataloge, Tabellen in
Handbüchern, Normblätter oder Wiederholteilkataloge dienen ständig als Arbeitsunterlagen. Nicht
alle diese Kataloge sind aber in hinreichender Form auf die Bedürfnisse des Konstrukteurs zugeschnitten.
So bleiben meist Wünsche bezüglich schnellen und gezielten Zugriffes sowie umfassender,
aber dennoch übersichtlicher Informationen und der Berücksichtigung konstruktionsmethodischer
Gesichtspunkte unerfüllt.
33

Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung
Für das Anwenden von Konstruktionskatalogen lassen sich daher folgende Anforderungen zusammenstellen:
34
Schneller Zugriff auf Informationen,
bequeme Handhabung,
Anpassung an den Konstruktionsablauf unter Berücksichtigung konstruktionsmethodischer
Begriffe und Verfahren,
Vollständigkeit im Rahmen gesetzter Grenzen,
Gültigkeit für einen möglichst großen Benutzerkreis,
Erweiterungsfähigkeit,
Beständigkeit im System aber Änderbarkeit im Detail,
Widerspruchsfreiheit in sich und untereinander,
Erkennbarkeit der Zusammenhänge, nach denen der Aufbau erfolgt.
Kataloge werden als Informationsspeicher gebraucht. Es lassen sich drei wichtige Arten unterscheiden,
die zusammengefasst unter dem Oberbegriff „Konstruktionskataloge“ bezeichnet werden:
Objektkatalog,
Lösungskatalog und
Operationskatalog.
Diese Kataloge werden nach [26] wie folgt definiert und beschrieben: Konstruktionskataloge sind
Informationsspeicher, die hinsichtlich ihrer Inhalte, ihrer Zugriffsmöglichkeiten und ihres Aufbaus
auf das methodische Konstruieren zugeschnitten sind. Ihre besonderen Kennzeichen sind weitgehende
Vollständigkeit, klare Gliederung (Systematik) und Existenz von Zugriffsmerkmalen.
Objektkataloge sind Konstruktionskataloge, die aufgabenunabhängig die für das Konstruieren
notwendigen grundlegenden allgemeinen Sachverhalte, insbesondere physikalischer, geometrischer,
technologischer und stoffkundlicher Natur, enthalten. Dazu zählen z. B. Oberflächen und
Volumina wichtiger Körper, Schwerpunktlagen, Trägheitsmomente, physikalische und technologische
Eigenschaften von Werkstoffen, Lieferformen von Profilen und physikalische Effekte. Objektkataloge
speichern demnach Wissen, das der Konstrukteur benötigt, das aber nicht spezifisch
ganz bestimmten Funktionen oder Produkten zugeordnet ist.
Lösungskataloge sind Konstruktionskataloge, die bestimmte Funktionen oder Aufgaben, ggf.
ergänzt durch Randbedingungen, Lösungen zuordnen. Es werden einem bestimmten Zweck verschiedene
Mittel zugeordnet. Lösungskataloge enthalten eine möglichst umfassende Sammlung von
Lösungen für eine bestimmte Funktion, z. B. verschiedene Blockschaltbilder für Funktionen wie
„Druck regeln“ oder „mechanische Leistung messen“. Je konkreter dabei die Lösungen für einzelne
Funktionen sind, umso weniger ist es möglich, eine Vollständigkeit der Sammlung zu erreichen.
Operationskataloge sind Konstruktionskataloge, die Operationen (Verfahrensschritte) oder Operationsfolgen
(Verfahren), die im Rahmen des methodischen Konstruierens von Interesse sind, und
deren Anwendungsbedingungen und Einsatzkriterien enthalten. Operationskataloge beinhalten
z. B.: Regeln zur Erzeugung verschiedener Funktionsstrukturen, Verfahren zur Lösungsauswahl,
zur Festigkeitsberechnung, zur numerischen Berechnung von Differenzialgleichungen oder Regeln
zur Erzeugung gestaltlicher Lösungsvarianten (Gestaltungsrichtlinien). Letzteres findet bei dieser
Ausarbeitung Anwendung.

Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung
Da das Erarbeiten von Katalogen in der Regel mit hohem Arbeitsaufwand verbunden ist, muss
zunächst untersucht werden, welche Aufgaben oder Sachgebiete am zweckmäßigsten zu Katalogen
aufbereitet werden sollen. Randbedingungen, die im Rahmen einer derartigen Untersuchung mit zu
überprüfen sind, sind der Informationsfluss zwischen Konstruktion, Fertigung, Vertrieb usw. und
der Kenntnisstand der Konstrukteure aufgrund von Ausbildung und Erfahrung. Ergebnis einer
solchen Untersuchung sollte ein Vorschlag für die Erstellung bestimmter Kataloge oder eines
Katalogsystems sein. Dieser Vorschlag sollte Auskunft über bisher benutzte und verfügbare Informationsquellen
geben und den durch Aufbau und Einsatz von Katalogen erzielbaren Nutzen den
voraussichtlich entstehenden Kosten gegenüberstellen.
Beim Aufbau von Katalogen sind verschiedene Gesichtspunkte zu beachten. Dazu zählen:
das Suchen und Aufbereiten von Informationen,
das Vorgehen beim Erstellen,
die visuelle Gestaltung von Katalogen.
Die Hauptarbeit beim Erstellen von Katalogen liegt im Allgemeinen bei der Suche nach geeigneten
Informationen. Hierzu ist ein methodisches Vorgehen sehr zu empfehlen. Jede größere Menge von
Informationen, die rationell verarbeitet werden soll, muss geordnet werden. Soll insbesondere eine
in irgendeinem Rahmen vollständige Menge von Informationen gesucht werden, so ist das überhaupt
nur dann möglich, wenn in dieser Menge eine Ordnung existiert. Im Allgemeinen ist es
sinnvoll, von mehreren Stufen von Gliederungsgesichtspunkten auszugehen. Der praktische Wert
von Konstruktionskatalogen ist nicht nur von der Vollständigkeit und Richtigkeit des angebotenen
Inhalts, sondern auch davon abhängig, wie schnell und zuverlässig man in einem konkreten Anwendungsfall
an die geeigneten Informationen kommt.
Daher müssen zwei Dinge gewährleistet sein:
Zugriff zum Kataloginhalt mittels verschiedener Merkmale,
Übersicht des Kataloges als Ganzes.
Diese beiden Forderungen lassen sich durch geeignete Anordnung und Gliederung des Kataloginhaltes
beeinflussen. Beim Vorgehen für das Erstellen von Katalogen müssen folgende Punkte im
Vorfeld geklärt werden:
Art der Ausführung (z. B. Ringbuch, lose Blattsammlung),
Art des Druckes (z. B. schwarz-weiß, Mehrfarbendruck),
Art der Änderungs- und Erweiterungsmöglichkeiten.
35

Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung
Das Aufbauschema nach [26] für Kataloge (Allgemein) lässt sich in vier Abschnitte unterteilen: in
einen Gliederungsteil, einen Hauptteil, einen Zugriffsteil und einen Anhang (Abbildung 10) [2],
[26].
36
Gliederungsgesichtspunkte
Hauptteil
Zugriffsteil
Auswahlmerkmale
1 2 3 usw. Lösungen, Elemente 1 2 3 usw.
1
2
1.1
1.2
2.1
usw.
1.1.1
1.1.2
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4
2.1.1
2.1.2
2.1.3
usw.
Anwendungsbeispiele,
Gleichungen,
Schaubilder
Abbildung 10: Aufbau von Konstruktionskatalogen nach VDI 2222 Blatt 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Beurteilung oder
Beschreibung
der Lösungen
oder Elemente
Der Gliederungsteil bestimmt den Aufbau des Kataloges und enthält die wesentlichen Gesichtspunkte,
welche die im Hauptteil gesammelten Elemente nach Möglichkeit widerspruchsfrei unterteilen
und darüber hinaus gewährleisten, den Hauptteil überschlägig auf Vollständigkeit überprüfen
zu können. Im Hauptteil befindet sich der eigentliche Inhalt des Kataloges – je nach Art. Dieser
wird in einfachen Skizzen, in Gleichungen oder in Texten möglichst kurz und deutlich dargestellt.
Um aus den Elementen des Hauptteils eine schnelle und gezielte Auswahl treffen zu können, sind
im Zugriffsteil deren wichtigsten Merkmale und Eigenschaften zusammengestellt. Die Wahl der
Zugriffsmerkmale ist stark am Anwendungsfall orientiert. In dem häufig angefügten Anhang wird
auf Anwendungsbeispiele, weiterführende Literatur oder weitere Kataloge verwiesen.
Die Anwendung von Operationskatalogen unterscheidet sich aber insofern von der von Lösungs-
und Objektkatalogen, als man hier in der Regel keinen Zugriff mittels beschreibender Merkmale
erreichen kann. Beispielhaft ist in Abbildung 11 ein Operationskatalog für Gestaltvariation nach
[26] abgebildet.

Abbildung 11: Operationskatalog für die Gestaltvariation nach VDI 2222 Blatt 2
Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung
37
�

Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung
Zweckmäßig geht man bei der Anwendung von Operationskatalogen so vor, dass man den Hauptteil
des Kataloges, also die Liste der verschiedenen Operationen, der Reihe nach durchgeht und
abschätzt, ob die Änderung der Entwürfe, die sich durch die Änderung der jeweiligen Operation
ergeben, zur erwünschten Wirkung führen. Diese Abschätzung kann durch beschreibende Merkmale,
sofern vorhanden, unterstützt werden.
Beim Arbeiten mit Konstruktionskatalogen sollte der Konstrukteur einige kritische Überlegungen
durchführen, um nicht systematisch falsche Lösungen zu erzeugen. Die Kataloge haben z. B. den
Vorteil, dass sofort eine Übersicht der bekannten Lösungselemente vorhanden ist. Dies ist jedoch
abhängig von den Kenntnissen des Erstellenden und von der Aktualität des Inhaltes [2].
In [19] erfolgt eine ausführliche Übersicht über verfügbare Konstruktionskataloge (Tabelle 8). In
[26] erfolgt eine detailliertere Zusammenstellung verfügbarer Kataloge, Checklisten und Lösungssammlungen,
die nicht wiedergegeben wird. Es sei an dieser Stelle nur der Hinweis darauf gegeben.
Anwendungsgebiete Objekt Autoren
Grundsätzliches zu Aufbau von Katalogen
Roth
Konstruktions-
Zusammenstellung verfügbarer Katalog- und
katalogen
Lösungssammlungen
Prinzipielle Lösun- Physikalische Effekte
Roth
gen
Erfüllen von Funktionen
Koller
Verbindungen Schlussarten, feste Verbindungen, Nietverbindungen
Roth
Verbindungen, Spielbeseitigung bei Schraubpaaren
Ewald
Geschweißte Verbindungen an Stahlprofilen Wölse, Kastner
Nietverbindungen
Kopowski, Grandt,
Roth
Klebeverbindungen
Fuhrmann und
Hinterwald
Ersoy
Kopowski
38
Spannelemente
Verschraubungsprinzipien, Schraubverbindungen
Elastische Verbindungen
Welle-Nabe-Verbindung
Führungen, Lager Geradführungen, Rotationsführungen
Gleit- und Wälzlager
Lager und Führungen
Antriebstechnik,
Krafterzeugung,
Kraftleitung
Kraft mit anderen Größen erzeugen, Einstufige
Kraftmultiplikation, Reibsysteme
Schraubantrieb
Mechanische Huberzeugung
Elektrische Kleinmotoren
Antrieb, allgemein
Krafterzeugung, mechanisch
Wegumformung mit großer Übersetzung
Tabelle 8: Verfügbare Konstruktionskataloge nach [19] Teil 1
�
Gießner
Roth, Diekhöhner
und Lohkamp,
Kollmann
Roth
Diekhöhner
Ewald
Roth
Kopowski
Raab, Schneider
Jung, Schneider
Schneider
Ewald

�
Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung
Anwendungsgebiete Objekt Autoren
Kinematik, Getriebelehre
Lösung von Bewegungsaufgaben mit Getrieben
Gliederketten und Getriebe, Logische Negationsgetriebe,
Logische Konjunktions- und
Disjunktionsgetriebe, Mechanische Flipflops,
Mechanische Rücklaufsperren, Gleichförmige
übersetzende Getriebe
Mechanische Huberzeuger
Zwangsläufige kinematische Mechanismen
mit vier Gliedern, Mechanische Rücklaufsperre
Handhabungsgerät
VDI 2727 Blatt 2
Roth
Raab u. Schneider
VDI 2222 Blatt 2
Roth
Getriebe Stirnradgetriebe
VDI 2740
VDI 2222 Blatt 2,
Ewald
Spielbeseitigung bei Stirnradgetrieben
Ewald
Mechanische einstufige Getriebe mit konstan- Diekhöhner und
ter Übersetzung
Lohkamp
Sicherheitstechnik Gefahrstellen, Trennende Schutzeinrichtungen,
Sicherheitsgerechte Produkte
Neudörfer
Ergonomie Anzeige, Bedienteile Neudörfer
Fertigungsverfahren Gießtechnische Fertigungsverfahren
Gesenkformverfahren, Druckumformverfahren
Ersoy
Tabelle 9: Verfügbare Konstruktionskataloge nach [19] Teil 2
6.3 Grundlagen des Gestaltens
Alle technischen Gebilde aus festen Stoffen haben eine Gestalt, die es festzulegen gilt. In der Praxis
wird das Festlegen der Gestalt technischer Gebilde häufig als Entwerfen, Gestalten, Grob- und
Feingestalten, Detaillieren, Bemessen oder Dimensionieren bezeichnet [10], [13]. Gestalten oder
auch Entwerfen beansprucht dabei mit die meiste Zeit im Konstruktionsprozess und ist somit meist
entscheidend für den Erfolg oder Misserfolg einer Konstruktion. Deshalb sind die Konstrukteure
am längsten mit Gestalten beschäftigt. Gerade deswegen ist es von entscheidender Bedeutung,
diesen Prozess systematisch auf Basis von Informationsspeichern durchzuführen, um Fehler zu
vermeiden. Oft wird der Vorgang des Gestaltens intuitiv durchgeführt. Im Nachhinein fehlt die
Information wie und warum es zu diesem oder jenem Ergebnis gekommen ist [27]. Insbesondere
für unerfahrene Konstrukteure oder bei der Einarbeitung in ein neues Thema wie dem Rapid
Prototyping sind Regeln und Richtlinien wertvolle Hilfsmittel. Sie geben dem Konstrukteur Hinweise
auf potenzielle Schwachstellen in Entwürfen und führen in den meisten Fällen zu sinnvollen
und verbesserten Gestaltvarianten. Daher sollen in diesem Abschnitt die Grundlagen der Gestaltung
beschrieben werden. Die dargestellten Erkenntnisse spiegeln die VDI-Richtlinie 2223, Methodisches
Entwerfen technischer Produkte [27], die sich mit dem methodischen Gestalten befasst,
wider.
39

Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung
Um das Gestalten als zentralen Bestandteil des Entwerfens zu verstehen, ist es notwendig, zuerst
die Elemente, die gestaltet werden können, zu beschreiben und daran die Möglichkeit des „Gestaltgebens“
herauszuarbeiten. Jedes technische Produkt lässt sich in verschiedene Gestaltungselemente
gliedern, wobei jedes über eine eigene Gestalt verfügt. „Gestaltungselement“ stellt dabei einen
Sammelbegriff für Einzelteilflächen, Formelemente, Einzelteile und Teilverbände dar. Beim Gestalten
legt der Konstrukteur Gestalt- und Werkstoffeigenschaften direkt fest, somit ist Gestalten
nicht nur das Festlegen von Gestalt, sondern auch das Festlegen des Werkstoffes. Abbildung 12
zeigt mögliche Gestaltungselemente am Beispiel eines Ventils.
40
Technisches
Produkt
Gestaltungselemente des technischen Produkts
(Einzel-)Teilverbände Einzelteile Formelemente Einzelteilflächen
Abbildung 12: Gestalteigenschaften am Beispiel eines Ventils nach VDI 2223
Die Gestaltungselemente sowie ihre Eigenschaften, die sogenannten Gestalt- und Werkstoffeigenschaften,
dokumentiert der Konstrukteur in der Zeichnung bzw. im Produktmodell und in der
Stückliste.
Wenn er Elemente und Verbände sowie ihre Eigenschaften beim Gestalten festlegt, legt er damit
aber auch gleichzeitig eine Fülle weiterer Produkteigenschaften z. B. hinsichtlich Funktion, Kosten,
Handhabung oder Design fest. Implizit werden somit auch die Fertigungsverfahren festgelegt. Es
sind meistens diese direkten Eigenschaften, die mit entsprechenden Anforderungen korrelieren. Das
zielgerichtete Gestalten ist daher der Versuch, den Anforderungen an ein Produkt durch die beim
Gestalten indirekt festgelegten Produkteigenschaften möglichst gut zu entsprechen und die Bedingungen
zwischen den Gestaltungselementen angemessen zu berücksichtigen. Einige, die Gestalt
und den Werkstoff eines Handrades beeinflussende Eigenschaften sind in Abbildung 13 dokumentiert.

Gestalteigenschaften
Form: A – ohne Griff
Abmessung: d 1 = 160 mm
Anordnung: Speichen gekröpft
Anzahl: 5 Speichen
…
Werkstoffeigenschaften
Werkstoffart: GG-20
Werkstoffbehandlung: keine
Werkstoffverbund: keiner
…
Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung
Abbildung 13: Gestalt und Werkstoffeigenschaften am Beispiel eines Handrades nach VDI 2223
Gestalten kann mithilfe dieser Betrachtung als Optimieren in einem vieldimensionalen Gleichungssystem
aufgefasst werden, in dem die Gestalt- und Werkstoffeigenschaften, die direkt festgelegten
unabhängigen Variablen und die zu erreichenden Anforderungen und zu erfüllenden Bedingungen
die abhängigen Variablen sind [27].
Je nach Produkt, Unternehmen, Branche, Kunden und Markt werden sehr unterschiedliche Einflussfaktoren
beim Gestalten wirksam, z. B.:
Konstruktionsart (z. B.: Neu-, Anpassungs- und Variantenkonstruktion), Produktart
(z. B.: Anlagen, Maschinen, Stückzahl, Kleinserie, Einzelprodukt);
Industriezweig und Branche (z. B.: Großmaschinenbau, Feinwerktechnik Fahrzeug-
oder Anlagenindustrie), Gestaltungsziele (z. B.: Leistung, Kosten, Gewicht);
arbeitstechnische Einflüsse (z. B.: Qualitätsanforderungen, Entwicklungszeiten) sowie
Arbeitsmittel und Instrumente (z. B.: 3D-CAD-Systeme, Simulationen, Rapid
Prototyping).
Viele Gestaltungselemente werden aus der Erfahrung des Konstrukteurs heraus festgelegt. Er setzt
bekannte oder in früheren Aufgaben bewährte Komponenten ein, wenn er von ihren Eignungen
überzeugt ist. Andernfalls muss er Annahmen über geeignete Gestaltungselemente machen und
diese z. B. durch Befragung von Fachleuten, durch Berechnung oder Experimente verifizieren. Da
das Gestalten ein synthetischer Vorgang – das Einzelne im großen Zusammenhang betrachtet – ist,
entstehen dabei zwangsläufig Eigenschaften, die einerseits von den geplanten abweichen oder aber
solche, die überhaupt nicht geplant waren und bedingt durch Neben- und/oder Störeffekte auftreten.
Eine wesentliche Tätigkeit beim Gestalten ist daher notwendigerweise das rechtzeitige Untersuchen
der jeweiligen Lösungen, um derartige Abweichungen zu erkennen und ihre Auswirkung zu beurteilen.
Die Fähigkeit zur Analyse hängt dabei ganz erheblich von den Erfahrungen einerseits und
den physikalischen, anwendungstechnischen und technologischen Kenntnissen des Konstrukteurs
andererseits ab.
Bei einer Vielzahl von Gestaltungsaufgaben haben sich Handlungsempfehlungen (auch Regeln) für
den Konstrukteur bewährt. Solche Handlungsempfehlungen sind für einen großen Benutzerkreis
von Interesse, da dem Konstrukteur der Aufwand beim Gestalten reduziert und durch die in ihnen
implementierte Erfahrungen das Risiko einer fehlerhaften Gestaltung vermindert wird. Handlungs-
41
�

Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung
empfehlungen, auch Konstruktionsregeln oder Gestaltungsrichtlinien genannt, sind Anweisungen
zur zweckmäßigen Gestaltung technischer Produkte. In ihnen sind Erfahrungen über Lösungen und
Vorgehensweisen abstrahiert, konzentriert und dokumentiert, die sich bei früheren Konstruktionsaufgaben
bewährt haben. An solchen klaren Vorgaben kann sich jeder Konstrukteur, jeder Arbeitsgruppe
orientieren [4]. Allerdings ergibt die Anwendung von Konstruktionsregeln nicht zwangsläufig
bessere Produkte. Konstruktionsregeln können sich gegenseitig widersprechen oder gleichgerichtet
wirken. Beispielsweise können Regeln zum beanspruchungsgerechten Gestalten einer kostengerechten
Gestaltung widersprechen, unterstützen jedoch die sicherheitstechnische Gestaltung.
Im Einzelfall sind also die Gültigkeit der Regeln, ihr Anwendungsbereich und die aus ihrer Anwendung
resultierenden Konsequenzen zu überprüfen und zu bewerten, bevor über ihre Anwendung
endgültig entschieden wird. Aus der frühzeitigen Festlegung von Konstruktionsmerkmalen
folgen auch die frühzeitige Festlegung von Material und Fertigungsverfahren oder es folgt, wie in
diesem Fall, aus der Vorgabe des Fertigungsverfahrens die Festlegung auf Material und Konstruktionsmerkmale.
Das Gestalten als zentraler Bestandteil des Entwerfens lässt sich in verschiedene Grundsätze,
Regeln, Prinzipien und Richtlinien zusammenfassen, wie die Übersicht in Abbildung 14 zeigt.
42
Anforderungen
der Aufgabe
Allgemeine
Konstruktionsgrundsätze
Gestaltungsregeln
Gestaltungsprinzipien
Gestaltungsrichtlinien
Gestaltungsbewertung
Entwurf
Branchen- und fachgebietsspezifische
Erfahrungen, Anforderungskataloge
einfach
eindeutig
sicher
Prinzip der Kraftleitung
Prinzip der Aufgabenteilung
Prinzip der Selbsthilfe
fertigungsgerecht
entsorgungsgerecht
sicherheitsgerecht
korrosionsgerecht
ausdehnungsgerecht
verbindungsgerecht
montagegerecht
ergonomiegerecht
Abbildung 14: Grundsätze des Entwerfens nach [2]
funktionsgerecht
beanspruchungsgerecht
festigkeitsgerecht
werkstoffgerecht
herstellgerecht
kostengerecht
formgebungsgerecht
recyclinggerecht
Gestaltungsvarianten auswählen nach festgelegten Kriterien
Technische Bewertung von Gestaltvarianten
Wirtschaftliches Bewerten von Gestaltvarianten
prüfgerecht
normgerecht
qualitätsgerecht
termingerecht
transportgerecht
instandhaltungsgerecht
verschleißgerecht
. . .
Dabei definieren sich die einzelnen Grundsätze nach [2] wie folgt: Gestaltungsregeln sind gestaltbestimmende
Vorschriften, die als Grundregeln stets gelten. Sie werden allgemeingültig formuliert
und sollten vorrangig eingehalten werden. Gestaltungsprinzipien sind konstruktionsbestimmende
Grundsätze, bei denen es sich in der Regel um systematisch geordnete Erkenntnisse bewährter

Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung
konstruktiver Lösungen handelt. Gestaltungsrichtlinien beschreiben besondere Eigenschaften in
Verbindung mit dem Wort „gerecht“, die bei der Gestaltung zu beachten sind. Sie unterstützen die
Grundregeln eindeutig, einfach und sicher. Gestaltungsbewertung ist eine abschließend vergleichende
Beurteilung von Gestaltvarianten mit Kriterien nach vorgegebenen Zielen.
Von besonderem Interesse für diese Arbeit ist das fertigungsgerechte Gestalten. Fertigungsgerecht
zu gestalten, ist insofern wichtig, als alle entworfenen Bauteile auch hergestellt werden sollen bzw.
müssen. Beim fertigungsgerechten Gestalten werden Gestalt und Werkstoff des zu entwerfenden
Produkts so festgelegt, dass mit den vorgesehenen Fertigungsverfahren (hier: Fused Deposition
Modeling) eine kostengünstige und problemlose Herstellung in guter Qualität erreicht wird [2].
Deshalb müssen Konstrukteure die Möglichkeiten des Fertigungsverfahrens besonders gut kennen.
Ausschlaggebend für die Gestalt von Bauteilen, die mittels Rapid Prototyping hergestellt werden
sollen, sind also die Verfahrensgrundlagen in Form der Prozessparameter (siehe Tabelle 5). Prinzipiell
sind besonders die Rapid-Prototyping-Verfahren in der Lage, alles zu fertigen, was in einem
fehlerfreien Datensatz zur Verfügung steht. Bei Missachtung der Verfahrensgrundlagen entspricht
das Resultat aber in keiner Weise den Vorgaben. Den Einfluss des gewählten Fertigungsverfahrens
auf die Gestaltung eines Bauteils zeigen die verschiedenen Ausführungen in Abbildung 15.
aus dem Vollen gespant gelötet
Gegossen (GG-20) aus Blech gestanzt und abgekantet
geschweißt gesenkgeschmiedet
Abbildung 15: Fertigungsverfahren und Gestaltung nach [2]
Die Bedeutung der fertigungsgerechten Gestaltung wird einem klar vor Augen geführt, wenn man
die Unterschiede in der Gestaltung eines Bauteils für die sechs Fertigungsverfahren erkennt. Neben
dem fertigungsgerechten Gestalten gilt es ebenso, das funktionsgerechte Gestalten zu berücksichtigen.
Zwar steht beim Fused Deposition Modeling das Generieren von Konzeptmodellen im Vordergrund,
doch werden im Rahmen der studentischen Ausbildung auch Funktionsmodelle gefertigt.
Diese beiden Anforderungen gilt es, in Einklang zu bringen.
Wie die nachfolgenden Beispiele in den Abbildungen 16 bis 18 für fertigungsgerechtes Gestalten
nach [2] belegen, werden wichtige Gestaltrichtlinien in Form von Gut/Schlecht-Beispielen mit
einer Erklärung bzw. einer Regel angegeben [17]. Das formale Layout dieser drei beispielhaften
Gestaltungsrichtlinien für eine fertigungsgerechte Gestaltung wird als Grundstock für das Layout
der Gestaltungsrichtlinie für das Fused Deposition Modeling verwendet. Ergänzt wird das Layout
nur noch durch einen geeigneten Gliederungsteil.
43

Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung
Abbildung 16: Beispiel 1 für fertigungsgerechtes Gestalten nach [2]
44
�

Abbildung 17: Beispiel 2 für fertigungsgerechtes Gestalten nach [2]
Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung
45
�

Aufgaben und Tätigkeiten der Produktentwicklung
Abbildung 18: Beispiel 3 für fertigungsgerechtes Gestalten nach [2]
46
�

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
7. Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused
Deposition Modeling
Die Qualität von Bauteilen, die auf der Dimension SST 768 gefertigt werden, hängt im Wesentlichen
von der fertigungsgerechten Konstruktion ab, aber auch davon, wie gut diese Informationen
zur Verfügung stehen. Im Folgenden wird näher auf das Entstehen der Richtlinie eingegangen. Im
Vordergrund stehen hierbei die Ermittlung, Aufbereitung und Darstellung von Gestaltungsmerkmalen
für den Konstruktionskatalog sowie die Gestaltung des Konstruktionskataloges selbst.
7.1 Checkliste für grundlegende Gestaltungsmerkmale
Auf der Basis der Verfahrensgrundlage des untersuchten generativen Verfahrens und anhand der
dokumentierten Restriktionen und allgemeiner Verfahrenseigenschaften nach [7], [21], [23] und
[29], siehe Kapitel 5 (bzw. Anhang 11.1 und 11.2), wird eine Checkliste erstellt. In Tabelle 9
werden die wichtigsten Punkte, die für das fertigungsgerechte Gestaltung zu berücksichtigen sind,
aufgelistet.
Punkte Beschreibung
Qualität des Datensatzes Die Auflösung des STL-Datensatzes beeinflusst die Genauigkeit
Bauteilfestigkeit Die Festigkeit des generierten Bauteils zwischen den Schichten
unterscheidet sich zu der in Schichtebene
Oberflächenqualität Verfahrensbedingt wird eine stufige Oberfläche erzeugt
Details Der Düsendurchmesser und der mit ihm zusammenhängende
wirksame Querschnitt des extrudierten Materials begrenzen die
Auflösung von Details
Supportgenerierung Bei Überhängen wird automatisch Support generiert
Orientierung Die Orientierung im Bauraum beeinflusst die Supportgenerierung,
die Festigkeit und die Oberflächenqualität
Verzug Bei starken Materialanhäufungen großvolumiger Bauteile kann es
zum Verzug der Bauteile bis hin zu einer vollständigen Ablösung
von der Bauplatte kommen
Nacharbeit Supportmaterial, das nicht von Hand entfernt werden kann, wird in
einem speziellen Lösungsbad ausgewaschen
Baugruppen Abstände der Einzelteile untereinander beeinflusst die Funktionsfähigkeit
beweglicher Teile
Tabelle 10: Checkliste für fertigungsgerechtes Gestalten von Rapid-Prototyping-Bauteilen
Die Punkte der Checkliste sollen dazu beitragen, eine möglichst umfangreiche Gestaltungsrichtlinie
zusammen zu stellen, wobei hier kein Anspruch auf Vollständigkeit besteht.
47

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
7.2 Informationsbeschaffung
Die Informationsbeschaffung steht neben der Aufbereitung und Darstellung der Daten für eine
Gestaltrichtlinie im Vordergrund. Den Ausgangspunkt für das Zusammentragen von Informationen
bildet das Labor für Strukturmechanik und Konstruktion an der Hochschule Bremen. Neben den
Erfahrungen des Leiters und der Mitarbeiter steht die Dimension SST 768 zur Verifizierung der
gesammelten Informationen bzw. Ergebnisse zur Verfügung. Erste Gestaltungspunkte lassen sich
auch aus Untersuchungen bereits generierter Bauteilen ableiten. Die so ermittelten Erkenntnisse
bilden das Fundament für die Gestaltrichtlinie. Um aber aus den zwangsläufig entstehenden Denkfurchen
zu entfliehen, werden neben dem Vertreiber der Anlagen in Deutschland weitere Einrichtungen,
die sich mit dem Fused Deposition Modeling beschäftigen oder sich in irgendeiner Art und
Weise mit der Thematik beschäftigt haben, zur Informationsbeschaffung und Verifizierung ermittelter
Gestaltpunkte herangezogen. In Tabelle 11 erfolgt eine Auflistung aller, die mit Rat und Tat
der zur Beschaffung von Informationen beigetragen haben.
Einrichtung Ansprechpartner
Berufsakademie Lörrach Martin Grässlin
Fachhochschule Aachen Andreas Gebhardt
Fachhochschule Augsburg Willi Rößner
Fachhochschule Bielefeld Dieter Dröge
Fachhochschule Gelsenkirchen Stephan Klöcker
Fachhochschule Wedel Frank Bargel
Hochschule Bremen Peter Wedemeyer
Hochschule Esslingen Manfred Plank
Hochschule Hamburg Günther Gravel
Hochschule Heilbronn Jörg Wild
Hochschule Merseburg Dietmar Glatz
Universität Duisburg-Essen Volker Janßen
Universität Kassel Olaf Nölke
Tabelle 11: Einrichtung für Informationsbeschaffung
Angaben über die Kontaktdaten finden sich im Anhang 11.3. Durch die Unterstützung dieses
großen Benutzerkreises gelingt es die Thematik aus verschiedenen Gesichtspunkten umfangreich
zu betrachten. Der Vorteil liegt auch in der Tatsache begründet, dass die verschiedenen Einrichtungen
ihre Erfahrungen in teilweise ganz unterschiedlichen Einsatzgebieten gesammelt haben.
48

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
7.3 Grundlegende Gestaltungsmerkmale
Bei der Herstellung von Modellen und Prototypen sind verfahrensbedingt einige konstruktive
Besonderheiten zu beachten. Die Einhaltung dieser Kriterien ist unbedingt erforderlich, um die
Vorteile des Bauprozesses in seiner Gesamtheit nutzen zu können und eine möglichst hohe Prozessqualität
zu erreichen. Bedingt durch die Tatsache, dass Bauteile im Schichtbauverfahren generiert
werden und sich die Spurbreite von der Spurdicke deutlich unterscheidet, spielt besonders die
Orientierung des Bauteils im Bauraum eine entscheidende Rolle, um das vollständige Potenzial des
Prototypers auszunutzen.
Wie bei den meisten generativen, schichtweisen Herstellverfahren ist auch beim Fused Deposition
Modeling nicht die Komplexität der Geometrie ausschlaggebend für die Herstellzeit, sondern das
aufgebaute Volumen. Die Bauteile sollten daher sowohl in der Fertigungsebene als auch Fertigungsrichtung
so klein wie möglich sein, um den Bauprozess kurz und damit kostengünstig zu
gestalten. Um dies zu erreichen, muss schon bei der Konstruktion berücksichtigt werden, sofern
dies in irgendeiner Form realisierbar ist, dass so wenige zusätzliche Stützstrukturen wie möglich
erforderlich werden. Diese verlängern nicht nur die Bauzeit, sondern müssen außerdem nachträglich
entfernt werden. Um das Stützmaterial zu entfernen, muss die Zugänglichkeit gewährleistet
sein. Dabei können Stützstrukturen, wo es möglich ist, durch konstruktive Maßnahmen relativ
einfach vermieden werden, wie z. B. durch das Anbringen von Schrägen.
Die Oberfläche ist bedingt durch den Stufeneffekt in Z-Richtung (Fertigungsrichtung) im Vergleich
zu konventionellen Verfahren schlechter. Experimentell wurden der Mittenrauwert Ra (arithmetisches
Mittel der Abweichungen von der Mittellinie) und die gemittelte Rautiefe Rz (Mittelwert aus
den gemessenen Rautiefen der Messstrecke) für eine Schichtdicke von 0,254 mm im Labor für
Strukturmechanik und Konstruktion der Hochschule Bremen ermittelt. In Tabelle 12 sind die
Werte von 0° bis 360° in 90°-Schritten zusammengestellt.
Winkel zur Fertigungsrichtung Ra [µm] Rz [µm]
0 ~ 18 ~ 80
90 ~ 14 ~ 73
180 ~ 19 ~ 83
270 ~ 11 ~ 68
360 ~ 18 ~ 80
Tabelle 12: Mittenrauwert und gemittelte Rautiefe in 90°-Schrit ten
Wenn man sich die Rauheitswerte anschaut, dann sieht auf den ersten Blick alles hervorragend aus,
wenn man die Verfahrensgrundlagen berücksichtigt. Ganz anders sieht es jedoch aus, wenn man die
Rauheitswerte in 2°-Schritten betrachtet (Abbildung 19). Kleine Winkeländerungen aus der Bauebene
heraus, also von 90° und 270° aus gesehen, wirken sich besonders stark auf die Oberflächenqualität
aus, es werden Oberflächengüten von über Ra = 60 µm bzw. R z = 260 µm erreicht. Dagegen
bewirken kleine Winkeländerungen aus der Baurichtung heraus, also 0°/360° und 180°, nur
eine geringere Veränderung der Oberflächenqualität.
Der Testkörper für die Ermittlung der Oberflächengüte wurde, so wie in Abbildung 19 dargestellt,
zweiteilig generiert. Zweiteilig daher, weil ein einzelner Testkörper in der Messanlage nicht hätte
eingespannt werden können. Daraus resultiert die Stufung der Rauheitswerte bei exakt 180°. Vom
49

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
Prinzip her besteht der Testkörper aus 3 mm dicken Scheiben, die jeweils um 2° zueinander verdreht
sind.
50
Rauheit [µm]
Z
X
Y
90°bis 180°
0°bis 90°
R z
R a
270°bis 360°
Winkel [°]
3 mm
Stützstruktur erforderlich
Abbildung 19: Oberflächengüte eines Testkörpers ausgeführt in Fused Deposition Modeling
Im Bereich von ± 44,4° um 270° herum erfordert die Neigung zur Bauebene (Überhang) den Einsatz
von Stützstrukturen. Dies bewirkt eine zusätzliche Verschlechterung der Oberflächenqualität.
Das wird besonders ersichtlich, wenn man die Messwerte von ± 44,4° um 270° herum mit denen
von ± 44,4° um 90° herum vergleicht. Beim Einsatz von Stützstrukturen sollte man diesen Aspekt
nicht vernachlässigen. Somit haben generierte Stützstrukturen einen wesentlichen Einfluss auf die
Oberflächengenauigkeit der gefertigten Bauteile.
Bei der Betrachtung der Bauteilgenauigkeit muss unterschieden werden in Maschinen- und Prozessgenauigkeit
[7]. Maschinengenauigkeit ist die unter Idealbedingungen erzielbare Genauigkeit,
wie sie üblicherweise den Herstellerangaben zu entnehmen ist. Diese liegt in der Fertigungsebene
bei maximal ± 0,3 mm und in Fertigungsrichtung im Bereich von ± 1 Schichtdicke, jeweils über
den gesamten Bauraum gesehen. Prozessgenauigkeit ist die unter Einbeziehung der gesamten
Prozesskette resultierende Genauigkeit. Neben der Maschinengenauigkeit kommen hier noch
Fehler in der Datenaufbereitung und Modellnachbereitung dazu. Die Summe ist nicht allgemeingültig
in Zahlen darstellbar, weicht aber beim Fused Deposition Modeling nur in seltenen Fällen von
der Maschinengenauigkeit ab.
20 mm

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
Durch die Untersuchung des Fertigungsverfahrens unter Berücksichtigung der Oberflächenqualität,
Genauigkeit, Detaillierung, Werkstoffeigenschaften und Bauteilabmessungen haben sich zehn
verschiedenen Hauptpunkte herauskristallisiert, die besonders bei der Gestaltung zu berücksichtigen
sind:
Funktionsfähigkeit,
Flächen,
Bauteilstärken,
Bohrungen,
Zylinder,
Stifte,
Radien,
Hohlräume,
Baugruppen,
Bauraumgrenzen.
Auf die einzelnen Besonderheiten der verschiedenen Punkte wird im Folgenden detailliert eingegangen,
wobei die Funktionsfähigkeit klar im Vordergrund steht. Die generierten Bauteile sollen
ihrer ihnen zugedachten Bestimmung entsprechend eingesetzt werden können.
Ein besonders wichtiger Punkt – vielleicht der wichtigste Punkt von allen – stellt die gewählte
Auflösung des STL-Datensatzes da. Hierbei erfolgt eine Beschreibung des Bauteils durch eine
Anzahl von Dreiecken. Der größte Fehleranteil bei der Prozessgenauigkeit wird durch eine zu
geringe Auflösung (wenige, große Dreiecke) der STL-Daten erreicht. Die Auflösung des
STL-Datensatzes sollte daher so hoch wie nötig und so gering wie möglich gewählt werden. Dies
gilt besonders für nicht ebene Konturen, die bei einer zu geringen Auflösung nur ungenügend
abgebildet werden. Die Speicherplatzausnutzung spielt dabei in der heutigen Zeit eine eher untergeordnete
Rolle.
Ein weiterer Punkt, der zu beachten ist, ist der Kraftfluss des späteren Bauteils. Hohe Festigkeiten
sind hauptsächlich in der Schichtebene vorhanden. Die Festigkeit in der Schichtebene unterscheidet
sich deutlich von der Festigkeit senkrecht zu den Schichten. Für diese Fälle ist eine belastungsgerechte
(festigkeitsgerechte) Gestaltung einer fertigungsgerechten Gestaltung vorzuziehen. Diese
Tatsache beeinflusst wiederum die Ausrichtung des Bauteils im Bauraum. Ausgangspunkt für die
Untersuchung der Zugfestigkeiten sind drei verschieden angeordnete Zugproben. Die Untersuchung
wurde durch die Fachhochschule Augsburg durchgeführt [20]. In Tabelle 13 sind die entsprechenden
Ergebnisse der Zugproben dargestellt.
Zugprobe Baumodus Zugfestigkeit
Liegend Solid 20,4 N/mm²
Aufrecht Solid 22,4 N/mm²
Stehend Solid 10,4 N/mm²
Liegend Sparse 7,6 N/mm²
Aufrecht Sparse 6,6 N/mm²
Stehend Sparse 4,69 N/mm²
Tabelle 13: Zugfestigkeit der Zugproben (FDM Dimension) nach [20]
In Abbildung 20 ist die Anordnung der unterschiedlichen Proben dargestellt.
51

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
Wie die Ergebnisse verdeutlichen, ist der Unterschied in der Zugfestigkeit der liegenden und aufrechten
Zugprobe im Vergleich zur stehenden Zugprobe groß. Der Unterschied in der Zugfestigkeit
in der Schichtebene und senkrecht dazu beträgt für den Baumodus Solid ca. Faktor 2 und für den
Baumodus Sparse ca. Faktor 1,5 – wobei nicht zu vernachlässigen ist, dass zwischen den beiden
Baumodi ein großer Unterschied in den Zugfestigkeiten besteht. Dies ist ausschlaggebend für die
Tatsache, dass belastete Bauteile immer im Baumodus Solid zu fertigen sind.
Zugprobe liegend
52
Kraft F
Zugprobe aufrecht
Kraft F
Abbildung 20: Ausrichtung der Zugproben nach [20]
Zugprobe 150 mm x 20 mm x 8 mm
Schichtaufbau
Schichtaufbau
Kraft F
Kraft F
Schichtaufbau
Zugprobe stehend
Kraft F
Kraft F
Wenn nachträglich Durchbrüche im Bauteil erzeugt werden sollen, sollte das Bauteil ebenfalls in
Modus Solid gebaut werden. Im Modus Sparse verläuft die Materialaussparung sonst durch den
wesentlich instabileren Kernbereich. Eine Beschädigung des Bauteils ist so vorprogrammiert. Im
Idealfall sollten Durchbrüche bzw. Bohrungen bereits konstruktiv in den 3D-CAD-Daten berücksichtigt
werden. Dadurch werden nicht nur Bauzeit, sondern auch unnötige Fertigungskosten eingespart.
Dabei kann man sich jedoch noch die Eigenschaft zunutze machen, dass erst ab einer gewissen
Wandstärke in der Fertigungsebene überhaupt ein Unterschied zwischen den verschiedenen
Baumodi besteht (Abbildung 21).

Wandlänge [mm]
Innendurchmesser [mm]
Rechteck
Solid
Zylinder
Abbildung 21: Unterschied zwischen Solid und Sparse
Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
Sparse
Wandstärke [mm]
Außendurchmesser [mm]
Sparse
Wenn z. B. Durchbrüche in einen besonders dünnen Abschnitt des Bauteils nachträglich eingebracht
werden sollen, besteht die Möglichkeit, dass trotz Modus Sparse die Struktur an dieser Stelle
aus Vollmaterial besteht. An dieser Stelle verfügt das Bauteil über eine ausreichende Festigkeit,
während an den großvolumigen Bauteilabschnitten Material und somit Gewicht eingespart wird.
Bei rechteckigen Wandstrukturen ist ab einer Wandstärke von 8 mm ein Unterschied zwischen den
Baumodi Solid und Sparse vorhanden. Dieser Grenzwert verschiebt sich mit zunehmender Wandlänge
hin zu dünneren Wandstärken. Gleichmäßiger ist das Verhältnis von Außen- zu Innendurchmessern
bei zylindrischen Strukturen, bei denen ein Unterschied zwischen den Baumodi Solid und
Sparse vorhanden ist. Ab einer Wandstärke von 9,5 mm bei kleineren Durchmessern und bis runter
zu 7 mm bei größeren Durchmessern ist der Unterschied vorhanden. In Fertigungsrichtung ist der
Unterschied bereits nach der Boden- bzw. Deckschicht, in Abhängigkeit der Wandstärken, vorhanden.
In diesen speziellen Fällen ist eine Anweisung an den Hersteller sinnvoll, dass diese Bauteile
trotzdem im Modus Sparse gefertigt werden sollen, wenn nachträglich Bearbeitungen in Form von
Bohrungen oder Durchbrüchen vorgesehen sind. Werden wegen der besseren Möglichkeit der
nachträglichen Bearbeitung selbst besonders große Bauteile im Baumodus Solid gefertigt, muss
darauf geachtet werden, dass es nicht zu extrem großen Materialanhäufungen in Ecken o. ä. kommt.
Auch sind hierbei stark unterschiedliche Wanddicken zu vermeiden. Dadurch kann es zu Eigenspannungen
kommen, die zum Verzug des Bauteils und damit zur partiellen Ablösung von der
Bauplattform führen. Zudem werden durch schroffe Wanddickenänderung Kerbspannungen begünstigt.
Ebenfalls sind metrische ISO-Gewinde wegen der Kerbwirkung am Gewindegrund ungünstig
und zu vermeiden. Stattdessen eignen sich Rundgewinde.
Solid
53

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
Der Beginn der Extrusion ist immer mit einem Ansatz verbunden, der auch nach dem Schließen der
Kontur äußerlich sichtbar bleibt. Typischerweise wird mit einer Spur in den Bauteilecken begonnen
(falls Ecken vorhanden sind). An diesen Stellen ist der Ansatz besonders deutlich zu erkennen und
kann sich störend auf die Funktion auswirken. Durch eine Abrundung dieser Bauteilkanten in
Fertigungsrichtung verlagert sich dieser Ansatzpunkt etwas und fällt nicht mehr so stark ins Gewicht.
Bei rechtwinkeligen (Außen-)Ecken kommt es bei der Spurablage zudem zu leichten Formabweichungen,
die durch eine Abrundung gleichermaßen vermieden werden. Dies wirkt außerdem
positiv auf die Optik aus. Allgemein sind Radien an Bauteilkanten unter 1 mm ungünstig und zu
vermeiden. Durch den Stufeneffekt an geneigten Kanten bzw. Kanten in der Fertigungsebene geht
die Form zu stark verloren. Ausnahmen bilden lediglich die zuvor beschriebenen Körperkanten
senkrecht zur Fertigungsebene, hier sind Radien bis 0,5 mm machbar. Darunter kommt es zu Fehlern
bzw. Unregelmäßigkeiten in der Spurablage. Es empfiehlt sich aber generell, Radien, insbesondere
sehr kleine Radien, nur an Bauteilkanten senkrecht zur Fertigungsebene zu erzeugen.
Wenn die Optik mit im Vordergrund steht, sollte man darauf achten, dass entsprechende Sichtflächen,
aber auch Funktionsflächen möglichst vertikal oder horizontal zur Fertigungsebene angeordnet
werden. Wie bereits beschrieben, ergeben zur Fertigungsrichtung geneigte Flächen eine Stufung,
die sich negativ auf die Oberflächengüte auswirkt. Aus diesem Grund sollte man besonders
leicht geneigte Flächen, falls geneigte Flächen unumgänglich sind, zur Bauebene vermeiden und
leicht geneigte Flächen zur Baurichtung anstreben (vergleiche Rauheitswerte in Abbildung 19).
Für Oberflächen (Funktions- oder Sichtflächen), die zu deren Glättung nachbehandelt werden
sollen, ist ein entsprechender Materialabtrag oder Materialauftrag einzuplanen. Abhängig vom
gewählten Nachbearbeitungsverfahren ist das zu generierende Maß anzupassen. Insbesondere bei
Bauteilen, die aus Freiformflächen aufgebaut sind, empfiehlt sich das Anformen von Erstaufnahmeflächen.
Hierbei ist zu berücksichtigen, dass das erzeugte Bauteilmaß in Fertigungsrichtung von der
Schichtdicke bzw. von den Schichtvielfachen abhängig ist. Es können nur vollständige Schichtvielfache
generiert werden. Bauteilmaße, die nicht einem Vielfachen entsprechen, werden auf die
nächste volle Schicht auf- oder abgerundet (Abbildung 22).�
Abbildung 22: Schichtvielfache
54
Schichtdicke
Ausgelassener oder
übertriebener Bereich
(Anpassung auf Schichtvielfaches)
Z
X

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
Ob auf- oder abgerundet wird, ist jedoch abhängig von der Kontur des Bauteils und kann nicht
vorhergesagt werden. Deshalb sollten die minimalen Bodenstärken nicht zu dünn ausfallen. Bei
Schichtdicken von 0,254 mm sollte eine Bodenstärke von 1 mm nicht unterschritten werden. Bodenstärken
unter 1 mm sind zwar prinzipiell möglich, doch empfiehlt sich dann eine Kontrolle der
Schichtdaten, da in bestimmten Fällen die Anpassung an Schichtvielfache zum Verlust des Bodens
führen kann. Wenn man möglichst maßgenaue Bauteile erhalten will, sollte man darauf achten,
dass alle Maße des zu generierenden Bauteils in Fertigungsrichtung exakt einem Schichtvielfachen
entsprechen, von der Bauplatte aus angefangen.
In der Fertigungsebene sind Wandstärken von 1,5 mm machbar, möglich sind aber auch minimale
Wandstärken von genau 1 mm. Zwischen 1 mm und 1,5 mm können keine stabilen Wände gefertigt
werden, da die Spurbreite 0,5 mm beträgt. Da jegliche Geometrien durch einen dünnen Kunststofffaden
generiert werden, sind Strukturen, die kleiner als die Spurgeometrie (Extrusionsbreite und
Extrusionshöhe) sind, generell nicht machbar und werden einfach ausgelassen (Abbildung 23).
Z
X
Abbildung 23: Minimal generierbare Struktur
Materialspur
(Mittelpunktsbahn)
Ausgelassener Bereich
(Konturen kleiner als
Spurgeometrie werden
nicht gefertigt)
Dies ist insbesondere bei dünnen Ecken und Kanten oder dünnen Stegen zu beachten. Durch die
minimale Spurbreit kommt es auch innerhalb der Bauteile bzw. auf der Oberfläche zu kleinen
Lücken, die bewirken, dass gefertigte Bauteile nicht zu 100% dicht sind.
In jedem Fall gilt es aber, eine Spurlänge von unter 5 mm zu vermeiden. Darunter erfolgt keine
saubere Spurablage und es kann zur Fadenbildung kommen. Daher sollten nach Möglichkeit (rechteckige)
Einzelstrukturen unter einer Kantenlänge von 5 mm x 5 mm vermieden werden.
Auch sind Bohrungs- und Zylinderdurchmesser unter 2 mm generell zu vermeiden. Ausnahmen
bilden Bohrungen senkrecht zur Fertigungsebene. Hier sind Durchmesser bis 1 mm möglich. Darunter
kommt es zu Verschmelzungen des Materials in der Bohrungsmitte. Bezüglich Toleranz und
Oberfläche anspruchsvolle Bohrungen müssen nachträglich gebohrt bzw. aufgebohrt werden. Dabei
ist es hilfreich, das Zentrum der Bohrung in den 3D-CAD-Daten und somit im generierten Modell
vorzubereiten.
Nach Möglichkeit sollten zur Fertigungsebene geneigte Bohrungen vermieden werden. Das gilt
auch für Zylinder, Stifte und andere filigrane Konstruktionen Aufgrund des Stufeneffektes verschlechtert
sich die Form und Qualität der Oberfläche (Abbildung 24).
55

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
56
Z
X
Abbildung 24: Abweichungen beim Treppenstufeneffekt
Schichtdicke
Ausgelassener Bereich
Übertriebener Bereich
Bei Bohrungen parallel zur Fertigungsebene kommt es zudem zu einer leichten Verzerrung der
Geometrie, der kreisrunde Querschnitt wandelt sich in einen leicht elliptischen Querschnitt. Daher
empfiehlt sich eine Bearbeitungszugabe zum nachträglichen Aufbohren.
Bei Zylindern mit einem Durchmesser � 3 mm gilt es zudem, ein Höhen/Flächen-Verhältnis größer
1,5, falls keine Bauteilanbindung vorhanden ist, zu vermeiden. Maschinenschwingungen verschlechtern
die Oberfläche und führen im Extremfall zum Prozessabbruch, da die Befestigung der
Bauteile auf der Bauplattform den Schwingungen nicht standhält.
Abhängig von der Funktion von zylindrischen Stiften, besonders bei sehr dünnen, ist zu empfehlen,
Stahlstifte in vorher im 3D-CAD-Modell konstruierte Bohrungen einzusetzen. Der Aufwand für die
Nachbereitung wird dadurch wesentlich reduziert. Auch besteht nicht mehr die Gefahr, dass kleine
zylindrische Stifte bei einer Überbelastung beschädigt werden.
Besonders schmale und hohe Bauteile (schmale, lange und hohe Wände) sind zu vermeiden bzw.
schwingungsgefährdende Gestaltzonen sind zu verstärken. Hilfreich ist hier das Erzeugen von
kleinen Nasen – Überhängen –, die eine Stützstruktur erforderlich machen. Diese Nasen müssen im
digitalen Modell vorab oder nachträglich aufwendig in spezieller Datenkontrollsoftware verändert
werden und können nach der Generierung mittels einer scharfen Klinge und etwas Schleifpapier
entfernt werden. Auch besteht die Möglichkeit, schwingungsgefährdete Bauteile um mehrere
Achsen zu neigen, um durch so erzwungenes Stützmaterial eine Reduzierung der Schwingungen zu
erreichen.
Wenn Stützmaterial verwendet wird, ist auf die Zugänglichkeit zum Entfernen des Stützmaterials
zu achten. Bei innen liegenden Hohlräumen ist, falls das Stützmaterial nicht dort verbleiben soll,
ein Zugang zu berücksichtigen. Dieser Zugang sollte nicht zu klein ausfallen, um noch eine ausreichende
Spülwirkung zum Lösen des Stützmaterials zu erhalten. Als Kompromiss hat sich eine
Querschnittsfläche von mindestens 80 mm² erwiesen. Andernfalls müssen die Bauteile zu lange im
Lösungsbad verweilen, wogegen aber grundsätzlich nichts einzuwenden ist. Alternativ können auch
größere Öffnungen vorgesehen werden, die anschließend verschlossen werden. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, Bauteile mit abgeschlossenen Hohlräumen zweiteilig auszuführen. Im Idealfall
kann vollständig auf zusätzliches Stützmaterial verzichtet werden. Dadurch ist eine beträchtliche
Reduzierung der Bauzeit möglich. Für das nachträgliche Fügen der beiden Bauteilhälften sind

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
idealerweise geeignete Fügeflächen konstruktiv zu berücksichtigen. Werden Fügeflächen extra
nachträglich konstruiert, ist darauf zu achten, dass keine Überhänge entstehen, die erneut Stützstrukturen
erforderlich machen.
Es besteht auch die Möglichkeit, statt einzelner Bauteile ganze Baugruppen zu fertigen. Sollen die
einzelnen Bauteile der Baugruppe nach dem Fertigungsprozess gegeneinander beweglich sein,
müssen entsprechend große Spalte zwischen den einzelnen Komponenten liegen. Diese müssen so
groß sein, dass, falls abhängig von der Kontur erforderlich, mindestens eine Schicht Stützmaterial
zwischen den Bauteilen generiert werden kann oder sich das Material zweier Bauteile nicht miteinander
verbindet (Abbildung 25) [21]. Ein Problem kann dabei dir mitunter schlechte Qualität von
an Stützstrukturen angrenzenden Oberflächen sein, falls diese als Gleitflächen fungieren.
a
c
Z
Spalt = 0,3 mm Spalt = 0,2 mm 0,15 mm 0,2 mm
Z
X
X
X
Stützmaterial im Spalt
b
d
X � 45,6° X < 45,6°
Z
Stützmaterial im Spalt Stützmaterial im Spalt
Spalt = sin(90°- (90°- X°) * 1,28 mm Spalt = 0,2 mm
X [°] = Winkel zwischen Z-Achse und Bauteilkante
Abbildung 25: Spaltmaße für Baugruppen nach [21]
Unabhängig von der Orientierung im Bauraum haben sich umlaufende Spaltmaße kleiner 0,3 mm
als ungünstig erwiesen und sind zu vermeiden. Dies resultiert hauptsächlich aus dem notwendigen
horizontalen Spalt zwischen verschiedenen Bauteilen in Z-Richtung (Abbildung 25a). Kleinere
Spalte sind möglich, die Realisierbarkeit ist aber auch davon abhängig, ob die jeweiligen Maße auf
eine volle Schichtstärke auf- oder abgerundet werden. In diesen Fällen ist es zwingend notwendig,
die Schichtdaten zu kontrollieren. Wie bereits mehrfach geschildert, können nur Schichtvielfache
gefertigt werden, dies gilt es auch bei den Spaltmaßen zu berücksichtigen, da der Spalt mit Stützmaterial
gefüllt werden muss.
X
Y
X
X
57

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
Ist die spätere Orientierung im Bauraum im Vorfeld klar, können die Spaltmaße dementsprechend
angepasst werden. Für Baugruppen, die exakt senkrecht zur Fertigungsebene generiert werden,
lassen sich so auch kleinere Spaltmaße realisieren (Abbildung 25b). Eine Welle lässt sich so
bereits bei einem umlaufenden Spalt von 0,1 mm nach der Fertigung mit etwas manuellem Druck
bewegen. Ab einem Spalt von 0,15 mm treten keine Probleme mehr auf.� Etwas größer müssen
umlaufende Spalte bei Geometrien mit Ecken, z. B. rechteckige oder dreieckige Körper, ausgelegt
sein, da es in den Eckbereichen schneller zu Verschmelzungen mit dem Außenkörper kommen
kann. Für diese Fälle ist ein umlaufender Spalt von mindestens 0,15 mm einzuhalten. Da es in
besonders spitz zulaufenden Ecken noch zu Verschmelzungen kommen kann, ist ein umlaufender
Spalt von 0,2 mm besser geeignet.
Ab einer Neigung der Bauteiloberflächen aus der Fertigungsrichtung � 45,6° werden Stützstrukturen
eingesetzt. Dies, und insbesondere der aus der Neigung resultierende Treppenstufeneffekt gilt
es auch für entsprechende Spaltmaße zu berücksichtigen. Für diese Fälle lassen sich die notwendigen
Spaltmaße nach der Formel in Abbildung 25c berechnen. Bei einer geringeren Neigung lassen
sich die Bauteile bereits ab einem Spalt von 0,15 mm mit etwas manuellem Druck bewegen. Ab
einen Spalt von 0,2 mm treten auch hier keine Probleme mehr auf (Abbildung 25d).
Generell sind auch die jeweils kleineren Spaltmaße möglich. Es muss aber eine gewisse Zugänglichkeit
zu den entsprechenden Bauteilen gegeben sein, da beim Lösen mit etwas manuellem Druck
nachgeholfen werden muss. Grund dafür sind die Verschmelzungen in den Eckbereichen der Bauteile.
Ist ein Zugang zu den Bauteilen nicht möglich oder nicht erwünscht, empfiehlt sich jeweils
der größere Spalt nach Abbildungen 25a/b/d.
Baugruppen oder auch einzelne Bauteile, die die Bauraumabmessungen überschreiten, können
nicht direkt gefertigt werden. Die einfachste Lösungsvariante ist, dass die Bauteile um einen entsprechenden
Faktor kleiner gebaut werden. Die Skalierung kann direkt in der Software des Prototypers
vorgenommen werden. Eine etwas umständlichere Lösungsvariante ist es, die Bauteile in
mehrere kleinere Einzelteile zu zerlegen. Dazu gibt es zwei Möglichkeiten. Entweder werden die
Bauteile direkt bei der Konstruktion in der 3D-CAD-Software zerlegt und mit geeigneten Fügeflächen
versehen oder das Bauteil wird nachträglich in einer Datenkontrollsoftware zerschnitten.
Beides führt zum Erfolg!
Weitere Details, insbesondere die Visualisierung der einzelnen Gestaltungspunkte (Abbildung 35
bis 49) für den Katalog erfolgt mit Microsoft PowerPoint. So ist gewährleistet, dass nachträgliche
Änderungen jederzeit schnell und unkompliziert vorgenommen werden können. Eine aufwendige
Einarbeitung in die Software ist in der Regel nicht notwendig.
58

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
7.4 Gesichtspunkte für Kataloggestaltung
Zu den verschiedenen Gesichtspunkten, die neben der Suche von Informationen mit berücksichtigt
werden sollen, zählen das Aufbereiten der Informationen sowie die visuelle Gestaltung der Information
und des Kataloges selbst. In Tabelle 13 erfolgt eine Übersicht über die gewählten Ausführungen
der Gesichtspunkte.
Gesichtspunkte Ausführung
Zugriff zum Kataloginhalt Verschiedene Gruppen von Merkmale farblich unterscheiden
Übersicht des Kataloges Verzeichnis mit farblicher Zuordnung
Katalogausführung Blattsammlung im Klemmordner
Änderungs-/Erweiterungsmöglichkeit Blattweise
Art des Drucks Mehrfarbendruck
Visuelle Gestaltung Mit einem geeigneten Linienraster wird die Zuordnung
einzelner Informationen untereinander optisch erleichtert.
Durch Differenzierung in verschiedene Linienarten
werden wichtige Untergliederungen hervorgehoben.
Tabelle 14: Gesichtspunkte für Kataloggestaltung
Mit Farben lassen sich sowohl die Gliederung als auch
wichtige Teile des Kataloges hervorheben. Wenn eine
farbige Darstellung nicht möglich ist, übernehmen
Schraffur und Punktraster ähnliche Funktionen.
Geeignete Symbole und Sinnbilder tragen zu einer
schnelleren Lesbarkeit bei, weil Bildzeichen visuell
schneller als komplizierte verbale Informationen erfasst
werden können; darüber hinaus tragen sie zu einer
Auflockerung der Gestalt bei. Sie werden in geeigneter
Form erläutert.
Durch verschiedene Schriftgrößen und -arten werden
weitere Gliederungseffekt erzielt.
Grundsätzlich werden alle Informationen in einer gut
lesbaren Größe angeboten. Im Konfliktfall wird einer
übersichtlichen Gesamtdarstellung der Vorrang vor
optimaler Lesbarkeit einzelner Informationen gegeben.
Bei Gestaltung von Bilder und Diagrammen wird grundsätzlich
nach der Regel verfahren: Wesentliches hervorheben,
unwichtige Details unterdrücken.
Die visuelle Gestaltung des Kataloges beginnt nicht mit der Aufbereitung der einzelnen Gestaltungspunkte,
sondern bereits mit einem einheitlichen Layout der Kopfzeile für jedes einzelne Blatt
des Kataloges (Deckblatt abweichend). Bereits hierdurch gelingt eine eindeutige Zuordnung des
Inhaltes und trägt wesentlich dazu bei, gewünschte Informationen schnell zu finden. Das gewählte
Layout ist in Abbildung 26 dargestellt.
59

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
Verfahren:
Inhalt:
60
Logo Katalogart
Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: (Information über aktuellen Seiteninhalt)
Abbildung 26: Layout für Katalog-Kopfzeile
Seitennummerierung
Blatt-Nr: X/Y
Durch das Logo der Hochschule Bremen und die Bezeichnung der Katalogart wird sofort ersichtlich,
wo der Katalog entstanden ist und was der Inhalt ist. Die Seitenzahl dient zum schnellen
Auffinden der gesuchten Informationen sowie zur Überprüfung der richtigen Blattreihenfolge und
der Vollständigkeit des Kataloges. Dies ist besonders wichtig, da es sich später, losgelöst von dieser
Ausarbeitung, um eine lose Blattsammlung handelt, lediglich zusammengehalten durch einen
Klemmordner. Darunter erfolgt die Bezeichnung des zu der Gestaltungsrichtlinie zugehörigen
Fertigungsverfahrens und der Informationen des jeweiligen Blattes. Auf dem Deckblatt wird die
Seitennummerierung durch die Bezeichnung des Labors ersetzt, in dem die Gestaltungsrichtlinie
entwickelt und entworfen wurde.
Die Gestaltungsrichtlinie selbst ist inklusive Deckblatt in fünf verschiedene Bereiche unterteilt, für
die insgesamt fünf verschiedenen Seitenlayouts verwendet werden:
Im ersten Bereich der Gestaltungsrichtlinie, dem Deckblatt, erfolgt eine Inhaltsangabe;
im zweiten Bereich erfolgt eine Erläuterung grundlegender Informationen über das
Fused Deposition Modeling, um die unterschiedlichen Gestaltungsregeln einem breiten
Benutzerkreis verständlich zu machen, vergleichbar mit einem Vorwort;
im dritten Bereich erfolgt eine Kurzübersicht über besonders wichtige Gestaltungsregeln.
Aus diesen ergibt sich auch die Gliederung der einzelnen Gestaltungsregeln für
den dritten Bereich;
im vierten Bereich erfolgt eine Gesamtübersicht über alle zusammengetragenen Gestaltinformationen;
im fünften Bereich werden die Anhänge zu einzelnen Gestaltungsregeln aufgeführt.
Die einzelnen Seitenlayouts der fünf Bereiche werden in den Abbildungen 27 bis 31 dargestellt.
Das Layout wird ebenfalls mit Microsoft PowerPoint erstellt. So ist auch hier gewährleistet, dass
nachträgliche Änderungen jederzeit schnell und unkompliziert vorgenommen werden können.

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
Design Guidelines for Rapid Prototyping
Konstruktionsrichtlinie für ein fertigungsgerechtes Gestalten anhand des
Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt:
Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
1. Ausgangssituation
2. Kurzübersicht
3. Gesamtübersicht
4. Anhang
Erschienen im August 2008
Alle Rechte Vorbehalten/All rights reserved © Hochschule Bremen, Bremen 2008
Abbildung 27: Layout Deckblatt
Labor für Strukturmechanik
und Konstruktion
Bereich Rapid Prototyping
61

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Ausgangssituation
62
����
����
����
����
����
Abbildung 28: Layout Ausgangssituation
Blatt-Nr: X/Y

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Kurzübersicht
Gliederung Erklärung/Regel ungünstig günstig
1
2
3
4
Name
Name
Name
Name
Abbildung 29: Layout Kurzübersicht
Blatt-Nr: X/Y
63

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Gesamtübersicht
64
Gliederung Erklärung/Regel ungünstig günstig
1
2
1.1
1.2
2.1
2.2
Abbildung 30: Layout Gesamtübersicht
Blatt-Nr: X/Y

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Anhang
Abbildung 31: Layout Anhang
Blatt-Nr: X/Y
65

Gestaltung des Konstruktionskataloges für Fused Deposition Modeling
Die farbliche Gestaltung der Kurz- und Gesamtübersichtsgliederung unterstützt eine einfache
Handhabung und hilft zusätzlich auf einfache Art und Weise einen schnellen Zugriff auf die benötigten
Informationen zu bekommen. In Übereinstimmung mit der farblichen Gliederung der Kurzübersicht
erfolgt die farbliche Gliederung der Gesamtübersicht. Auf einen Blick lassen sich so
zusammenhängende Gestaltungspunkte erkennen. Wie bereits mehrfach beschrieben, hängt der
praktische Wert von Katalogen oft nicht von der „Vollständigkeit“ des angebotenen Inhalts ab,
sondern auch davon, wie schnell und zuverlässig man an die geeigneten Informationen herankommt.
Für die Visualisierung der einzelnen Gestaltungsmerkmale für den Katalog in Abbildungen 35 bis
48 werden hauptsächlich die verschiedenen Farben und Muster in Abbildung 32 verwendet.
66
Bauteil
Bauteilabweichungen
Abbildung 32: Legende für grafische Gestaltung mit PowerPoint
Solid
Sparse
Stützstruktur

8. Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Die Konstruktionsrichtlinie für eine fertigungsgerechte Gestaltung stellt vom Prinzip her eine
Zusammenfassung der grundlegenden Gestaltungsmerkmale aus Kapitel 7.3 dar. Die einzelnen
Punkte werden aufgegriffen und verständlich dargestellt. Um die Richtlinie einem breiten Benutzerkreis
verständlich zu machen, bedarf es einiger allgemeinen Erklärungen im Vorfeld. Dadurch
erstreckt sich die Gültigkeit vom Rapid-Prototyping-Laien, bis hin zum Rapid-Prototyping-
Fachmann. Im Kapitel 8.1 wird die Grundlage der in Kapitel 8.2 folgenden Konstruktionsrichtlinie
dargestellt. Beides zusammen bildet den Konstruktionskatalog für fertigungsgerechtes Gestalten
von Fused-Deposition-Modeling-Bauteilen mit der Dimension SST.
In der heutigen Zeit wird im Zusammenhang mit Konstruktionsrichtlinien häufiger der Begriff
„Design Guidelines“ (Kurzform: „DGLs“) verwendet. Speziell für eine gerechte Gestaltung halten
die Begriffe „Design for …“ oder „Design to …“ Einzug, die sich unter dem Oberbegriff „Design
for X“ zusammenfassen lassen. Fertigungsgerechtes Gestalten wird daher auch als
„Design for Manufacturing“ oder „Design for Manufacturability“ (Kurzform: „DFM“) bezeichnet.
Dies ist Anlass dafür, dass die Konstruktionsregeln für ein fertigungsgerechtes Gestalten von
Rapid-Prototyping-Bauteilen als „Design Guidelines for Rapid Prototyping“ bezeichnet werden.
8.1 Grundlagen der Gestaltungsrichtlinie
Die folgenden Konstruktionsrichtlinien wurden anhand eines Generativen Fertigungsverfahrens
der Firma Stratasys entwickelt. Hierbei handelt es sich um ein Extrusionsverfahren, das auf dem
von der Firma entwickelten Fused Deposition Modeling basiert. Es wird intern auch als
3D-Printing bezeichnet und unter dem Label Dimension vermarktet. Verwendet wurde der
3D-Printer Dimension SST 768. Das Prinzip der Anlage besteht darin, dass ein in Drahtform vorliegender
ABS-Kunststoff in einer Düse geschmolzen und schichtweise aufgetragen wird. Mit
einem in der horizontalen XY-Ebene beweglichen Druckkopf wird die erste Schicht des geschmolzenen
Materials auf die Grundplatte aufgetragen. Nachdem die erste Lage fertiggestellt ist, wird der
Werkstückträger um eine Schichtdicke abgesenkt (Z-Richtung) und die nächste Materiallage aufgetragen.
Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis das vollständige Werkstück generiert wurde.
Genauigkeit: Der relativ große Materialquerschnitt limitiert den erzielbaren Detaillierungsgrad
der Modelle. Zur (Vor-)Auswahl stehen als Schichtstärke 0,254 mm und
0,3302 mm zur Verfügung. In der XY-Ebene beträgt die einzelne Spurbreite 0,5 mm.
Daher liegt die erzielbare Genauigkeit in Z-Richtung im Bereich von ± 1 Schichtdicke
und in der XY-Ebene im Bereich von ± 0,3 mm. Unterhalb der Spurbreite und Schichtdicke
ist keine Auflösung möglich! Der maximale Bauraum beträgt
203 mm x 203 mm x 305 mm.
67

Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
68
Oberfläche: Dadurch, dass die Schichtdicke deutlich geringer als die Spurbreite ist, lassen
sich im 90°-Winkel zur XY-Ebene mit die besten Oberflächen erzielen. In der
XY-Ebene werden Konturen sauber durch eine Materialspur hergestellt. Durch das
Schichtbauverfahren werden Konturen, die in einem Winkel zur XY-Ebene generiert
werden, stufig hergestellt. Überhänge, die in einem Winkel � 44,4° zur XY-Ebene hergestellt
werden sollen, müssen abgestützt werden. Die erforderlichen Stützstrukturen
werden durch die Software automatisch berechnet und generiert.
Baumodus: Die Bauteile können auf zwei verschiedene Arten generiert werden, im Modus
Solid oder Sparse. Im Modus Solid wird das Bauteil im Innenbereich vollständig
mit Material gefüllt. Im Modus Sparse wird das Bauteil im Innenbereich mit einer
kreuzförmigen Wabenstruktur gefüllt. Die Belastbarkeit der Bauteil, die mit Sparse hergestellt
werden, ist deutlich geringer gegenüber der Variante im Modus Solid. Da die
meisten Modelle keiner größeren Belastung ausgesetzt sind, stellt dies die bevorzugte
Variante dar. Sie bringt deutliche Gewichts-, Zeit- und Kostenvorteile.
Orientierung: Die Orientierung des zu fertigenden Bauteiles im Bauraum des Prototypers
ist somit neben der fertigungsgerechten Gestalt maßgeblich verantwortlich für die
Qualität bzw. die Eigenschaften der Bauteile. Um wiederholte Rücksprachen mit dem
Auftraggeber zu vermeiden, ist es daher nicht nur sinnvoll, allgemeingültige konstruktive
Gestaltrichtlinien zu entwerfen, sondern auch speziell – auf die mögliche Orientierung
im Bauraum – zugeschnittene. Anhand dieser Kriterien ist eine optimale Nutzung
des Prototypers möglich. Aus diesem Grund wird nicht nur einfach zwischen „fertigungsgerecht/nicht
fertigungsgerecht“ sondern zwischen „günstig/ungünstig“ unterschieden.
Zur Unterstützung wird bei orientierungsabhängigen Merkmalen das Koordinatensystem
des Prototypers dargestellt!
Einschränkungen: Die größten Einschränkungen treten bei sehr filigranen Strukturen
hinsichtlich der äußeren Abmessungen (Wandstärke, Höhe, Breite) auf. Durch die permanenten
Richtungswechsel des Druckkopfes kommt es zu leichten Maschinenbewegungen,
die sich bis auf das zu generierende Bauteil übertragen. Größere, sehr schlanke
Bauteile geraten leichter in Schwingung. Dadurch kann die Oberflächenqualität beeinträchtigt
werden bzw. es kann zum Prozessabbruch kommen. Durch eine Veränderung
der Orientierung im Bauraum – zusätzliches Stützmaterial wird generiert – können
selbst schwingungsgefährdete Bauteile problemlos generiert werden. Durch die Veränderung
der Orientierung können sich die Bauzeit und die anfallenden Kosten drastisch
erhöhen.

8.2 Hauptteile der Gestaltungsrichtlinie
Erschienen im August 2008
Alle Rechte Vorbehalten/All Rights reserved © Hochschule Bremen, Bremen 2008
Abbildung 33: Inhalt der Gestaltungsrichtlinie
Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Design Guidelines for Rapid Prototyping
Konstruktionsrichtlinie für ein fertigungsgerechtes Gestalten anhand des
Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt:
Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
1. Ausgangssituation Seite 1
2. Kurzübersicht Seite 2 - 5
3. Gesamtübersicht Seite 6 - 16
4. Anhang Seite 17 - 19
Labor für Strukturmechanik
und Konstruktion
Bereich Rapid Prototyping
69

Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Ausgangssituation
70
����
����
����
����
����
Blatt-Nr: 1/19
Die folgenden Konstruktionsrichtlinien wurden anhand eines Generativen Fertigungsverfahrens der Firma Stratasys entwickelt.
Hierbei handelt es sich um ein Extrusionsverfahren, das auf dem von der Firma entwickelten Fused Deposition Modeling basiert. Es
wird intern auch als 3D-Printing bezeichnet und unter dem Label Dimension vermarktet. Verwendet wurde der 3D-Printer
Dimension SST 768. Das Prinzip der Anlage besteht darin, dass ein in Drahtform vorliegender ABS-Kunststoff in einer Düse
geschmolzen und schichtweise aufgetragen wird. Mit einem in der horizontalen XY-Ebene beweglichen Druckkopf wird die erste
Schicht des geschmolzenen Materials auf die Grundplatte aufgetragen. Nachdem die erste Lage fertiggestellt ist, wird der
Werkstückträger um eine Schichtdicke abgesenkt (Z-Richtung) und die nächste Materiallage aufgetragen. Dieser Vorgang wiederholt
sich so lange, bis das vollständige Werkstück generiert wurde.
Genauigkeit: Der relativ große Materialquerschnitt limitiert den erzielbaren Detaillierungsgrad der Modelle.
Zur (Vor-)Auswahl stehen als Schichtstärke 0,254 mm und 0,3302 mm zur Verfügung. In der XY-Ebene
beträgt die einzelne Spurbreite 0,5 mm. Daher liegt die erzielbare Genauigkeit in Z-Richtung im Bereich
von ± 1 Schichtdicke und in der XY-Ebene im Bereich von ± 0,3 mm. Unterhalb der Spurbreite und
Schichtdicke ist keine Auflösung möglich! Der maximale Bauraum beträgt 203 mm x 203 mm x 305 mm.
Oberfläche: Dadurch, dass die Schichtdicke deutlich geringer als die Spurbreite ist, lassen sich im 90°-
Winkel zur XY-Ebene mit die besten Oberflächen erzielen. In der XY-Ebene werden Konturen sauber
durch eine Materialspur hergestellt. Durch das Schichtbauverfahren werden Konturen, die in einem
Winkel zur XY-Ebene generiert werden, stufig hergestellt. Überhänge, die in einem Winkel � 44,4°zur XY-
Ebene hergestellt werden sollen, müssen abgestützt werden. Die erforderlichen Stützstrukturen werden
durch die Software automatisch berechnet und generiert.
Baumodus: Die Bauteile können auf zwei verschiedene Arten generiert werden, im Modus Solid oder
Sparse. Im Modus Solid wird das Bauteil im Innenbereich vollständig mit Material gefüllt. Im Modus
Sparse wird das Bauteil im Innenbereich mit einer kreuzförmigen Wabenstruktur gefüllt. Die Belastbarkeit
der Bauteil, die mit Sparse hergestellt werden, ist deutlich geringer gegenüber der Variante im Modus
Solid. Da die meisten Modelle keiner größeren Belastung ausgesetzt sind, stellt dies die bevorzugte
Variante dar. Sie bringt deutliche Gewichts-, Zeit- und Kostenvorteile.
Orientierung: Die Orientierung des zu fertigenden Bauteiles im Bauraum des Prototypers ist somit neben
der fertigungsgerechten Gestalt maßgeblich verantwortlich für die Qualität bzw. die Eigenschaften der
Bauteile. Um wiederholte Rücksprachen mit dem Auftraggeber zu vermeiden, ist es daher nicht nur
sinnvoll, allgemeingültige konstruktive Gestaltrichtlinien zu entwerfen, sondern auch speziell – auf die
mögliche Orientierung im Bauraum – zugeschnittene. Anhand dieser Kriterien ist eine optimale Nutzung
des Prototypers möglich. Aus diesem Grund wird nicht nur einfach zwischen „fertigungsgerecht/nicht
fertigungsgerecht“ sondern zwischen „günstig/ungünstig“ unterschieden. Zur Unterstützung wird bei
orientierungsabhängigen Merkmalen das Koordinatensystem des Prototypers dargestellt!
Einschränkungen: Die größten Einschränkungen treten bei sehr filigranen Strukturen hinsichtlich der
äußeren Abmessungen (Wandstärke, Höhe, Breite) auf. Durch die permanenten Richtungswechsel des
Druckkopfes kommt es zu leichten Maschinenbewegungen, die sich bis auf das zu generierende Bauteil
übertragen. Größere, sehr schlanke Bauteile geraten leichter in Schwingung. Dadurch kann die
Oberflächenqualität beeinträchtigt werden bzw. es kann zum Prozessabbruch kommen. Durch eine
Veränderung der Orientierung im Bauraum – zusätzliches Stützmaterial wird generiert – können selbst
schwingungsgefährdete Bauteile problemlos generiert werden. Durch die Veränderung der Orientierung
können sich die Bauzeit und die anfallenden Kosten drastisch erhöhen.
Abbildung 34: Ausgangssituation der Gestaltungsrichtlinie

Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Kurzübersicht
Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gliederung Erklärung/Regel ungünstig günstig
1
2
Funktionsfähigkeit
Flächen
STL-Auflösung so
hoch wie nötig und
so gering wie
möglich wählen. Gilt
besonders für nicht
ebene Konturen, die
bei einer zu geringen
Auflösung nur
ungenügend
abgebildet werden.
Anstreben, Bauteile
so zu orientieren,
dass die Belastungsrichtung
in der
Fertigungsebene
liegt. Die Festigkeit
in Schichtebene ist
höher als
dazwischen.
Anhang 1.1
Anweisung an den
Hersteller, dass im
Modus Solid gefertigt
werden muss, wenn
nachträglich
Bearbeitungen in
Form von Bohrungen
oder Durchbrüchen
vorgesehen sind.
Der Kernbereich im
Modus Sparse ist zu
instabil.
Oberflächen mit
hohen
Anforderungen an
die Qualität
senkrecht oder
parallel zur
Fertigungsebene
anordnen.
Anhang 2
Abbildung 35: Kurzübersicht 1 der Gestaltungsrichtlinie
Schichtstärke Schichtstärke
Z
Z
Y
Z
X
X
X
F
F
Sparse
Y
X
Blatt-Nr: 2/19
F F
X
Solid
R � 18 µm R � 32 µm R � 13 µm R � 18 µm
Y
R � 13 µm R � 18 µm
X
71

Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Kurzübersicht
72
Gliederung Erklärung/Regel ungünstig günstig
3
4
5
Bauteilstärken
Zylinder
Wandstärken < 1,5
mm sind ungünstig
und zu vermeiden.
Dies gilt für jede
Kontur und
Orientierung.
Bodenstärken < 1
mm (gültig für
Schichtstärke 0,254
mm) sind ungünstig
und zu vermeiden.
Da nur
Schichtvielfache
gefertigt werden
können, wird auf
volle Schichten aufoder
abrundet.
Bohrungsdurchmesser
< 2 mm sind
ungünstig und zu
vermeiden, Kontur
geht zu stark
verloren. Aufbohren
ist möglich!
Zylinderdurchmesser
< 2 mm sind
ungünstig und zu
vermeiden
Y
Soll:
< 1 mm
Z
Soll: < 1,5 mm
Spalt
Ist: 0,5 mm 0,5 mm
X
X
Schichtstärke
Ist:
auf volle Schichtstärke gerundet
� DÜNNER BODEN!
Soll:
� 1 mm
Z
Blatt-Nr: 3/19
Soll: � 1,5 mm
Ist: � 1,5 mm
X
Schichtstärke
Ø< 2 mm Ø� 2 mm
Z Z
Schichtstärke Schichtstärke
X X
Ø< 2 mm Ø � 2 mm
Schichtstärke
Z Z
X X
Abbildung 36: Kurzübersicht 2 der Gestaltungsrichtlinie
Y
X
Schichtstärke
Ist:
auf volle Schichtstärke gerundet
� STABILER BODEN!

Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Kurzübersicht
Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gliederung Erklärung/Regel ungünstig günstig
6
7
8
9
Stifte
Radien
Hohlräume
Baugruppen
Einzelstrukturen mit
einer Kantenlänge
< 5 mm x 5 mm sind
ungünstig und zu
vermeiden. Es treten
Fehler in der
Spurablage auf.
Radien < 1 mm sind
ungünstig und zu
vermeiden.
Berücksichtigung der
Zugänglichkeit zu
Hohlräumen von
mindestens 80 mm²,
um das Stützmaterial
aufzulösen, falls
erwünscht.
Unabhängig von der
Orientierung im
Bauraum sind
Spaltmaße < 0,3 mm
ungünstig und zu
vermeiden.
Y
Spalt

Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Kurzübersicht
74
Gliederung Erklärung/Regel ungünstig günstig
10
Bauraumgrenze
Zerlegen der
Bauteile in mehrere
Bauteile bei einer
Überschreitung des
nutzbaren
Bauraums.
Abbildung 38: Kurzübersicht 4 der Gestaltungsrichtlinie
nicht möglich!
Blatt-Nr: 5/19
Bauraumgrenze Bauraumgrenze

Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Gesamtübersicht
F
Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gliederung Erklärung/Regel ungünstig günstig
1
1.1
1.2
1.3
1.4
STL-Auflösung so
hoch wie nötig und
so gering wie
möglich wählen. Gilt
besonders für nicht
ebene Konturen, die
bei einer zu geringen
Auflösung nur
ungenügend
abgebildet werden.
Anstreben, Bauteile
so zu orientieren,
dass die Belastungsrichtung
in der
Fertigungsebene
liegt. Die Festigkeit
in Schichtebene ist
höher als
dazwischen.
Anhang 1.1
Anweisung an den
Hersteller, dass im
Modus Solid gefertigt
werden muss, wenn
nachträglich
Bearbeitungen in
Form von Bohrungen
oder Durchbrüchen
vorgesehen sind.
Der Kernbereich im
Modus Sparse ist zu
instabil.
Vermeidung des
Modus Sparse für
belastete Bauteile.
Festigkeit vom
Modus Sparse
gegenüber Solid
deutlich geringer
Anhang 1.1
X
Abbildung 39: Gesamtübersicht 1 der Gestaltungsrichtlinie
Schichtstärke Schichtstärke
Z
Z
Y
Z
X
X
F
F
Sparse
F
Y
Z
F
X
Blatt-Nr: 6/19
F F
X
X
Solid
Sparse Solid
F
75

Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Gesamtübersicht
76
Gliederung Erklärung/Regel ungünstig günstig
1
1.5
1.6
1.7
1.8
Ausnutzung der
Tatsache, dass erst
ab einer bestimmten
Wandstärke ein
Unterschied
zwischen den
Baumodi Solid und
Sparse eintritt.
Anhang 1.2
Vermeidung von
sehr großen
Materialanhäufungen
im Modus Solid zur
Verringerung der
Eigenspannungen
Reduzierung von
Kerbspannungen
durch Vermeidung
scharfer Kanten
Abrunden aller
Innen- und
Außenkanten, die
senkrecht zur
Fertigungsebene
gefertigt werden mit
r = 1mm
Abbildung 40: Gesamtübersicht 2 der Gestaltungsrichtlinie
Y
Y
Y
Y
Blatt-Nr: 7/19
Baumodus Solid Baumodus Sparse
Solid
Durchbruch Durchbruch
X
X
X
Ablösung von der
Bauplattform
keine saubere Spurablage in
rechtwinkligen Ecken
X
Solid
Y
Y
Y
Y
X
X
X
r = 1 mm
X
Sparse
Solid

Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Gesamtübersicht
Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gliederung Erklärung/Regel ungünstig günstig
1
2
1.9
2.1
2.2
2.3
Metrische ISO-
Gewinde sind wegen
der Kerbwirkung am
Gewindegrund
ungünstig und zu
vermeiden.
Stattdessen
Rundgewinde
anstreben.
Oberflächen mit
hohen Anforderungen
an die Qualitäten
senkrecht oder
parallel zur
Fertigungsebene
anordnen.
Anhang 2
Vermeidung von
leicht geneigten
Flächen zur
Bauebene,
anstreben von leicht
geneigten Flächen
zur
Fertigungsrichtung.
Anhang 2
Für Oberflächen
(Funktions- oder
auch Sichtflächen),
die zu deren
Glättung
nachbehandelt
werden sollen, ist ein
entsprechender
Materialabtrag oder
Materialauftrag zu
berücksichtigen.
Abbildung 41: Gesamtübersicht 3 der Gestaltungsrichtlinie
Z
Z
X
Blatt-Nr: 8/19
Ra � 18 µm Ra � 32 µm Ra � 13 µm Ra � 18 µm
X
Kontur nach Materialabtrag
auftrag
Bauteilmaße nach Generierung
Y
Ra � 13 µm Ra � 18 µm
Z
X
R a � 32 µm R a � 18 µm
X
Kontur nach Materialabtrag
auftrag
Zugabe Einsparung
Bauteilmaße nach Generierung
77

Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Gesamtübersicht
78
Gliederung Erklärung/Regel ungünstig günstig
3
3.1
3.2
3.3
3.4
Wandstärken < 1,5
mm sind ungünstig
und zu vermeiden.
Dies gilt für jede
Kontur und
Orientierung.
Genau senkrecht zur
Fertigungsebene
sind Wandstärken
von genau 1 mm
möglich.
Wandlängen < 5 mm
bei Einzelstrukturen
sind ungünstig und
zu vermeiden. Es
treten Fehler in der
Spurablage auf.
Schwingungsgefährdende
Gestaltzonen
(Schwingungen
durch Maschinenbewegung
induziert)
sind zu vermeiden
bzw. bzw.
konstruktiv zu
berücksichtigen.
Y
Soll: < 1,5 mm
Spalt
Ist: 0,5 mm 0,5 mm
X
Soll: < 1 mm
theoretisch
Spurüberlappung
Y
Z
1 mm
Abbildung 42: Gesamtübersicht 4 der Gestaltungsrichtlinie
Y
Ist: 1 mm (2 x 0,5 mm)
X
X
X
Y
Y
Z
Soll: � 1,5 mm
Ist: � 1,5 mm
X
Soll: 1 mm
X
Blatt-Nr: 9/19
Ist: 1 mm (2 x 0,5 mm)
< 5 mm � 5 mm
deutliche Form- und
Maßabweichung
dünne Wand
Y
1 mm
X
Überhang erzwingt
Stützstruktur
X

Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Gesamtübersicht
Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gliederung Erklärung/Regel ungünstig günstig
3
3.5
3.6
3.7
3.8
Schwingungsgefährdete
Bauteile um
zwei Achsen neigen,
um durch
Stützeinsatz eine
Reduzierung der
Schwingungen zu
erreichen.
Anstreben von
Schichtvielfachen bei
Abmessungen in
Fertigungsrichtung.
Bodenstärken < 1
mm (gültig für
Schichtstärke 0,254
mm) sind ungünstig
und zu vermeiden.
Da nur
Schichtvielfache
gefertigt werden
können, wird aufoder
abgerundet.
Für Bodenstärken �
0,5 mm (gültig für
Schichtstärke 0,254
mm) ist eine
zwingende Kontrolle
der Schichtdaten
notwendig. Es
werden nur
Schichtvielfache
gefertigt.
Z
Soll:
< 1 mm
Z
Soll:
� 0,5 mm
X
Abbildung 43: Gesamtübersicht 5 der Gestaltungsrichtlinie
Z
Z
dünne Wand
X
Anpassung an
Schichtvielfache, dadurch
Maßabweichung
Schichtstärke
X
X
Schichtstärke
Schichtstärke
Ist:
auf volle Schichtstärke gerundet
� DÜNNER BODEN!
Ist:
BODEN WIRD NICHT
GEFERTIGT!
Z
Z
Soll:
� 1 mm
Z
Soll:
> 0,5 mm
Z
� 45,6°
X
X
X
Blatt-Nr: 10/19
Neigung erzwingt
Stützstruktur
Höchste Genauigkeit bei
Schichtvielfachen
Schichtstärke
X
Schichtstärke
Schichtstärke
Ist:
auf volle Schichtstärke gerundet
� STABILER BODEN!
Ist:
auf volle Schichtstärke gerundet
� DÜNNER BODEN!
79

Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Gesamtübersicht
80
Gliederung Erklärung/Regel ungünstig günstig
14
4.1
4.2
4.3
4.4
Bohrungsdurchmesser
< 2 mm sind
ungünstig und zu
vermeiden, Kontur
geht zu stark
verloren. Aufbohren
ist möglich!
Genau senkrecht zur
Fertigungsebene
sind Bohrungsdurchmesser
von 1 mm
möglich.
Bezüglich Toleranz
und Oberfläche
anspruchsvolle
Bohrungen sollten
nachträglich gebohrt
werden. Dabei ist es
hilfreich, das
Zentrum der
Bohrung
vorzubereiten
Zur Fertigungsebene
geneigte Bohrungen
sind wegen der
Stufenbildung zu
vermeiden. Optimal
sind Bohrungen
senkrecht zur
Fertigungsebene.
Anhang 2
X
Abbildung 44: Gesamtübersicht 6 der Gestaltungsrichtlinie
Z
Y
Z
X
Ø< 2 mm Ø� 2 mm
Schichtstärke Z Schichtstärke
X
Ø< 1 mm Ø� 1 mm
Spurbreite
0,5 mm
Verschmelzung
im Zentrum
Materialspur
Bohrungsumrundung
Maß- und Formabweichungen
Y
Z
X
X
X
Blatt-Nr: 11/19
Spurbreite
0,5 mm
Materialspur
Bohrungsumrundung
Zentrum der
späteren Bohrung
R a � 20-50 µm R a � 18 µm

Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Gesamtübersicht
Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gliederung Erklärung/Regel Ungünstig Günstig
15
6
5.1
5.2
5.3
6.1
Zylinderdurchmesser
< 2 mm sind
ungünstig und zu
vermeiden.
Kleine Zylinder mit
einem Ø � 3mm und
einem Verhältnis
Höhe/Fläche > 1,5
ohne Bauteilanbindung
sind zu
vermeiden.
Zur Fertigungsebene
geneigte Zylinder
sind wegen
Stufenbildung zu
vermeiden.
Anhang 2
Einzelstrukturen mit
einer Kantenlänge <
5 mm x 5 mm sind
ungünstig und zu
vermeiden. Es treten
Fehler in der
Spurablage auf.
X
Abbildung 45: Gesamtübersicht 7 der Gestaltungsrichtlinie
Z
Z
Y
X
Ablösung der Zylinder von der
Bauplatte durch
Maschinenschwingungen
X
R a � 20-50 µm R a � 18 µm
Z
Y
Stützstruktur
< 5 mm � 5 mm
deutliche Form- und
Maßabweichung
X
X
Blatt-Nr: 12/19
Z
Z
H/F = 2,5 4,5 H/F = 2,5 4,5
X
Ø< 2 mm Ø� 2 mm
Schichtstärke
Z
X
X
Schichtstärke
81

Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Gesamtübersicht
82
Gliederung Erklärung/Regel ungünstig günstig
17
8
7.1
7.2
7.3
8.1
Radien < 1 mm sind
ungünstig und zu
vermeiden.
Genau senkrecht zur
Fertigungsebene
sind Radien von
0,5 mm möglich.
Darunter treten
Fehler in der
Spurablage auf.
Zur Fertigungsebene
geneigte Radien sind
wegen Stufenbildung
ungünstig und zu
vermeiden. Optimal
sind Radien
senkrecht zur
Fertigungsebene.
Berücksichtigung der
Zugänglichkeit zu
Hohlräumen von
mindestens 80 mm²
um das Stützmaterial
aufzulösen, falls
erwünscht.
große
Formabweichung
X
Abbildung 46: Gesamtübersicht 8 der Gestaltungsrichtlinie
Z
Z
X
r < 0,5 mm r � 0,5 mm
Y
Stützstruktur Stützstruktur
Z
X
X
Blatt-Nr: 13/19
r < 1 mm r � 1 mm
große
Formabweichung
Z
Y
X
X
Schichtstärke
Z
Y
Schichtstärke
X
X
ca. 80 mm²
ausreichende
Spülwirkung

Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Gesamtübersicht
Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gliederung Erklärung/Regel ungünstig günstig
18
8.2
8.3
8.4
9 9.1
Anstreben geteilter
Modelle, um innen
liegende Hohlräume
zu umgehen und die
Bauzeit zu
verkürzen.
Vermeiden von
Überhängen bei der
Konstruktion von
Fügeflächen
(Zugänglichkeit zum
Hohlraum), um einen
Fertigungsschritt
einzusparen.
Anstreben von
Konturen bei
notwendigen
Überhängen, die
keine Stützstruktur
erfordern.
Unabhängig von der
Orientierung im
Bauraum sind
Spaltmaße < 0,3 mm
ungünstig und zu
vermeiden.
Z
Spalt
< 0,3 mm
Abbildung 47: Gesamtübersicht 9 der Gestaltungsrichtlinie
X
Stützstruktur
Stützstruktur
Z Z
Z
X X
X
+ +
Stützstruktur
Z
Z
Spalt
� 0,3 mm
X
X
Blatt-Nr: 14/19
Keine Stützstruktur
notwendig
Stützstruktur
83

Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Gesamtübersicht
84
Gliederung Erklärung/Regel ungünstig günstig
19
9.2
9.3
9.4
10 10.1
Speziell für vertikale
Abstände können
nebenstehende
Spaltmaße
verwendet werden.
Speziell für Flächen
mit einem Winkel
� 45,6°aus der
Fertigungsrichtung
heraus geneigt kann
das Spaltmaß nach
nebenstehender
Formel berechnet
werden.
Speziell für Flächen
mit einem Winkel
< 45,6°aus der
Fertigungsrichtung
heraus geneigt
können
nebenstehende
Spaltmaße
verwendet werden.
Zerlegen der
Bauteile in mehrere
Bauteile bei einer
Überschreitung des
nutzbaren Bauraums
Z
X
X < 45,6°
Abbildung 48: Gesamtübersicht 10 der Gestaltungsrichtlinie
Y
Z
umlaufender Spalt:
0,15 mm 0,15 mm 0,1 mm
X
X
X
X � 45,6°
Stützstruktur
nicht möglich!
Stützstruktur
X [°] = Winkel zwischen
Z-Achse und Bauteilkante
Blatt-Nr: 15/19
Gültig von X = 45,6°bis 13,5°(0,3 mm)
Spalt: 0,15 mm 0,15 mm
Bauraumgrenze Bauraumgrenze
Y
Z
umlaufender Spalt:
0,2 mm 0,2 mm 0,2 mm
Teilweise schlechte Qualität von an Stützstrukturen angrenzenden
Oberflächen bei z. B. Gleitflächen berücksichtigen
X < 45,6°
X
X
Spalt = sin(90°- (90°- X°) * 1,28 mm
X
Stützstruktur
Spalt: 0,2 mm 0,2 mm

Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Gesamtübersicht
Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gliederung Erklärung/Regel ungünstig günstig
10
10.2
Skalieren der
Bauteile bei einer
Überschreitung der
Bauraumgrenzen.
Abbildung 49: Gesamtübersicht 11 der Gestaltungsrichtlinie
nicht möglich!
Blatt-Nr: 16/19
Bauraumgrenze Bauraumgrenze
85

Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Anhang 1.1 - Festigkeit
Zugprobe liegend
86
Kraft F
Zugprobe aufrecht
Kraft F
Zugprobe
Liegend
Aufrecht
Stehend
Liegend
Aufrecht
Stehend
Quelle: Fachhochschule Augsburg
Abbildung 50: Anhang 1 der Gestaltungsrichtlinie
Zugprobe 150 mm x 20 mm x 8 mm
Schichtaufbau
Schichtaufbau
Sparse
Sparse
Kraft F
Kraft F
Baumodus
Solid
Solid
Solid
Sparse
Schichtaufbau
Zugprobe stehend
Zugfestigkeit
20,4 N/mm²
22,4 N/mm²
10,4 N/mm²
7,6 N/mm²
6,6 N/mm²
4,69 N/mm²
Blatt-Nr: 17/19
Kraft F
Kraft F

Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Anhang 1.2 - Unterschied zwischen Solid und Sparse im Baumodus Sparse
Wandlänge [mm]
Innendurchmesser [mm]
Innendurchmesser [mm]
Rechteck
Solid
Zylinder
Zylinder
Abbildung 51: Anhang 2 der Gestaltungsrichtlinie
Wandstärke [mm]
Sparse
Solid
Sparse
Außendurchmesser [mm]
Sparse
Solid
Außendurchmesser [mm]
Blatt-Nr: 18/19
87

Gestaltungsrichtlinie für Rapid Prototyping
Gestaltungsrichtlinie
Fertigungsgerechtes Gestalten
Verfahren: Fused Deposition Modeling mit Dimension SST 768
Inhalt: Anhang 2 - Rauhtiefen und Mittenrauhwert
88
Rauheit [µm]
Z
X
Y
90°bis 180°
0°bis 90°
Abbildung 52: Anhang 3 der Gestaltungsrichtlinie
R z
R a
270°bis 360°
Winkel [°]
Stützstruktur erforderlich
Blatt-Nr: 19/19

9. Zusammenfassung
Zusammenfassung
Um den zunehmenden Bedarf an schnell verfügbaren realen Modellen bei der Produktentwicklung
zu decken, etablierte sich das Rapid Prototyping am Markt. Dadurch wurde die Lücke zu den
virtuellen Modellen geschlossen. Um die neuen Freiräume auch umsetzen zu können ist jedoch ein
Umdenken in der fertigungsgerechten Konstruktion notwendig. Die aus der konventionellen Fertigung
stammenden Grenzen der Herstellbarkeit sind nicht bzw. nur teilweise relevant. Konstrukteure
müssen bereits bei der Entwicklung eines neuen Produktes auch an die Möglichkeiten der Fertigung
denken bzw. speziell an die gestalterischen Möglichkeiten, die die vorhandenen bzw. zur
Verfügung stehenden Verfahren bieten. Um Fehler zu vermeiden und die Vorteile der Verfahren
auszunutzen, gewinnt der Einfluss von Vorschriften, Regeln und Normen stark an Bedeutung und
macht auch vor dem Rapid Prototyping nicht halt. Viel erarbeitetes Wissen ist nicht oder nicht in
geeigneter Form verfügbar. Dem soll in Form eines gängigen Konstruktionskataloges für fertigungsgerechtes
Gestalten Abhilfe geschaffen werden.
Eine angestrebte Optimierung von Konstruktionslösungen kann mit Sicherheit nur durch ein planvolles
Vorgehen erreicht werden. Anhand der VDI-Richtlinie 2221, Methodik zum Entwickeln und
Konstruieren technischer Systeme und Produkte, wird die Bedeutung einer methodischen Vorgehensweise
bei der Entwicklung und Konstruktion von technischen Produkten aufgezeigt, um den
vielfältigen Bedürfnissen der Praxis gerecht zu werden und dadurch den Entwicklungs- und Konstruktionsprozess
wirtschaftlicher gestalten zu können. Gemäß dieser Richtlinie lassen sich Konstruktionsprozesse
in die vier verschiedenen Phasen Planen, Konzipieren, Entwerfen und Ausarbeiten
aufteilen. Von wesentlichem Interesse ist hierbei die dritte Phase, in der die eigentliche Entwurfsarbeit
– die Gestaltung des gesamten Produktes – durchgeführt wird. Die VDI-Richtlinie 2222
Blatt 1, Methodisches Entwickeln von Lösungsprinzipien, geht auf die Phasen 1 und 2 ein. Die
VDI-Richtlinie 2223, Methodisches Entwerfen technischer Produkte, umfasst die Phasen 3 und 4.
Einen Schwerpunkt dieser Richtlinie bildet die Behandlung des Gestaltungsprozesses als zentralen
Bestandteil der umfassenden Entwurfsarbeit. Um diese Arbeit durchführen zu können, besteht ein
großer Informationsbedarf, der gedeckt werden muss. Konstruktionsrichtlinien spielen in diesem
Bereich eine wesentliche Rolle und unterstützen das systematische Erarbeiten von Lösungsalternativen.
Sie eignen sich besonders gut als Hilfsmittel, da diese eine systematische Aufbereitung von
bewährten Informationen für die Konstruktion liefern. Neben Checklisten haben sich Kataloge,
insbesondere Kataloge für eine gerechte Gestaltung, als Hilfsmittel beim Entwurfsprozess als
äußerst nützlich erwiesen, da sie durch ihren verständlichen Aufbau und die einfache Handhabung
zur besseren Ausschöpfung bekannten Wissens beitragen und so helfen, Fehler zu vermeiden und
den Entwicklungsprozess zu optimieren.
Um aber bereits bei der Ausarbeitung und Erstellung eines Konstruktionskataloges für das Rapid
Prototyping Fehler zu vermeiden, steht ein systematisches Vorgehen unter Berücksichtigung der
VDI-Richtlinie 2222 Blatt 2, Erstellen und Anwenden von Konstruktionskatalogen, im Vordergrund.
Sie gibt vor, was beim Erstellen von Konstruktionskatalogen zu beachten ist, macht Vorschläge
für die Kataloggestaltung und zeigt Beispiele für Konstruktionskataloge.
Da Entwerfen bzw. Gestalten innerhalb des Konstruktionsprozesses mit die meiste Zeit benötigt, ist
es für den Erfolg oder Misserfolg einer Konstruktion verantwortlich. Gerade aus diesem Grund ist
89

Zusammenfassung
es von entscheidender Bedeutung, diesen Prozess systematisch auf Basis von Informationsspeichern
durchzuführen. Um das Gestalten als zentralen Bestandteil des Entwerfens zu verstehen, ist
es notwendig zuerst die Elemente, die gestaltet werden können, zu beschreiben und daraus die
Möglichkeit des Gestaltgebens herauszuarbeiten. Diese Grundlagen des Gestaltens werden u. a. mit
der VDI-Richtlinie 2223 erarbeitet.
Die Hauptarbeit beim Erstellen von Katalogen liegt im Allgemeinen bei der Suche nach geeigneten
Informationen. Hierzu ist ebenfalls ein methodisches Vorgehen sehr zu empfehlen. Ausgangspunkt
für die Ermittlung geeigneter Gestaltpunkte bildet eine Checkliste allgemeingültiger Regeln, wie
sie in verschiedenen Fachbüchern vorkommt. Unter Verwendung dieser Checkliste in Verbindung
mit dem Erfahrungsschatz der beteiligten Personen entstehen 41 verschiedenen Gestaltungsregeln
in zehn Kategorien.
Die Kombination der Ergebnisse – wie erstelle ich einen Konstruktionskatalog und was sind die
Gestaltungsmerkmale – macht es möglich, das Rapid-Prototyping-Verfahren Fused Deposition
Modeling optimal einzusetzen. Die Gesamtheit dieser Arbeit macht es möglich, Bauteile, die mit
Fused Deposition Modeling generiert werden, wirtschaftlicher herzustellen.
90

10. Ausblick
Ausblick
Die durchgeführten Untersuchungen haben aufgezeigt, dass im Bereich der fertigungsgerechten
Gestaltung von Rapid-Prototyping-Bauteilen großes Interesse seitens der Fachwelt besteht. Während
einer Vielzahl von Gesprächen wurden beteiligten Partnern erst die praktischen Vorteile einer
Gestaltungsrichtlinie bewusst. Dies verschönert aber nicht die Tatsache, dass sich die Anzahl der
bereits durchgeführten oder geplanten Untersuchungen in Grenzen hält. Das liegt sicherlich an dem
nicht unwesentlichen Arbeitsaufwand, der mit solch einer Untersuchung verbunden ist. Nichtsdestoweniger
ist es sinnvoll, die Gestaltungsrichtlinie begleitend durch die praktische Anwendung im
Rahmen der Hochschule Bremen zu ergänzen und zu vervollständigen. Bezogen auf die in dieser
Arbeit vorgestellten Untersuchungen wurde festgestellt, dass noch Bedarf zur weiteren wissenschaftlichen
Betrachtungen von Rapid-Prototyping-Verfahren besteht.
Der vorliegende Konstruktionskatalog zum fertigungsgerechten Gestalten von Fused-Deposition-
Modeling-Bauteilen dürfte in seiner Form einzigartig sein. Vorstellbar ist, dass Kataloge in dieser
Form für weitere Verfahren entwickelt werden und so dem Anwender eine Grundlage bieten, auf
Basis der Informationen im Katalog die für ihn geeignete Anlage auszuwählen.
Dies erscheint der für die Zukunft geeignete Weg zu sein.
91

Anhang
11. Anhang
11.1 Konstruktionsregeln für Rapid Tooling gerechte Gestaltung
92
�
�

Anhang
93

Anhang
94

Anhang
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95

Anhang
96

Anhang
97
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Anhang
98
�

11.2 Konstruktionsregeln zum generieren von Baugruppen
Anhang
99
�

Anhang
11.3 Details zu Ansprechpartnern beteiligter Einrichtungen
Telefon
E-Mail
Anschrift
Ansprechpartner
Einrichtungen
100
07621/2071164
graesslin@ba-loerrach.de
Hangstraße 48
79539 Lörrach
Martin Grässlin
Dipl.-Ing.
Berufsakademie
Lörrach
0241/600952918
gebhardt@fh-aachen.de
Goethestraße 1
52064 Aachen
Andreas Gebhardt
Prof. Dr.-Ing.
Fachhochschule
Aachen
0821/5586167
willi.roessner@hs-augsburg.de
Baumgartnerstraße 16
86161 Augsburg
Willi Rößner
Prof. Dr.
Fachhochschule
Augsburg
0521/1067317
dieter.droege@fh-bielefeld.de
Wilhelm-Bertelsmann-Str. 10
33602 Bielefeld
Dieter Dröge
Dipl.-Ing.
Fachhochschule
Bielefeld
02871/2155901
stephan.kloecker@fh-gelsenkirchen.de
Münsterstraße 265
16395 Bocholt
Stephan Klöcker
Prof. Dr.-Ing. habil.
Fachhochschule
Gelsenkirchen
04103/804848
ba@fh-wedel.de
Feldstraße 143
22880 Wedel
Frank Bargel
Prof. Dr.-Ing.
Fachhochschule
Wedel
0421/59052526
peter.wedemeyer@hs-bremen.de
Neustadtswall 30
28199 Bremen
Peter Wedemeyer
Dipl.-Ing.
Hochschule
Bremen
07161/6791142
manfred.plank@hs-esslingen.de
Robert-Bosch-Straße 1
73037 Göppingen
Manfred Plank
Prof. Dr.-Ing. Dipl. Ing.
Hochschule
Esslingen
040/428758625
gravel@rzbt.haw-hamburg.de
Berliner Tor 21
20099 Hamburg
Günther Gravel
Prof. Dr.-Ing.
Hochschule
Hamburg
07131/504307
wild@hs-heilbronn.de
Max-Planck-Straße 39
74081 Heilbronn
Jörg Wild
Prof. Dr.-Ing.
Hochschule
Heilbronn
03461/462802
dietmar.glatz@hs-merseburg.de
Geusaer Straße
06217 Merseburg
Dietmar Glatz
Dipl.-Ing.
Hochschule
Merseburg
0203/3791181
volker.janssen@uni-due.de
Forsthausweg 2
47057 Duisburg
Volker Janßen
Dipl.-Ing.
Universität
Duisburg-Essen
0561/8402855
noelke@uni-kassel.de
Mönchebergstraße 7
34125 Kassel
Olaf Nölke
Universität
Kassel

12. Abbildungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Schematische Darstellung der Vorgehensweise ........................................................ 13
Abbildung 2: Technologie der Generativen Fertigungsverfahren nach [7] ..................................... 16
Abbildung 3: Prinzip der generativen Fertigung............................................................................. 17
Abbildung 4: Zuordnung der Modelldefinitionen zu der Gliederung der Fertigungsverfahren
und den Produktentstehungsphasen nach VDI 2221.................................................. 21
Abbildung 5: Schematische Darstellung des Fused Deposition Modeling...................................... 23
Abbildung 6: Prozesskammer der Dimension SST 768 .................................................................. 24
Abbildung 7: VDI-Richtliniengerüst nach VDI 2222 Blatt 1.......................................................... 30
Abbildung 8: Generelles Vorgehen beim Entwickeln und Konstruieren nach VDI 2221................ 31
Abbildung 9: Kataloge für das Entwerfen nach VDI 2222 Blatt 2.................................................. 33
Abbildung 10: Aufbau von Konstruktionskatalogen nach VDI 2222 Blatt 1 .................................. 36
Abbildung 11: Operationskatalog für die Gestaltvariation nach VDI 2222 Blatt 2 ......................... 37
Abbildung 12: Gestalteigenschaften am Beispiel eines Ventils nach VDI 2223 ............................. 40
Abbildung 13: Gestalt und Werkstoffeigenschaften am Beispiel eines Handrades nach VDI 2223 41
Abbildung 14: Grundsätze des Entwerfens nach [2] ....................................................................... 42
Abbildung 15: Fertigungsverfahren und Gestaltung nach [2] ......................................................... 43
Abbildung 16: Beispiel 1 für fertigungsgerechtes Gestalten nach [2] ............................................. 44
Abbildung 17: Beispiel 2 für fertigungsgerechtes Gestalten nach [2] ............................................. 45
Abbildung 18: Beispiel 3 für fertigungsgerechtes Gestalten nach [2] ............................................. 46
Abbildung 19: Oberflächengüte eines Testkörpers ausgeführt in Fused Deposition Modeling....... 50
Abbildung 20: Ausrichtung der Zugproben nach [20] .................................................................... 52
Abbildung 21: Unterschied zwischen Solid und Sparse.................................................................. 53
Abbildung 22: Schichtvielfache...................................................................................................... 54
Abbildung 23: Minimal generierbare Struktur................................................................................ 55
Abbildung 24: Abweichungen beim Treppenstufeneffekt............................................................... 56
Abbildung 25: Spaltmaße für Baugruppen nach [21]...................................................................... 57
Abbildung 26: Layout für Katalog-Kopfzeile ................................................................................. 60
Abbildung 27: Layout Deckblatt..................................................................................................... 61
Abbildung 28: Layout Ausgangssituation....................................................................................... 62
Abbildung 29: Layout Kurzübersicht.............................................................................................. 63
Abbildung 30: Layout Gesamtübersicht.......................................................................................... 64
Abbildung 31: Layout Anhang ....................................................................................................... 65
101

Abbildungsverzeichnis
Abbildung 32: Legende für grafische Gestaltung mit PowerPoint.................................................. 66
Abbildung 33: Inhalt der Gestaltungsrichtlinie............................................................................... 69
Abbildung 34: Ausgangssituation der Gestaltungsrichtlinie ........................................................... 70
Abbildung 35: Kurzübersicht 1 der Gestaltungsrichtlinie............................................................... 71
Abbildung 36: Kurzübersicht 2 der Gestaltungsrichtlinie............................................................... 72
Abbildung 37: Kurzübersicht 3 der Gestaltungsrichtlinie............................................................... 73
Abbildung 38: Kurzübersicht 4 der Gestaltungsrichtlinie............................................................... 74
Abbildung 39: Gesamtübersicht 1 der Gestaltungsrichtlinie........................................................... 75
Abbildung 40: Gesamtübersicht 2 der Gestaltungsrichtlinie........................................................... 76
Abbildung 41: Gesamtübersicht 3 der Gestaltungsrichtlinie........................................................... 77
Abbildung 42: Gesamtübersicht 4 der Gestaltungsrichtlinie........................................................... 78
Abbildung 43: Gesamtübersicht 5 der Gestaltungsrichtlinie........................................................... 79
Abbildung 44: Gesamtübersicht 6 der Gestaltungsrichtlinie........................................................... 80
Abbildung 45: Gesamtübersicht 7 der Gestaltungsrichtlinie........................................................... 81
Abbildung 46: Gesamtübersicht 8 der Gestaltungsrichtlinie........................................................... 82
Abbildung 47: Gesamtübersicht 9 der Gestaltungsrichtlinie........................................................... 83
Abbildung 48: Gesamtübersicht 10 der Gestaltungsrichtlinie......................................................... 84
Abbildung 49: Gesamtübersicht 11 der Gestaltungsrichtlinie......................................................... 85
Abbildung 50: Anhang 1 der Gestaltungsrichtlinie......................................................................... 86
Abbildung 51: Anhang 2 der Gestaltungsrichtlinie......................................................................... 87
Abbildung 52: Anhang 3 der Gestaltungsrichtlinie......................................................................... 88
102

13. Tabellenverzeichnis
Literaturverzeichnis
Tabelle 1: Verwendete Quellen für die Recherche.......................................................................... 14
Tabelle 2: Modelldefinitionen nach VDID...................................................................................... 20
Tabelle 3: Modelldefinition nach NC-Gesellschaft......................................................................... 20
Tabelle 4: Modelldefinitionen nach VDI 3404................................................................................ 20
Tabelle 5: Technische Daten und Informationen zur Anlage .......................................................... 25
Tabelle 6: Stoffeigenschaften Modellmaterial ................................................................................ 26
Tabelle 7: Eigenschaften und Restriktionen von Rapid Technology und deren Konsequenzen
für die Konstruktion von Bauteilen nach [29] ................................................................ 28
Tabelle 8: Verfügbare Konstruktionskataloge nach [19] Teil 1 ...................................................... 38
Tabelle 9: Verfügbare Konstruktionskataloge nach [19] Teil 2 ...................................................... 39
Tabelle 10: Checkliste für fertigungsgerechtes Gestalten von Rapid-Prototyping-Bauteilen.......... 47
Tabelle 11: Einrichtung für Informationsbeschaffung..................................................................... 48
Tabelle 12: Mittenrauwert und gemittelte Rautiefe in 90°-Schritten............................................... 49
Tabelle 13: Zugfestigkeit der Zugproben (FDM Dimension) nach [20].......................................... 51
Tabelle 14: Gesichtspunkte für Kataloggestaltung.......................................................................... 59
103

Literaturverzeichnis
14. Literaturverzeichnis
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[4] Gebhardt, A.:
Rapid Prototyping: Werkzeuge für die schnelle Produktentwicklung
Carl Hanser Verlag, München, Wien, 2.völlig überarbeitete Auflage, 2000
[5] Gebhardt, A.:
Rapid Prototyping: Dienstleistung zwischen Wunsch und Realität
Euro-uRapid 2000, Berlin, 2000
[6] Gebhardt, A.:
Grundlagen des Rapid Prototyping: Eine Kurzdarstellung der Rapid-Prototyping-
Verfahren
RTejournal, Ausgabe 1, 2004
[7] Gebhardt, A.:
Generative Fertigungsverfahren: Rapid Prototyping, Rapid Tooling, Rapid Manufacturing
Carl Hanser Verlag, München, 3. Auflage 2007
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Nutzt der Konstrukteur schon alle Chancen der generativen Fertigung
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[25] VDI-Richtlinie 2222, Blatt 1
Konstruktionsmethodik: Methodisches Entwickeln von Lösungsprinzipien
VDI-Verlag, Düsseldorf, 1997
[26] VDI-Richtlinie 2222, Blatt 2
Konstruktionsmethodik: Erstellen und Anwendung von Konstruktionskatalogen
VDI-Verlag, Düsseldorf, 1982
106

[27] VDI-Richtlinie 2223
Methodisches Entwerfen technischer Produkte
VDI-Verlag, Düsseldorf, 2004
Literaturverzeichnis
[28] VDI-Richtlinie 3404
Generative Fertigungsverfahren, Rapid-Technologie (Rapid Prototyping), Grundlagen,
Begriffe, Qualitätskenngrößen, Liefervereinbarungen
VDI-Verlag, Düsseldorf, 2007
[29] Zäh, M. F.:
Wirtschaftliche Fertigung mit Rapid-Technologien: Anwender-Leitfaden zur Auswahl
geeigneter Verfahren
Carl Hanser Verlag, München, 2006
107