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Rapid Prototyping ist der Überbegriff für diverse Verfahren zur Herstellung von Musterteilen oder Prototypen direkt aus Konstruktionsdaten heraus. Der Begriff lässt sich mit „schneller Modellbau“ ins Deutsche übersetzen. Das Ziel des Verfahrens ist es, vorliegende CAD-Daten schnell und ohne Umwege über manuelle Eingriffe oder Formen in Werkstücke umzusetzen. Der Begriff des schnellen Modellbaus ist seit den frühen 1980er Jahren bekannt.
Rapid Prototyping:
- Ist schnell und kostengünstig
- Lässt sich ohne Formen oder Werkzeuge realisieren
- Gehört zu den additiven Fertigungsverfahren
Womit wird Rapid Prototyping durchgeführt?
Abhängig von dem verwendeten Material, aus dem ein Modell erstellt werden soll, haben sich im Bereich des schnellen Modellbaus unterschiedliche Verfahren entwickelt. Zur Beantwortung der Frage “Was ist Rapid Prototyping?” muss man sich auch immer die unterschiedlichen Verfahren ansehen. Neben der Stereolithographie, dem Lasersintern oder Laserschmelzen und auch dem Polyamidguss hat sich vor allem das Fused Deposition Modeling als überaus geeignet für den schnellen Modellbau herausgestellt. Fused Deposition Modeling (kurz: FDM) bezeichnet ein 3D-Druckverfahren, bei dem verflüssigter Kunststoff schichtweise über eine Düse auf eine Bauplattform aufgetragen wird. So wird Schicht für Schicht ein vollständiger geometrischer Körper direkt aus CAD-Daten heraus realisiert.
Wie funktioniert FDM im schnellen Modellbau genau?
Beim Fused Deposition Modeling wird ganz ähnlich wie bei einem Tintenstrahldrucker ein Raster aus Punkten auf eine Fläche aufgetragen. Diese Punkte entstehen dabei durch verflüssigten Kunststoff (zumeist ABS), der durch eine Düse auf eine Plattform aufgetragen wird. Durch Erhärten des Kunststoffs entsteht so schichtweise ein Modell, was vorher in einem Konstruktionsprogramm erstellt wurde. Die Dicke der einzelnen Schichten liegt zwischen 0,025 und 1,25 mm. Sofern Überhänge erstellt werden sollen, wird zusätzlich zum eigentlichen Modell noch eine Stützkonstruktion mitgedruckt.
Was sind die Vorteile von Rapid Prototyping?
Der größte Vorteil des Verfahrens ist bereits im Begriff des Rapid Prototyping enthalten. Diese Technologie ermöglicht es nämlich, Designideen und Konstruktionen extrem schnell in ein Modell umzusetzen. Neben der Schnelligkeit gehören auch geringe Investitionskosten, geringe Nutzungskosten (für Material und Maschinenstundensatz) sowie ein überaus einfaches Handling zu den Vorteilen des schnellen Modellbaus. Je nach Anwendungsfall lohnt sich in vielen Fällen die Anschaffung eines eigenen FDM-Druckers, was die Kosten für den Druck auf lange Sicht gesehen nochmals deutlich reduzieren kann. Sollen nur unregelmäßig Prototypen und Modelle gedruckt werden, ist die Beauftragung eines Dienstleisters für den schnellen Modellbau jedoch zu bevorzugen.
Wieso sollte man auf den schnellen Modellbau setzen?
Mit dem schnellen Modellbau lassen sich Ideen, Designkonzepte und Visionen schnell und günstig umsetzen. Die Modelle sehen wie echte Produkte aus und können mit geringstem Risiko erprobt werden. Im Designprozess ist man so nicht mehr ausschließlich auf digitale Visualisierung am Bildschirm angewiesen, sondern kann das Konzept direkt „anfassen“. Physische Modelle ermöglichen das Teilen von Designideen mit Kunden oder Kollegen – auf eine wesentlich effektivere Art als der reine Austausch digitaler Dateien.
Welche Anwendungsbereiche lassen sich mit Rapid Prototyping abdecken?
Im Bereich Design lassen sich Modelle mit höchstem Detailgrad und einer überzeugenden Oberflächenqualität herstellen. So wird eine umfassende optische Beurteilung eines Entwurfes ermöglicht. Die gedruckten Modelle lassen sich auch hinsichtlich der Anwendungseigenschaften und der Bedienbarkeit überprüfen. Auch die Funktionalität, die Passgenauigkeit oder physikalische Eigenschaften lassen sich an gedruckten Modellen bereits im Designprozess überprüfen. Da die Modelle detailliert Auskunft über die Form und Proportionen eines Bauteils geben, lassen sich bereits in der frühen Phase des Designprozess die späteren Eigenschaften eines Teils erkennen. Nicht zuletzt lässt sich am gedruckten Modell ablesen, ob sämtliche Funktionsanforderungen eines Endproduktes auch wirklich erfüllt werden.
In welchen Branchen wird der schnelle Modellbau eingesetzt?
Insbesondere in der Industrie ist der schnelle Modellbau extrem weit verbreitet. Flugzeugbauer nutzen die Möglichkeit sowohl für die Herstellung von Prototypen, als auch für die Umsetzung von Funktionsmodellen, beispielsweise für den Test von Antriebsschrauben. In der Automobilbranche optimiert das Verfahren die Herstellung von Kleinserien und ermöglicht die Umsetzung von individuellen Baureihen. Auch in der Architektur ist der schnelle Modellbau gefragt. Immer mehr Architekten überprüfen Ihre Konzepte durch gedruckte Modelle – und nutzen diese auch zur präzisen Veranschaulichung. Im Gesundheitssektor dient das Verfahren zum Bau von Prothesen oder Implantaten. Da sich die Modelle auf jeden Patienten extrem individuell anpassen lassen, gehört der schnelle Modellbau mittlerweile zum Standard im medizinischen Bereich. Im Maschinenbau hingegen kommt der schnelle Prototypenbau zur Konzeption von Ersatzteilen, aber auch für die Umsetzung von Einzelteilen, zum Einsatz.
Fazit zum Rapid Prototyping
Der schnelle Modellbau ermöglicht die einfache und günstige Visualisierung von Konzepten, Ideen und Visionen. Die hochentwickelte Technik lässt den 3D-Druck von Modellen auch für Endanwender interessant werden. In der Industrie gehört der schnelle Modellbau mittlerweile zu den Standard-Verfahren und es ist abzusehen, dass sich der Einsatzbereich zukünftig noch wesentlich erweitern wird.