Erklärung

Der Begriff Rapid-Prototyping dient als Dachbezeichnung vieler Verfahren einer schnellen Modellanfertigung. 

Rapid-Prototyping ist eine Spezialform des normalen Prototypings, die auf 3D-Konstruktionsdateien basiert. Alle Fertigungsverfahren, die CAD-Daten in Werkstücke umsetzen können sind eingeschlossen. Neben Produktion durch generative Fertigungsverfahren findet auch Produktion durch automatisierte Maschinen Einsatz.

Der verkürzte Modellbau beschleunigt die Produktentwicklung an verschiedenen Punkten im Entwicklungsprozess und gibt Sicherheit für die Serienfertigung.

Ziel

Ziele der automatisierten Prototypenfertigungs sind:

  • schnelle aber dennoch detaillierte Prototypenherstellung 
  • Einsparen menschlicher Arbeitskräfte 
  • kurze Reaktionszeiten auf Änderungen 
  • geringere Entwicklungskosten 
  • Überprüfen komplexer Geometrien 
  • Testen von Zwischenergebnissen 
  • Risikominimierung, da schnelle Tests möglich sind 
  • kurzfristige, haptische Visualisierung von Ideen - Lösungsfindung beschleunigen 
  • frühzeitiges Entdecken von Fehlern/ Schwächen  

Vorgehen

Welches Rapid-Prototyping-Verfahren soll eingesetzt werden?

Jedes Verfahren hat seine Stärken und Schwächen. Ziel ist die richtige Verfahrenswahl, um möglichst nahe an die Eigenschaften des späteren Originalteiles zu kommen. 

Worauf es ankommt:

  • Sind die geforderten Materialeigenschaften/Werkstoff ausschlaggebend? 
  • Welche geometrische Gestalt hat der Prototyp? 
  • Was ist der Einsatzzweck (Design-, Funktions- oder Fertigungsmodell)? 
  • Welche Genauigkeiten und mögliche Toleranzen müssen erreichbar sein? 
  • Wie hoch können Herstellungskosten sein? 
  • Wie hoch darf der Zeitaufwand für Vorbereitung und Durchführung sein? 
  • Wie viel Nachbearbeitungsaufwand wurde kalkuliert?


Welche Verfahren gibt es?

Generative Fertigungsverfahren (auch sequenzielles Urformen) Werkstücke werden aus formlosem Material durch chemische/physikalische Gesetzmäßigkeiten, aber ohne den Einsatz besonderer Werkzeuge, direkt auf Basis digitaler Datensätze innerhalb kurzer Zeit gefertigt (1-5 Tage)

Diese sind z.B.:

  • Stereolithographie (STL) 
  • Lasersintern (SLS) 
  • Lasersintern (SLS) 
  • Laserschmelzen (SLM)
  • Solider- oder Cubitalverfahren
  • Laminated Object Manufacturing (LOM) 
  • Fused Deposition Modelling (FDM) 
  • Multi Jet Modelling (MJM) 
  • 3D Druck

Gießtechnische Nachfolgeverfahren 

Für die Vervielfältigung von Urmodellen werden oft gießtechnische Nachfolgeverfahren eingesetzt, die sowohl für Kunststoffteile wie auch für Metallgussteile angewendet werden können (als Basis dient z.B. ein 3D-gedrucktes Urmodell). 

Gängige Verfahren sind:

  • Kunststoff-Vakuumguss (Polyurethan-Gießharz)  
  • Metallguss (z.B. durch Vakuum Differenzdruck Verfahren)


siehe auch Tool "Rapid Tooling"

Mechanische Fertigung

Eine weitere Möglichkeit der Herstellung von Prototypen ist die mechanische Fertigung um in einem kurzen Zeitraum komplexe Modelle und Bauteile aus Original-Werkstoffen zu fertigen.

Eingesetzt werden:

  • CNC-Formfräsen 
  • Laser Cutter 
  • Drehen 
  • Erodieren 

Tipp

Rapid-Prototyping ist nicht nur ein schnelles Verfahren, sondern bietet auch aus ökologischen Gesichtspunkten Vorteile:

Das additive Manufacturing basiert auf urformendem Aufbau von Objekten, wodurch ein erheblicher Teil an Abfall eingespart wird, was beachtlich Kosten senkt. Zudem werden nachhaltig Ressourcen geschont, da wirklich nur das Material benutzt wird, das auch benötigt wird. Ausnahme ist nur Stützmaterial (=support), das durch eine geschickte Modellierung signifikant reduziert werden kann.

Quellen

http://www.fabberhouse.de
https://www.1zu1prototypen.com/technologien.htm 
www.eos.info
http://www.materialise.de/ 
https://www.protolabs.de/
http://www.stratasys.com  
http://docplayer.org/4633365-Verfahren-des-rapid-prototyping-moeglichkeiten-und-grenzen-kurzfristig-verfuegbar-kostenguenstig-genau-z-t-hoch-belastbar.html 

 Script / Generative Verfahren / Prof. Wolfgang Schabbach

Beispiele