Rapid Prototyping
Rapid Protoyping bedeutet im Deutschen „schneller Modellbau“. Es ist ein Überbegriff aller Verfahren, mit denen man schnell Modellbauteile, sogenannte Prototypen herstellen kann.
Beim Rapid Prototyping handelt es sich um ein Fertigungsverfahren ohne Form. Dabei wird schichtweise Material aufgetragen – ähnlich wie bei der additiven Fertigung oder beim 3D-Druck. Ziel des Rapid Prototypings ist es, vorhandene CAD-Dateien möglichst schnell in Werkstücke umzusetzen, ohne dabei Formen zu verwenden oder manuelle Fertigungen hinzuzuziehen.
Das Rapid Prototyping unterstützt sowohl die Visualisierung als auch den Entwurf. Außerdem ist es ein wichtiger Schritt im Herstellungsprozess. Konventionellere Verfahren sind spanende Verfahren wie Drehen, Fräsen und Schleifen. Außerdem die spanlose Formgebung, bei der der Modellaufbau durch flüssiges Material beim Gießen erfolgt.
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Arten des Rapid Prototyping
Die Stereolithographie war die erste erfolgreiche Methode des 3D-Drucks. Mit einem computergesteuerten Lichtstrahl wird flüssiges Kunstharz schichtweise aufgetragen und ausgehärtet. Diese Technik ist schnell und erschwinglich.
Thermoplastisches Filament auf einer Spule wird in einem Druckzylinder geschmolzen. Der dadurch entstandene flüssige Kunststoff wird durch einen 3D-Druckkopf schichtweise abgelegt.
Selektives Laserintern wird für Kunststoff- und Metall-Prototypen verwendet. Auch bei diesem Verfahren wird durch einen Laser das Material schichtweise aufgetragen. Das Pulvermaterial wird dabei erhitzt und sintert. Die Oberflächenstruktur ist bei diesem Verfahren sehr rau. Daher ist meistens eine Nachbearbeitung nötig.
Bei diesem Verfahren werden dünne Laminate, die vorher mittels eines Laserschneiders geschnitten wurden, nacheinander aufeinandergeschichtet. Bis das herzustellende Teil fertig ist, werden alle Schichten aufeinander geklebt.
Das Selektive Laserschmelzen wird oft für die Herstellung komplexer Teile eingesetzt. Haupteinsatzbereiche sind die Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrt sowie die Medizintechnik.
Hierbei handelt es sich um ein pulverbettbasiertes Schmelzverfahren. Es werden feine Metallpulver verwendet, die schichtweise geschmolzen werden. Die Prototypen entstehen durch einen Elektronenstrahl oder einen Hochleistungslaser.
Die digitale Lichterarbeitung ist eine Verfahrensvariante des CLIP-Verfahrens. Hierzu benötigt man Stützstrukturen sowie eine gewisse Aushärtung nach dem Bauen. Teil wird kontinuierlich aus einem Bottich gezogen,
Prototypen werden hergestellt, ohne schichtweise arbeiten zu müssen. Dazu wird ein Teil aus dem Behälter gezogen und währenddessen von einer beleuchteten Fläche durchquert. Diese ändert ihre Konfiguration um so das gewünschte Querschnittsmuster auf dem Kunststoff zu erzeugen.
Der Vorteil von Binder Jetting ist, dass mehrere Teile gleichzeitig bedruckt werden können. Dabei kommt ein Pulverbett zum Einsatz, auf das Düsen mikrofeine Flüssigkeitstropfen sprühen. So verbinden sich die Pulverpartikel miteinander und bilden eine Schicht des zu fertigenden Teils.
Jede Schicht wird durch eine Walze verdichtet, bevor die nächste Pulverschicht aufgetragen wird und der Prozess von vorne beginnt. Nach der Fertigstellung folgt die Aushärtung im Ofen. Zusammenhängende Teile werden dabei miteinander verschmolzen und Bindemittel brennen ab.
Die Vorteile des Rapid Prototypings liegen klar auf der Hand. Es kann sich schon vorab ein Bild vom Design und der Funktionalität des späteren Produktes gemacht werden. Dadurch ist es einfacher, Änderungen oder Verbesserungen im Vorfeld umzusetzen. Dies spart Zeit und Kosten.
Das Rapid Prototyping ist ein automatisierter Prozess. Es ist kein manuelles Eingreifen nötig. Es handelt sich um ein präzises Verfahren, da es auf CAD-Dateien zugreift.
Die Kosten für das Rapid Prototyping hängt von Faktoren wie Größe, Volumen, Oberflächenbeschaffenheit, verwendete Materialien und einer eventuellen Nachbearbeitung ab. Daher sind die Kosten sehr individuell.
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