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Das Rapid-Prototyping umschreibt eine Vielzahl an Fertigungsverfahren, die angewandt werden, um möglichst schnell dreidimensionale Werkstücke in kleinen Stückzahlen herzustellen. Dabei können nicht nur Fertigteile und Werkzeuge aus Kunststoff, sondern aus ganz verschiedenen Materialien, so beispielsweise aus Metallen, Keramik oder Beton prompt und ohne grossen Aufwand produziert werden.
Früher wurden Modelle zunächst aus Wachs oder Holz gefertigt. Anhand dieser Werkstücke konnte man Design und Form der Muster erkennen. Wenn man jedoch die technischen Eigenschaften der Teile beurteilen wollte, kam man bei diesen Modellen schnell an die Grenzen des Möglichen. Für die Ermittlung von technischen Daten mussten Teile aufwendig hergestellt werden. Entweder erfolgte dies mithilfe grosstechnischer Produktionsverfahren, die auch heutzutage in der seriellen Fertigung eingesetzt werden, oder mittels zeitaufwendiger, arbeitsintensiver handwerklicher Methoden.
Additive SLA- und SLS-Verfahren
Der 3D-Druck ist ein additives Fertigungsverfahren mit dem dreidimensionale Teile, von denen entsprechende CAD-Daten existieren, ohne grossen handwerklichen Aufwand hergestellt werden können. Zu den modernen additiven Rapid-Prototyping-Verfahren zählen beispielsweise das Selektive Lasersintern (SLS) und die Stereolithographie (SLA).
Bei den additiven Verfahren werden die Teile schichtweise durch den Auftrag von Material hergestellt. Dabei können einzelne Werkstücke oder Kleinserien aus Kunststoffen, Harzen, aber auch aus Metallen aufgebaut werden. Das Stereolithographie-Verfahren gibt es seit Mitte der 1980er-Jahre. Die ersten SLS-Anlagen für das selektive Lasersintern existieren seit den 1990-er-Jahren. Seit dem Jahr 2010 gibt es sogar 3D-Drucker für den privaten Gebrauch auf dem Markt.
Aus einem CAD-Modell wird ein Bauteil
Früher wurden Werkstücke traditionell manuell konstruiert. Die Qualität der Konstruktion war massgeblich vom Know-how des Konstrukteurs abhängig. Anhand der Konstruktionszeichnung wurden die Bauteile entweder manuell von Mechanikern handwerklich hergestellt oder gingen direkt in die industrielle Fertigung. Heute wird der Konstrukteur bei der Konstruktion durch moderne Computersoftware unterstützt.
Beim verfahrensgerechten Konstruieren mit einem CAD-Programm ist – im Vergleich zur konventionellen Konstruktion – deutliches Optimierungspotential im Bezug auf Gewicht und Struktur der Bauteile gegeben. Nach dem Konstruieren werden die fertigen 3D-Daten vom PC direkt an den 3D-Drucker geschickt, der dann im SLA- oder SLS-Verfahren die Muster produziert. Im Anschluss an die Herstellung können die Werkstücke oder Werkzeuge mit mechanischen Verfahren weiterbearbeitet werden, um die geforderten Massgenauigkeiten, die gewünschte Oberfläche sowie Haptik zu erreichen oder um Gewinde einzuschneiden.
Links/Quellen:
- Vonallmen.ch: Rapid-Prototyping-Verfahren
- Tu-dresden.de: Verfahren des Rapid Prototyping, TU Dresden
- Stereolithographie (SLA), Selektives Lasersintern (SLS), Wikipedia
Foto CC0 Public Domain via Pixabay