Rapid Prototyping, 3D Druck und Prototypenbau von Prototec

Unter Rapid Prototyping, heute auch oft als 3D Druck oder 3D Printing bezeichnet, versteht man die schnelle und kosteneffiziente Herstellung von Werkstücken (Prototypen, Mustern, Modellen, Werkzeugen und Endprodukten) mit Hilfe von computergesteuerten Fertigungsverfahren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Fertigungsprozessen, wie der Einsatz von Fräsmaschinen, die aus Feststoffblöcken das fertige Teil herausschneiden, wird beim Rapid Prototyping das Werkstück durch speziell entwickelte Maschinen schichtweise aufgebaut.

Die ersten Rapid-Prototyping-Verfahren wurden in den 80er Jahren entwickelt. Sie dienten hauptsächlich der Herstellung von Modellen und Prototypen, woher sich auch der Name Rapid Prototyping ableitet. Seitdem kamen etliche neue Rapid-Prototyping-Verfahren hinzu, die unter anderem neue Anwendungsgebiete erschlossen. So lassen sich durch Rapid Prototyping inzwischen Werkstücke bei geringen Stückzahlen in Serienqualität herstellen.

Aufgrund der Vielzahl verschiedener Verfahren und der Tatsache, dass heutzutage nicht mehr nur Prototypen hergestellt werden, benutzt man immer häufiger den Oberbegriff generatives Herstellungsverfahren für Rapid Prototyping.


Stereolithographie / Rapid-Prototyping

Ablauf des Rapid-Prototyping-Vorgangs

Als Grundlage zum Rapid Prototyping dient in der Regel ein dreidimensionales CAD-Modell (Computer Aided Design) sowie das STL-Format (Surface Tesselation Language) als Datenschnittstelle. Das virtuelle Modell wird im Fertigungsprozess in eine Vielzahl an dünnen, horizontalen Ebenen unterteilt, die später den einzelnen Schichten entsprechen, in denen der Werkstoff aufgetragen wird. Je nach Rapid-Prototyping-Verfahren kommen dabei unterschiedliche Werkstoffe zum Einsatz, unter anderem: Kunststoffe, Metalle, Papier, Keramik, Glas oder Beton. Nachdem das Auftragen der Schichten abgeschlossen ist, werden eventuell vorhandene Stützstreben (bei komplexen Strukturen oder mehrteiligen Elementen) entfernt und das Werkstück, sofern notwendig, von Verunreinigungen und Werkstoffresten gesäubert.


Einsatzgebiete von Rapid Prototyping

Primär wird Rapid Prototyping noch immer für die Herstellung von Modellen und Prototypen genutzt. Doch generative Fertigungsverfahren erlauben inzwischen auch die maßgeschneiderte und wirtschaftliche Herstellung von komplexen Endprodukten (zum Beispiel in der Zahnmedizin oder bei Hörgeräten), Rapid Manufacturing genannt. Eine andere Einsatzmöglichkeit von Rapid Prototyping ist das Rapid Tooling, die Herstellung von Werkzeugen oder Werkzeugeinsätzen. Im Gegensatz zu Werkzeugen aus Vollmaterial gewährleistet Rapid Prototyping verbesserte Materialeigenschaften und eröffnet neue Fertigungsmöglichkeiten. So lassen sich zum Beispiel konturnahe Kühlkanäle realisieren, was in einer Verbesserung der Kühlleistung resultiert.


Rapid-Prototyping-Verfahren

Zu den am häufigsten genutzten Rapid-Prototyping-Verfahren zählen:


Vorteile von Rapid Prototyping

Die schichtenweise Herstellung (Additive Layer Manufacturing) von Werkstücken mittels Rapid Prototyping erlaubt es, komplexe Formen zu fertigen, die mit herkömmlichen Prozessen unwirtschaftlich oder schlicht unmöglich herzustellen wären. Durch Rapid Prototyping können fehlerhafte Konzepte identifiziert und früh im Entwicklungsprozess Korrekturen am Design vorgenommen werden. So lassen sich beispielsweise notwendige Konstruktionsmerkmale hinzufügen und redundante Teile eliminieren. Das reduziert die effektive Entwicklungszeit und senkt die Kosten.

Rapid Prototyping kann durch die Visualisierung in der frühen Designphase auch die Kommunikation zwischen unterschiedlichen Abteilungen, wie Entwicklung, Marketing und Vertrieb, entscheidend verbessern. So können Vorgaben und Erwartungen gezielt und frühzeitig einander angepasst werden.

Die daraus resultierenden Zeit- und Kostenersparnisse können unter anderem dazu genutzt werden:

  • Mehr Produktvarianten zu entwickeln (innovationsfördernd)
  • Die Produktkomplexität zu erhöhen
  • Lieferzeiten zu verkürzen
  • Deadlines einzuhalten

Rapid Prototyping ist heute aus vielen Industrien nicht mehr wegzudenken. Ob Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Rüstung oder Medizin, sie und viele andere profitieren von den Möglichkeiten, die Rapid Prototyping eröffnet.