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abstract.tex

@@ -2,6 +2,10 @@
 \documentclass[../main.tex]{subfiles}
 \begin{document}
 \begin{abstract}
-\blindtext
+Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Metall-3D-Druck, spezifisch den \acrfull{slm} und \acrfull{lmd} Verfahren und deren Limitationen beziehungsweise deren Möglichkeiten. 
+Zudem werden die am meisten genutzten Materialien und deren hauptsächliche Anwendungsgebiete betrachtet.
+Weiters werden die druckbaren Geometrien als auch die Auswirkungen der Orientierung während des Druckpreozesses beider Technologien und die Bedeutung von \it{Supports} im Kontext der Nach-Bearbeitung beleuchtet. 
+Im \acrshort{lmd}-Verfahren wird auch auf \it{Hybridmaschinen} eingegangen.
+Desweiteren wird auf einige Anwendungsbeispiele von beiden Technologien eingegangen, darunter Luftfahrt, Medizin und Ersatzteil-Produktion. 
 \end{abstract}
 \end{document}

articles.bib

@@ -155,5 +155,18 @@ @article{Mahamood2017
   month = jan,
   pages = {2419–2426}
 }
+@article{Singh2020,
+  title = {Selective laser manufacturing of Ti-based alloys and composites: impact of process parameters,  application trends,  and future prospects},
+  volume = {8},
+  ISSN = {2590-0498},
+  url = {http://dx.doi.org/10.1016/j.mtadv.2020.100097},
+  DOI = {10.1016/j.mtadv.2020.100097},
+  journal = {Materials Today Advances},
+  publisher = {Elsevier BV},
+  author = {Singh,  N. and Hameed,  P. and Ummethala,  R. and Manivasagam,  G. and Prashanth,  K.G. and Eckert,  J.},
+  year = {2020},
+  month = dec,
+  pages = {100097}
+}
 
 

chapters/anwendungen.tex

@@ -29,7 +29,7 @@ \subsubsection*{Medizinische Implantate}
 	\ccaption{Ablauf der Aufbereitung eines CT-gescannten Kiefer-Implantats}{Grafik von \protect\cite{LEE20221648} entnommen}
 	\label{img:medical}
 \end{figure} 
-Zudem sind die Implantate zu meist mit verschiedenen \it{Lattice}-Strukturen ausgefüllt und anderen Methoden der Gewicht-Verringerung optimiert worden, um Material zu sparen und dem Körper mehr Oberfläche zu geben, um sich damit zu verbinden. Hauptsächlich werden als Material Titan-Legierungen verwendet, wie z.B. Ti-6Al-4V, da diese gut verträglich für den Körper sind, korrosions-resistent sind und leichter sind als die meisten Stähle.
+Zudem sind die Implantate zu meist mit verschiedenen \it{Lattice}-Strukturen ausgefüllt und anderen Methoden der Gewicht-Verringerung optimiert worden, um Material zu sparen und dem Körper mehr Oberfläche zu geben, um sich damit zu verbinden. Hauptsächlich werden als Material Titan-Legierungen verwendet, wie z.B. Ti-6Al-4V, da diese gut verträglich für den Körper sind, korrosionsresistent sind und leichter sind als die meisten Stähle.
 ($\rho_{Titan} = \qty{4.2}{\gram\per\centi\meter\cubed}, \rho_{Stahl} = \qty{8.05}{\gram\per\cm\cubed}$). \parencite{steel12709, titanium6al4v}
 Da diese Implantate sehr präzise Spezifikationen einzuhalten haben, wird hier ausschließlich der \acrlong{slm} Prozess verwendet, da \acrshort{lmd} zu inkonsistent ist in diesem Maßstab. Dennoch ist eine Nachbearbeitung und Anpassung vor und während der Operation fast immer nötig um den perfekten Sitz des Knochenersatzes zu garantieren.\parencite{doi:10.1146/annurev-bioeng-082020-032402}
 

chapters/einfuehrung.tex

@@ -2,14 +2,15 @@
 \documentclass[../main.tex]{subfiles}
 \begin{document}
 \section{Einführung in den 3D-Druck}
+\subsection{Historisches}
 Der 3D-Druck, auch bekannt als \acrfull{am} oder \it{Rapid Prototyping} ist ein bereits länger bekanntes Forschungs- und Entwicklungsfeld, da bereits im Jahr 1986 das erste Verfahren, \acrfull{sla} von Charles Hull entwickelt wurde.
 Ein moderner Drucker dieses Verfahrens ist in Abbildung \ref{img:sla} zu sehen. 
 Die Druckplatte hebt sich dabei aus dem Becken mit UV-härtendem Harz heraus und druckt unten an die Platte Schichten auf durch einen Laser oder einen LCD-Bildschirm, welcher das Harz abhärtet. 
 Mit dieser Technologie sind Schichtdicken und XY-Auflösungen von unter \qty{35}{\micro\meter} möglich. Diese erlaubt für sehr feine Drucke in Bereichen wie Dentaltechnik und Schmuckform-Gießung. \parencite{FORMLABS_1}
 
 Das wohl bekannteste Verfahren ist \acrfull{fdm}, welches im Gegensatz zu SLA mit Filamentspulen, also \say{Kunststoff-Draht} arbeitet. Eine solche Maschine ist in  Abbildung \ref{img:fdm} abgebildet.
 Dieses Filament besteht aus thermoplastischen Polymeren. Je nach Anwendung der Drucke werden hierbei verschiedene Materialien verwendet, wie PLA (\it{Polylactic Acid}), welches sehr oft für Prototypen verwendet wird, da es leicht und schnell druckbar ist, oder PETG (\it{Polyethylene terephthalate glycol}) für stabilere Drucke. 
-Jeder dieser Drucke könnte theroretisch wieder aufgeschmolzen werden und neu verarbeitet werden, wobei solche Verfahren bisher noch zu experimentell sind, selbst für Industrie-Anwendungen. \parencite{OLADAPO2023165046}  
+Jeder dieser Drucke könnte theoretisch wieder aufgeschmolzen werden und neu verarbeitet werden, wobei solche Verfahren bisher noch zu experimentell sind für Industrie-Anwendungen. \parencite{OLADAPO2023165046}  
 
 \begin{figure}[h]
 \centering
@@ -27,17 +28,17 @@ \section{Einführung in den 3D-Druck}
 \end{minipage}
 \end{figure}
 
-Das erste Pulverbett-Metall-3D-Druck-Verfahren, \acrfull{slm}, wurde kurz darauf im Jahr 1995 in Deutschland entwickelt und patentiert. Es wird unter vielen Namen vertrieben, wie \it{Direct Metal Laser Sintering} oder unter dem Überbegriff \it{Powder-Bed-Fusion}. Offiziell wurde des Verfahren als Sinter-Verfahren eingestuft durch die IEEE (\it{Institute of Electrical and Electronics Engineers}), was jedoch eine wissenschaftlich gesehen falsche Kategorisierung ist, da ein Sinter-Verfahren das Grundmaterial nur \say{erweicht} und nicht vollständig aufschmilzt, wie es im SLM-Prozess geschieht. \parencite{SINTER_SMELT} Übliche Materialien für den SLM-Druck sind Aluminium-, Stahl- und Titan-Legierungen. Oft verwendet wird der Edelstahl 316L mit einem Schmelzpunkt von \qty{1390}{\celsius} und \qty{1440}{\degreeCelsius} \parencite{610LSTEEL} oder der Werkzeugstahl 1.2709 für Spritzguss-Formen. \parencite{steel12709} Diese Temperatur ist nur bewerkstelligbar durch einen starken Laser mit einer Leistung von \qty{400}{\watt} bis hin zu über \qty{12}{\kilo\watt}.
+Das erste Pulverbett-Metall-3D-Druck-Verfahren, \acrfull{slm}, wurde kurz darauf im Jahr 1995 in Deutschland entwickelt und patentiert. Es wird unter vielen Namen vertrieben, wie \it{Direct Metal Laser Sintering} oder unter dem Überbegriff \it{Powder-Bed-Fusion}. Offiziell wurde das Verfahren als Sinter-Verfahren eingestuft durch das IEEE (\it{Institute of Electrical and Electronics Engineers}), was jedoch eine wissenschaftlich gesehen falsche Kategorisierung ist, da ein Sinter-Verfahren das Grundmaterial nur \say{erweicht} und nicht vollständig aufschmilzt, wie es im SLM-Prozess geschieht. \parencite{SINTER_SMELT} Übliche Materialien für den SLM-Druck sind Aluminium-, Stahl- und Titan-Legierungen. Oft verwendet wird der Edelstahl 316L mit einem Schmelzpunkt von \qty{1390}{\celsius} und \qty{1440}{\degreeCelsius} \parencite{610LSTEEL} oder der Werkzeugstahl 1.2709 für Spritzguss-Formen. \parencite{steel12709} Diese Temperatur ist nur bewerkstelligbar durch einen starken Laser mit einer Leistung von \qty{400}{\watt} bei den meisten industriellen Maschinen bis hin zu über \qty{12}{\kilo\watt}.
 \subsection{Digitale Erschaffung und Darstellung}
-Die Grundlage eines jeden 3D-gedruckten Modells ist ein \acrfull{cad}, welches das gewünschte Teil durch 2D-Zeichnungen darstellt, welche danach zu Körpern extrudiert werden mit verschiedenen Tools. Diese Modelle werden  in \it{Standard-Tesselation-Language} (STL) konvertiert. Ein solches \it{Mesh} ist in Abbildung \ref{img:stl_1} erkennbar anhand einer Kugel. Dieses Format ist für den \it{Slicer}, ein Programm, welches das Modell für den Drucker konvertiert gedacht. Ein Slicer (engl. \it{to slice}: schneiden), \say{schneidet} das Modell in Schichten, welche der Drucker dann auftragen kann. Zusätlich kontrolliert er zumeist die Einstellungen mit welchen der Drucker arbeitet (z.B. Temperatur, Schichtdicke, Geschwindigkeit, o.Ä.). Eine STL-Datei stellt das Modell als eine Punktwolke dar, wobei immer 3 Punkte ein Dreieck, auch bekannt als \it{Facet} oder \it{Face}, bilden. Ein weiterer Aspekt, welcher von STL-Dateien gespeichert wird ist der Normalvektor eines jeden Dreiecks, mit welchem der Slicer berechnen kann, ob es eine \say{innere} oder \say{äußere} Wand ist, um eine etwaige Füllung des Teils mit \it{Lattice}-Strukturen, also einem unterstützenden Gerüst, zu ermöglichen ohne das äußere Erscheinungsbild zu beeinträchtigen. Dies ist insofern relevant, da schlecht exportierte STL-Dateien oft fehlerhafte Normalvektoren enthalten und somit beinahe undruckbar sind ohne manuelle Reperatur durch Rückführung in die originale Topologie, welche rechnerisch sehr aufwendig ist und nicht ohne Detailverluste möglich ist.
+Die Grundlage eines jeden 3D-gedruckten Modells ist ein \acrfull{cad}, welches das gewünschte Teil durch 2D-Zeichnungen darstellt, welche danach zu Körpern extrudiert werden mit verschiedenen Tools. Diese Modelle werden  in \it{Standard-Tesselation-Language} (STL) konvertiert. Ein solches \it{Mesh} ist in Abbildung \ref{img:stl_1} erkennbar anhand einer Kugel. Dieses Format ist für den \it{Slicer}, ein Programm, welches das Modell für den Drucker konvertiert gedacht. Ein Slicer (engl. \it{to slice}: schneiden), \say{schneidet} das Modell in Schichten, welche der Drucker dann auftragen kann. Zusätlich kontrolliert er zumeist die Einstellungen mit welchen der Drucker arbeitet (z.B. Temperatur, Schichtdicke, Geschwindigkeit, o.Ä.). Eine STL-Datei stellt das Modell als eine Punktwolke dar, wobei immer 3 Punkte ein Dreieck, auch bekannt als \it{Facet} oder \it{Face}, bilden. Ein weiterer Aspekt, welcher von STL-Dateien gespeichert wird ist der Normalvektor eines jeden Dreiecks, mit welchem der Slicer berechnen kann, ob es eine \say{innere} oder \say{äußere} Wand ist, um eine etwaige Füllung des Teils mit \it{Lattice}-Strukturen, also einem unterstützenden Gerüst, zu ermöglichen ohne das äußere Erscheinungsbild zu beeinträchtigen. Dies ist insofern relevant, da schlecht exportierte STL-Dateien oft fehlerhafte Normalvektoren enthalten und somit beinahe undruckbar sind ohne manuelle Reparatur durch Rückführung in die originale Topologie, welche rechnerisch sehr aufwendig ist und nicht ohne Detailverluste möglich ist.
 \begin{figure}[h]
 \begin{center}
 	\includegraphics[width=.7\textwidth]{stl_file_1}
 	\ccaption{Wireframe eines Würfels und einer Kugel im STL-Datenformat}{\url{https://www.protolabs.com/media/1022944/pl-dt-may-2021_570x308-02.png}}
 	\label{img:stl_1}
 \end{center}
 \end{figure}	
-Das STL-Format ist sehr effizient darin, ebene Oberflächen darzustellen, da diese aus mehreren Dreiecken bestehen. Wenn jedoch eine Krümmung einzurechnen ist, muss wie in Abb. \ref{img:stl_1} zu erkennen ist, diese Krümmung mit Dreiecken angenähert werden. Dieser Vorgang führt eine Ungenauigkeit ein, welche durch Approxmiationen eingedämmt werden kann. Daraus können oft Dateien im Gigabyte-Bereich entstehen, welche mit Optimierung nur einige Megabyte groß sein würden. Zu große Dateien können bei Druckern mit begrenztem Arbeitsspeicher zu einem Absturz während des Drucks führen und dabei sogar die Maschine beschädigen. \parencite{stl_1} 
+Das STL-Format ist sehr effizient darin, ebene Oberflächen darzustellen, da diese aus mehreren Dreiecken bestehen. Wenn jedoch eine Krümmung einzurechnen ist, muss wie in Abb. \ref{img:stl_1} zu erkennen ist, diese Krümmung mit Dreiecken angenähert werden. Dieser Vorgang führt eine Ungenauigkeit ein, welche durch Approximationen eingedämmt werden kann. Daraus können oft Dateien im Gigabyte-Bereich entstehen, welche mit Optimierung nur einige Megabyte groß sein würden. Zu große Dateien können bei Druckern mit begrenztem Arbeitsspeicher zu einem Absturz während des Drucks führen und dabei sogar die Maschine beschädigen. \parencite{stl_1} 
 
 Als Alternative zum STL-Format steht das STEP-Format, welches Krümmungen mit sogenannten \it{Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS)} darstellt.
 Diese ermöglichen es, beliebige Kurven und Formen darzustellen. Das Format wird immer beliebter, wobei es noch weit vom Nutzungsgrad der STL-Dateien entfernt ist, da es rechnerisch intensiver ist und von vielen populären Programmen nicht unterstützt wird die im Hobby- \& Industriebereich verwendet werden. Die Präzision dieses Formats ist oft hoch gelobt, jedoch in der Praxis aufgrund von schlecht kalibrierten Maschinen sowie auch technischen Limitationen in den meisten Fällen nicht relevant. \parencite{ADOBESTEP}

chapters/fazit.tex

@@ -1,4 +1,13 @@
 %! TEX root = ../main.tex
 \documentclass[../main.tex]{subfiles}
 \begin{document}
+\section{Fazit}
+Zusammenfassend ist festzustellen, dass der Metall-3D-Druck eine Gruppe von Technologien ist, an welchen aktiv geforscht wird. \acrshort{slm} ist die Haupttechnologie in Verwendung und Forschung aufgrund der vielen Möglichkeiten dessen, was damit hergestellt werden kann.
+Dennoch verwenden viele Firmen bereits einen Metall-3D-Drucker aufgrund der vielen Vorteile im Kontrast zu subtraktiver Herstellung, wie dem Einsparen von Materialien sowie auch dem Fakt, dass viele Geometrien subtraktiv nicht herstellbar sind. 
+Weiterentwicklungen der Technologien ermöglichen in Zukunft revolutionäre Möglichkeiten in Raumfahrt, Luftfahrt, Medizin und in der Wissenschaft als Ganzes, da dadurch höchst stabile Prototypen produzierbar sind.\parencite{Singh2020} 
+Weiterführend wäre eine Studie zu den tatsächlichen Einsparnissen höchst spannend, da während der Recherchen solche Daten nicht verfügbar waren. Zudem wäre auch eine praktische werkstofftechnische, destruktive Analyse von 3D-gedruckten Teilen in verschiedenen Orientierungen höchst spannend.
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+Im Allgemeinen war diese Arbeit eine spannende Erfahrung, besonders im Rahmen des Praktikums an der Fachhochschule Wels, in welchem ich eine \acrshort{slm}-Maschine selbst bedienen und kennenlernen durfte. Dies erlaubte mir ein viel besseres Verständnis der Technologie, welche Literatur nie vermitteln hätte können.
+
+
 \end{document}