Sie brauchen Prototypen?

Wir zeigen Ihnen wie schnell Rapid Prototyping bei uns funktioniert

Rapid Prototyping

Was versteht man unter Rapid Prototyping?

Der Grundgedanke des Rapid Prototyping geht zurück auf den Bedarf an kurzfristig verfügbaren Mustern und Prototypen, um schnelle Rückschlüsse

auf die Funktionalität und notwendige Optimierungen ziehen zu können.

Wie wäre es, wenn auf Muster nicht mehr Wochen oder gar Monate gewartet werden muss? Wenn Prototypen schnell verfügbar

und die Kosten gering wären?

Die Vorteile liegen auf der Hand: Die Entwicklung von neuen Produkten wird beschleunigt und deren Kosten gesenkt, da Herstellung,

Funktionsüberprüfung und Optimierung eines Bauteils deutlich weniger Zeit in Anspruch nehmen.

Ihre Vorteile

fast grenzenlose Designfreiheit

schnelle Umsetzung in 3-dimensionale Bauteile

gleichzeitige Kosten- und Material- bzw. Gewichtsreduzierung

Sonde aus Edelstahl

Sonde aus Edelstahl

mit 5 rotierenden Kanälen

Sonde

Sonde

Gesamtlänge der Sonde 40mm Gesamtdurchmesser 6mm

Sonde

Sonde

5 Kanäle im Druchmesser von jeweils 1mm. Wandstärke der Kanäle 0,200mm.

Sonde

Sonde

mit 4 Kanälen von jeweils 0,360mm im Durchmesser

Wie kam es zu dieser außergewöhnlichen Entwicklung?

Hier eine kurze Geschichte des 3D-Drucks:

Die ersten Versuche im 3D-Druck fanden 1980 in Japan statt. Hier wurde zum ersten Mal eine Methode beschrieben, wie man Schicht-auf-Schicht 3-dimensionale Strukturen herstellen konnte. Das erste Patent wurde 1984 in Amerika angemeldet, 1986 bewilligt und beschrieb den Prozess der Stereolithographie (kurz: SLA): Ein lichtempfindliches Harz wird mithilfe von UV-Licht selektiv polymerisiert. Im selben Jahr wurde das erste Unternehmen für 3D-Druck gegründet.

Bereits zwei Jahre später wurde ein Patent für das Verfahren „Selektives Lasersintern (SLS)“ angemeldet. Der 3D-Druckprozess „Selektives Laserschmelzen (SLM) wurde Ende der 1990er in Deutschland entwickelt. In diesen beiden 3D-Druckverfahren werden Pulverkörner schichtweise aufgetragen und mittels eines Lasers selektiv miteinander verschmolzen.

1989 folge die Patentanmeldung der 3D-Druckmethode „Fused Deposition Modelling (FDM)“, bei der ein zugeführter Kunststoffdraht punktuell aufgeschmolzen wird. Als 2009 das Patent für das FDM-Verfahren auslief, stieg das Interesse an dieser neuen Technologie rasant an.

Heutzutage ist der 3D-Druck ein etablierter Fertigungsprozess. Durch die vielfältigen Drucktechnologien gibt es nahezu keine Einschränkungen mehr für die Konstruktion hinsichtlich Design und Funktion.

Wie kam es zur Designfreiheit?

Produkte, die im Rapid Prototyping-Verfahren hergestellt werden, sind nicht mehr an die Rahmenbedingungen von Dreh- oder Fräskonstruktionen gebunden. Unter Berücksichtigung der Statik kann der Konstrukteur seiner Fantasie freien Lauf lassen; es eröffnen sich vollkommen neue Möglichkeiten des Produktdesigns: Hohlräume, Gitterstrukturen, innenliegende Kanäle und neue Funktionalitäten, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand hergestellt werden konnten, sind nun umsetzbar.

Welche Gesichtspunkte sind bei der Konstruktion zu beachten?

  • Statik: Bisher massiv ausgeführte Bauteile können durch geeignete Streben mit deutlich weniger Material und Gewicht hergestellt werden. Dies hat entscheidende Vorteile für viele Industriezweige, vor allem in der Luft- und Raumfahrt. Die Statik darf allerdings nicht außer Acht gelassen werden, denn das Bauteil muss nach wie vor dieselbe Funktionalität und Belastbarkeit bieten.
  • Wärmemanagement: Im 3D-Druck wird viel Wärme in das Bauteil eingebracht. Diese Wärme muss gezielt abgeführt werden, um eine Aufheizung und infolgedessen eine Verformung des Werkstücks zu vermeiden. Da eine aktive Kühlung nicht möglich ist, muss die Wärme über die bereits gedruckte Masse und eine evtl. erforderliche Stützstruktur abfließen.
  • Stützstruktur: Die Bauteile können nicht einfach auf der Druckplatte aufgebracht werden, da sie unter Umständen nur mit sehr viel Aufwand von der Druckplatte abgenommen werden können. Es bietet sich daher an, eine Stützstruktur aus Mikrostegen zwischen Druckplatte und Bauteil in das 3D-CAD-Modell einzufügen. Diese Stützstruktur hält nicht nur das Bauteil in Position, unterstützt flache Bauteilsegmente (Bögen, Überhänge, etc.), sondern sorgt auch für den Abfluss der eingebrachten Prozesswärme.

Welche Dateiformate gibt es?

Aktuelle Konstruktionsformate sind STEP- und STL-Dateien, die mit den gängigen 3D-Programmen erzeugt werden können. Eigens für den 3D-Druck entwickelte Programme sind in der Lage, diese 3D-Konstruktionen in einzelne Schichten zu zerlegen.

Darüber hinaus können Stützstrukturen eingebracht werden, die statisch-problematische Bereiche des Gebildes während des Drucks stützen und in Position halten. Diese Stützstrukturen müssen allerdings so eingeplant werden, dass sie nach Beendigung des Drucks einfach und ohne Überreste am Werkstück entfernt werden können.

Rapid Prototyping und 3D Metalldruck

Besonders interessant ist der 3D-Druck im Metallbereich. Während in der Vergangenheit Erstmuster mittels Rapid Prototyping ausschließlich aus Kunststoff hergestellt werden konnten, ermöglicht das Verfahren des Selektiven Laserschmelzens (SLM) nun auch die Herstellung von Prototypen aus Metall.

Dabei kommt das sogenannte Pulverbettverfahren zum Einsatz: Auf die Druckplatte wird eine dünne Schicht Metallpulver aufgetragen und mittels Laserstrahl punktuell (selektiv) nach CAD-Vorgaben mit der Grundplatte verschmolzen. Das nicht geschmolzene Pulver verbleibt auf der Druckplatte.

Es folgt die nächste Schicht, die wiederum mit der Struktur der ersten Schicht verschmolzen wird. Auf diese Weise entsteht Schicht für Schicht eine dreidimensionale Struktur.

Welche Faktoren sind im 3D Metalldruck wesentlich?

Wesentlich im 3D-Metalldruck ist das Temperaturmanagement während des Druckprozesses: Da das Schmelzen des Metallpulvers viel Energie erfordert, wird dem Bauteil viel Wärme zugeführt. Eine aktive Kühlung des Werkstücks ist nicht möglich, weshalb durch geeignete Wärmeabflusszonen die Temperatur im Werkstück so gering wie möglich gehalten werden muss. Wird dies nicht beachtet, so kommt es aufgrund von Überhitzung zu Verzug im Material und somit zur Abweichung von der Bauteilform und –struktur.

Diese Wärmeabflusszone wird u.a. durch eine Mikrosteg-Stützstruktur gebildet, die gleichzeitig das Bauteil in Position hält und ein einfaches Abnehmen der gedruckten Bauteile von der Druckplatte ermöglicht. Die Stützstruktur muss wohlüberlegt in das 3D-CAD-Modell eingefügt werden.

Welche Oberflächenveredelungen bieten wir an?

Gedruckte Bauteile besitzen eine durch die Körnigkeit des Metallpulvers charakteristische raue Oberfläche, die je nach Kundenbedürfnissen mehr oder weniger bearbeitet werden muss.

Zunächst wird nach Beendigung des Druckvorgangs die Druckplatte mit den Bauteilen aus der Arbeitskammer entnommen und das nicht geschmolzene Pulver entfernt. Da die Bauteile durch Mikrostege an die Druckplatte angebunden sind, werden diese Mikrostege zuerst entfernt. 

Falls eine Veredelung der rauen Oberfläche erforderlich ist, kann dies durch verschiedene Methoden erfolgen:

  • Sand-, Glasperlen- oder Korundstrahlen
  • Trowalisieren (sofern es die Filigranität der Bauteile zulässt)
  • Polieren

Je nach Umfang der nachträglichen Oberflächenbearbeitung muss das Bauteil mit Aufmaß gedruckt werden, damit das Bauteil nach der Oberflächenbearbeitung seine tatsächlichen Abmessungen erhält.

Schreiben Sie uns
Rufen Sie uns an

Schreiben Sie uns an unter:

LaserJob Rapid.3D GmbH
Liebigstraße 14
82256 Fürstenfeldbruck
Deutschland