Rapid Prototyping

Am Anfang seiner Entwicklung wurde der 3D-Druck als Rapid Prototyping bezeichnet.

Da aber die Entwicklung dieser Technologie weiter rasant wächst, ist das Rapid Prototyping neben Rapid Tooling und Rapid Manufacturing, heute eine von drei großen Anwendungsebenen.

Wie war der Ur-/Ist-Zustand beim Entwickeln von neuen Bauteilen?

Der Begriff „Rapid Prototyping“ beschreibt genau das Aufgabengebiet, wofür der 3D-Druck anfänglich entwickelt wurde, nämlich für die schnelle Fertigung von Prototypen.

Die günstigen Preise, die wir von Kunststoffbauteilen kennen, können nur bei einer Massenproduktion erzeugt werden. Die Entwicklungszeit von neuen Produkten, angefangen bei der Idee über die Konstruktion bis zur Marktreife kann oftmals Jahre dauern.  

Dies alles kostet viel Geld. In einigen Fällen war die Entwicklungszeit so lange, dass der Markt sich schon längst wieder verändert hat und das Produkt dadurch keine Abnehmer fand.

Genau hier sollte der 3D-Druck in die Entwicklungskette einbezogen werden.

Schon während der Entwicklungsphasen sollten die ersten Prototypen mittels 3D-Druck hergestellt werden, um das Produkt schnell an die sich verändernden Märkte anzupassen, zu können.

Welchen Einfluss hat das Rapid Prototyping auf die Entwicklung?

Plötzlich konnte man schon nach kurzer Zeit die ersten Bauteile in den Händen halten und hatte die Möglichkeit, eventuelle Probleme zu erkennen und gleich zu lösen.

Dabei konnte und kann der 3D-Druck in den verschiedensten Produktentwicklungsphasen eingesetzt werden.

Firmen, die den 3D-Druck nutzten, verschafften sich somit einen erheblichen Wettbewerbsvorteil gegenüber der Konkurrenz.

Welche Rapid Prototyping Anwendungen gibt es heute und wo hat es sich ausgezahlt?

Designmodell

Designmodelle sind besonders gefragt, wenn man Menschen von seiner Idee überzeugen und begeistern will.

Anhand eines solchen Modells können Maße, optische Besonderheiten aber auch Haptik des Endproduktes realistisch dargestellt werden.

Diese Prototypenart wird meist in allen Phasen der Produktentwicklung genutzt, um ein besseres Gefühl bzw. Gespür für das richtige Endprodukt zu bekommen. So kann der Einsatz von verschiedenen Materialien und deren spezieller Eigenschaften mit einem Designmodell realitätsnah dargestellt und getestet werden.

Welche Anwendungen gibt es für Designmodelle?

•  Schmuck
•  Figuren
•  Messemodelle
•  Fahrzeugmodelle

Funktionsmodell

Wie der Name schon sagt, wird mit dieser Art Prototyp das Bauteil auf die gewünschte Funktionalität analysiert. Dabei werden Maße, Formen aber auch realitätsnahe Belastungstests mit diesen Funktionsmodellen geprüft.

Dabei ist es wichtig, dass das Druckmaterial dem späteren Fertigungsmaterial so ähnlich wie möglich ist. Nur so können die richtigen Schlüsse bei möglichen Problemen gezogen werden.

Funktionsmodelle werden häufig zum Testen von Baugruppen verwendet, um Verbesserungen bzw. Einsparrungen frühzeitig zu erkennen.

Welche Industriezweige bzw. Anwendungen gibt es für Funktionsmodelle?

• Automotiv
• Luftfahrt
• Maschinenbau
• Modellbau

Anschauungsmodell

Bei dieser Prototypenart spielt der 3D-Druck eine immer wichtigere Rolle. Gerade Architekten, Designer und Ingenieure können die Wünsche ihrer Kunden in wenigen Tagen realitätsnah darstellen.

Mittlerweile kann man schon fast alles mit CAD- oder Grafik Programmen darstellen und zeigen. Doch jeder Mensch liebt es, sein zukünftiges Produkt „anzufassen“, also in der Hand zu halten, zu betrachten, zu testen und Anderen zu zeigen.

Da Anschauungsmodelle oftmals nur in geringen Stückzahlen benötigt werden, ist der 3D-Druck dafür ein beliebtes und rentables Fertigungsverfahren.

Alle Modelle können maßstabsgetreu und mittlerweile auch in Vollfarbe gedruckt werden. Diese Anschauungsmodelle sind auf jeder Messe ein „Eyecatcher“ und ziehen die Besucher magisch an.

Neben den Architekten nutzen auch weitere Industriezweige diese Form des 3D-Drucks.

Sie nutzen diese Modelle zu Präsentationszwecken und können das Interesse der Käufer damit merklich steigern.

Welche Industriezweige bzw. Anwendungen gibt es für Anschauungsmodelle?

• Demo-Baugruppen
• Architektur
• Replikat von alten Gegenständen
• Reliefkarten
  
• Lehrmodelle für die Medizin

Welche Vorteile hat das Rapid Prototyping?

Der größte Vorteil bzw. Nutzen von Rapid Prototyping ist das Herstellen von Musterteilen in sämtlichen Entwicklungsphasen eines Produktes.

Sobald das 3D-Modell vorhanden ist, kann auch schon der 3D-Druck und damit die Produktion beginnen.

Eventuelle Konstruktions- oder generelle Planungsfehler werden frühzeitig erkannt, wodurch Zeit, Geld und Material eingespart wird.

Komplexe und individualisierte Bauteile können somit schon während der Entwicklungsphasen auf Markttauglichkeit geprüft und notwendige Testläufe durchgeführt werden.

Neben den technischen Vorteilen, die das Rapid Prototyping den Entwicklern, Konstrukteuren und Ingenieuren bietet, ist auch der relativ „leichte“ Umgang mit den 3D-Druckern nicht außer Acht zu lassen.

3D-Drucker können nach einer Grundausbildung von den Mitarbeitern, die das Projekt betreuen, selbst bedient werden. Gut ausgebildete Fachkräfte aus den unterschiedlichsten Bereichen wie Fräsen, Drehen, Erodieren etc. müssen nicht aus der sonstigen Produktion abgezogen werden. 

Im Laufe des Entwicklungsprozesses werden auch andere Abteilungen auf das Rapid Prototyping aufmerksam. Marketing und Vertrieb nutzen mit Hilfe verschiedener Musterteile den Markt zu analysieren und gegebenenfalls neue Kunden dafür gewinnen.

Welche Drucktechnologie eignet sich für das Rapid Prototyping?

Grundsätzlich eigenen sich alle 3D-Druckverfahren für das Rapid Prototyping.

Bevor man ein Druckverfahren auswählt, sollte man sich Gedanken über die Verwendung des Bauteils bzw. Prototypen machen, zum Beispiel:

• Wofür soll es eingesetzt werden?
• Welche technischen Eigenschaften muss es aufweisen?
• Reicht eine Visualisierung des 3D-Modells aus oder sollte es so nah am Endprodukt wie möglich sein?

Worauf sollte beim Rapid Prototyping geachtet werden?

•  Allgemeine Toleranzen bei den Druckverfahren müssen berücksichtigt werden.
• Je nach Anwendungsfall des Prototyps wird das dafür passende Druckverfahren ausgewählt.
• Mechanische Nachbearbeitungen sind nicht bei allen Druckverfahren möglich.