Title: Entwicklung eines Multiextrusions Kopfes für einen FDM 3D-Drucker
Other Titles: Development of a multi-extrusion head for a FDM 3D printer
Language: Deutsch
Authors: Samhaber, Maximilian 
Qualification level: Diploma
Advisor: Grafinger, Manfred  
Assisting Advisor: Riegler, Rainer 
Issue Date: 2021
Number of Pages: 76
Qualification level: Diploma
Abstract: 
„Fused Deposition Modeling“ hat sich dank der niedrigen Kosten, der hohen geometrischen Freiheit und der Einfachheit des Verfahrens erfolgreich unter den additiven Fertigungsverfahren etabliert. Die wachsende Bandbreite an Kunststoffen, die mit FDM-3D-Druckern verarbeitet werden können, schafft neue Möglichkeiten in der Produktentwicklung. Vor allem durch die Kombination verschiedener Materialien und den gezielten Einsatz ihrer technischen Eigenschaften in einem Bauteil, ergeben sich neue gestalterische und ökonomische Potentiale. Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist die Entwicklung, Konstruktion und Fertigung eines Multimaterial-FDM-3D-Druckers. Um eine Basis für die Entwicklung zu schaffen, wurden mögliche Nutzungsszenarien analysiert und grundlegende Anforderungen definiert. Nach Untersuchung der am Markt verfügbaren Lösungsansätze zur technischen Umsetzung von Multimaterial-3D-Druck, wurde das Konzept des Werkzeug-wechselnden 3D-Druckers, entsprechend der Anforderungen, methodisch ausgewählt. Dieser verfügt über mehrere eigenständige FDM-Druckköpfe (Werkzeuge), die während des Druckbetriebs automatisch ausgetauscht werden können. Dabei arbeitet immer nur ein Werkzeug aktiv am Druckauftrag, während die inaktiven Werkzeuge in einem Magazin neben dem Druckbett geparkt sind. Dieser Ansatz erfordert die Entwicklung einer Kopplung zur Verbindung der Werkzeuge mit der Bewegungsmechanik, die das Werkzeug im Betrieb nach programmierten Pfaden über das Druckbett führt. Diese Kopplung sollte möglichst leicht sein, schnell öffnen und schließen können und vor allem eine hohe Präzision aufweisen. Nach der Strukturierung der gefundenen Teilfunktionen des Konzeptes wurden mögliche Lösungen gesammelt und diese durch erste Prototypen verifiziert. Entsprechend der Anforderungen wurde eine geeignete Lösungskombination methodisch ausgewählt und diese in einen konkreten Entwurf überführt. Der ausgereifte Entwurf wurde mit kostengünstigen Verfahren gefertigt und in Betrieb gesetzt.

"Fused Deposition Modeling" has successfully established itself among additive manufacturing processes due to low costs, high geometric freedom and simplicity of the process. The growing range of plastics that can be processed with FDM 3D printers creates new possibilities in product development. Above all, the combination of different materials which allows for the combined use of their unique technical properties in one single component opens up new potential for design and cost-efficiency. The aim of this thesis is to develop, design and manufacture a multi-material FDM 3D printer. To create a basis for development an initial set of requirements was defined and possible use-case scenarios were analysed. After examining already existing approaches to the technical implementation of multi-material 3D printing, it was methodically decided that the concept of a tool-changing 3D printer would best meet previously set requirements. It features several independent FDM print heads (tools) that can be automatically exchanged during printing operation. Only one tool is actively engaged at a time, while the inactive tools are parked in a magazine next to the print bed. This approach requires the development of a coupler to connect the tools to the motion mechanics, which guide the tool across the print bed during operation according to programmed paths. This coupler should be as light as possible, be able to open and close quickly and, above all, offer high precision. After structuring the found sub-functions of the concept, various solutions were collected and verified by working prototypes. According to the requirements, a suitable combination of solutions was methodically selected and transferred into a tangible design. The mature design was manufactured using cost-effective processes and put into operation.
Keywords: 3D Druck; Multi-Extrusion; Multi-Material
3D Printing; Multi-extrusion; Multi-material
URI: https://doi.org/10.34726/hss.2021.78987
http://hdl.handle.net/20.500.12708/17035
DOI: 10.34726/hss.2021.78987
Library ID: AC16165193
Organisation: E307 - Institut für Konstruktionswissenschaften und Produktentwicklung 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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