Alles was Du über digitales Rapid Prototyping wissen musst

Rapid-Prototyping meint eine Methode, bei der Prototypen schnell und einfach angefertigt werden können.

Rapid Prototyping, also der „schnelle Bau eines Prototypen“, ist als Verfahren die berühmte eierlegende Wollmilchsau. Nicht nur größere Firmen wie etwa Autohersteller können nicht mehr auf Rapid Prototyping für die Fertigung ihrer Prototypen verzichten.

Auch bei kleineren und mittleren Unternehmen hilft das Verfahren des Rapid Prototyping nämlich dabei, Kosten zu sparen, kürzere Produktentwicklungszeiten zu verwirklichen und mehrere Varianten eines Produktes zu entwickeln.

Das Verfahren ist durch diese Faktoren im Grunde eine unerlässliche Prozedur für die Welt der schnelllebigen Trends geworden.

Wo hat es sonst schon mal eine Innovation gegeben, die Kosten einspart, schnelleres Arbeiten erlaubt und eine größere Produktvariation ermöglicht?

In dieser Hinsicht ist Rapid Prototyping wohl nahezu konkurrenzlos.

So können durch das 3D Druckverfahren schließlich in sehr kurzer Zeit Prototypen entwickelt werden. Und diese sind ja für die Entwicklung eines Produktes oft unerlässlich. Oder es werden Prototypen für die Messe gebraucht, um Investoren zu generieren – auch sehr bedeutend.

Die zügige Entwicklung eines solchen Modells wäre aber ohne Rapid Prototyping oft nicht machbar, ohne dass der Controller im Dreieck springt, weil die Kosten explodieren.

Von der Schuhsohle bis zum Musterhaus

Der Kostenfaktor beim modernen 3D Prototyping ist in vieler Hinsicht geringer. So ist es natürlich günstiger, wenn Werkzeuge für die Modelle hergestellt werden. Die aufwendige Erzeugung von gefrästen Gussformen war gestern.

Rapid Prototyping bedeutet Schnelligkeit und Fortschritt. Genau aus diesem Grund ist es manchen Firmen heutzutage überhaupt möglich, verschiedene Varianten eines Produktes anbieten zu können. Eben weil man nicht erst verschiedene Werkzeuge oder Formen mit hohem Aufwand anfertigen muss.

Die Range an Erzeugnissen, die hergestellt werden können, ist vielfältig geworden. Mit Rapid Prototyping können sowohl unterschiedliche Entwicklungsstufen als auch Endprodukte produziert werden. Von Messemodellen, Ersatzteilen und Kleinserien mal ganz abgesehen.

Wie das geht?

Wichtig ist zunächst eine genaue Erstellung der Konstruktionsdaten. Beim Rapid Prototyping wird das entsprechende Produkt nämlich direkt vom Computer aus materialisiert. Das funktioniert, weil dieser mit dem 3D-Drucker verbunden ist. Dort werden die Daten in Taten umgesetzt.

Der Druck erfolgt schichtweise über eine Düse, die zum Beispiel verflüssigten Kunststoff auf eine absinkende Trägerplatte weitergibt. Der Aufbau der Form und die Maße werden vom Computer gesteuert. So findet die neue Schuhsohle oder gar das Musterhaus seinen Anfang.

Gute Gründe für Rapid Prototyping

Die Rapid Prototyping-Technologie gewinnt bei den Konstrukteuren und Herstellern immer mehr an Bedeutung. Wie bereits erwähnt bietet sie eine schnelle und kostengünstige Möglichkeit, das Potenzial eines Produkts sichtbar zu machen. Dadurch werden auch Ecken und Kanten ausgemacht, die noch geschliffen werden müssen. Das heißt, Fehler können behoben werden, weil es keinen unmöglich großen Aufwand darstellt, neue Prototypen zu erstellen. Das verkürzt die Entwicklungszeit. Ebenso können durch die schnelle Art der Visualisierung das Engineering mit der Herstellung und dem Marketing bereits in einem sehr frühen Entwicklungsstadium miteinander arbeiten.

Die Vorteile für Unternehmen auf einen Blick:

• Entwicklungszeit verringert sich
• Kostspielige Fehler können vermieden werden
• Kostenersparnis in der Produktion
• Eine größere Anzahl von Produktvarianten ist möglich
• Produktkomplexität kann erhöht werden
• Schnellere Lieferzeit

Die verschiedenen Verfahren des Rapid Prototyping

Im Jahr 1990 kannte gerade mal ein Fünftel aller Hersteller Rapid Prototyping als Methode zur Schöpfung neuer Produkte. Und nur jeder Zwanzigste nutzte sie auch. Heute ist sie fest in den Alltag der Firmen integriert. Das mag auch daran liegen, dass die Auswahl an nutzbaren Werkstoffen gestiegen ist. Kunstharz, Kunststoffe, Keramik, Papier, Aluminium oder sogar Stahl können bearbeitet werden. Je nach Bedarf kommt es auf die unterschiedlichen Verfahren an, die spezifische Anforderungen entsprechend bedienen können.

Wenn man es zum Beispiel ganz genau haben will, eignet sich das Polygraphie oder auch Polyjet-oder Inkjet-Verfahren. Es ermöglicht eine hohe Präzession. Bei diesem 3D Druckverfahren wird haltbares und formbeständiges Kunstharz verwertet. Es ist zunächst flüssig. Wenn es Schicht für Schicht aufgebracht wird, härtet ein UV-Licht es aus. Bei diesem Verfahren ist die Anfertigung von sehr detaillierten Objekten mit ebenmäßiger Oberfläche möglich. Ähnliche Wirksamkeit weist die Stereolithografie auf. Hierbei werden die Kunstharze in dünnen Schichten von einem Laser ausgehärtet. Auch dabei sind filigrane Exponate mit glatten Oberflächen möglich. Die Patentanmeldung wurde bereits 1984 vom US-Physiker Chuck Hull eingereicht.

Ebenfalls ein Klassiker ist das Lasersintern. Auch hier wird das gewünschte Konstrukt Schicht für Schicht aufgebaut. Das Material ist aber im Unterschied zu den anderen beiden Verfahren nicht flüssig. Stattdessen handelt es sich um eine Pulverschicht, deren Partikel vom Laser verschmolzen werden. Dadurch wird das Pulver Schicht für Schicht miteinander verbunden. Möglich sind kunststoffähnlichen Materialien. So kann man etwa Nylon, Elastomere, Alumide oder Polyamide verwenden.

Beim klassischen 3D Printing verwendet der Drucker dagegen ein gipsartiges Pulver. Dieses wird als dünne Schicht zerstreut. Die Genauigkeit ist nicht ganz so hoch, die Beschaffenheit der Oberfläche weniger glatt. Vorteil aber sind die Kosten, die hierbei sehr gering sind.

Die Robusten

Ebenso günstig und daher auch perfekt für die Herstellung von Kleinserien geeignet ist das Vakuumguss-Verfahren. Hierbei braucht man allerdings einen bereits vorhandenen Prototyp, das sogenannte Urmodell. Daraus wird dann eine teilbare Silikonform hergestellt. Nach der Polymerisierung des Silikons wird die Form geteilt und der Prototyp entnommen. Die entstandene Form wird nachher zur Vervielfältigung verwendet. Diese Art des Rapid Prototyping Verfahrens ist natürlich auch ideal, um Bauteile herzustellen. Schließlich lässt auch die Robustheit nicht zu wünschen übrig.

Wenn es um langlebige und stabile Modelle geht, eignen sich zwei weitere Rapid Prototyping Verfahren. Beim Fused Deposition Modeling oder auch Schmelzschichtungsverfahren wird der Prototyp schichtweise aus einem schmelzfähigen Kunststoff erstellt. Dabei wird oft mit Kunststoff, der sich für Objekte mit hoher Beanspruchung eignet, gearbeitet. Beim Selektiven Laserschmelzen oder auch Metallsintern dagegen verwendet man eben Aluminium, Stahl oder auch Titan zum 3D Druck. Auch hier werden die Bauteile im Schichtbauverfahren aufgebaut.

Noch nicht angewendet? Dann aber schnell!

Dank der unterschiedlichen Verfahren gib es also fast nichts, was nicht mit Rapid Prototyping hergestellt werden kann. So hilft das Verfahren auch in den Bereichen Medizin und Forschung. Implantate können zum Beispiel ganz individuell und dennoch kostengünstig hergestellt werden. Und in den USA setzt bereits die komplette Hörgeräte-Industrie auf Rapid Prototyping. Die Methode hat sich also in vielerlei Hinsicht etabliert. Wer es noch nicht probiert hat, weiß, was nun nachzuholen ist.

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Häufige Fragen zum Rapid Prototyping