Rapid Prototyping Die wichtigsten Verfahren für das schnelle Erstellen von Prototypen

Rapid Prototyping, der schichtweise Aufbau seriennaher Prototypen, auf der Basis von 3D-CAD-Daten, wird immer interessanter. konstruktionspraxis stellt die wichtigsten Verfahren vor.

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Rapid Prototyping, der schichtweise Aufbau seriennaher Prototypen, auf der Basis von 3D-CAD-Daten, wird immer interessanter. konstruktionspraxis stellt die wichtigsten Verfahren vor.

Rapid Prototyping ist eine Bezeichnung für Verfahren, die auf der Basis einer dreidimensionalen Geometriebeschreibung die schnelle Herstellung von Modellen, Musterteilen und Prototypen ermöglichen.

Vorraussetzungen für Rapid Prototyping ist ein vollständiges und konsistentes 3D-CAD Modell auf einem leistungsfähigen Rechner, die exakte Beherrschung numerischer Steuerungstechnik und die Anwendung von Lasertechnologie sowie die Auswahl geeigneter amterialien für das Modell. Als Modellmaterialien kommen z.Z. unter Temperatur aushärtbare Kunststoffein Form von Flüssigkeiten, Pulver, Folien, getränktem Papier oder Strangmaterial in Frage. Entwicklungstrends gehen auch dahin, direkt Metallmodelle zu erzeugen.

Allen Verfahren ist gemeinsam, dass aus dem rechnerinternen 3D-Modell senkrecht zur Herstellebene dünne Querschnitt(Schnitte) abgerufen werden, die von einem Laserstrahl nachgefahren werden und im jeweiligen Kunststoffmaterial durch Aushärtung unter Temperatur schichtweise den Körper aufbauen. Je nach Verfahren sind Schichtdicken zwischen 0,005 bis 0,3 mm und Spurbreiten zwischen 0,25 bis 2,5 mm möglich.

Die Maßgenauigkeit und Oberflächengüte des entstandenen Modells reicht an die Qualität konventionell gefertigter Produkte heran. Unter entsprechenden Umständen (Festigkeit,Temperatur) kann das Modell auch als Fertigteil eingesetzt werden.

Ausgehend von den physikalischen Prinzipien haben sich folgende wichtige Rapid-Prototyping-Verfahren entwickelt: Stereolithographie (SL), Selektives Lasersintern (SLS), Fused Deposition Modelling (FDM), Layer Laminated Manufacturing Schicht- (Laminat-) Verfahren (LLM) und 3D-Printing.

Die Stereolithographie (auch SLA oder STL)

SLA ist eines der ausgereiftesten generativen Verfahren zur Erstellung von RP-Modellen (Rapid-Prototyping Modellen) anhand 3D-Volumendaten. Das Verfahren zeichnet sich insbesondere durch eine sehr hohe Darstellungsgenauigkeit im Bezug auf Geometrie und Maßhaltig aus. Ein UV-Laser härtet nacheinander aufgetragene dünne Schichten (ca. 0,1 mm) aus Epoxid- oder Acrylharz aus. Zur Stabilität während des Prozesses werden Stützgeometrien mitgefertigt und abschließend entfernt.

Das Selektive Lasersintern (auch SLS oder LS)

Ausgangsmaterial sind Schichten aus pulverförmigem Kunststoff oder Metall. Die Formgebung erfolgt mittels Verschmelzen durch einen CO2-Laser. Weil sich die unbeeinflussten Pulverschichten stützen, sind keine Stützen erforderlich

Fused Deposition Modeling (FDM)

Hier werden leicht schmelzbare Kunststoffe in Drahtform zum fertigen Bauteil extrudiert. Stützgeometrien entfernt man danach im Wasserbad oder mit Ultraschall. Als Werkstoff kommt meist das Polymer ABS zur Verwendung.

3D-Printing

Diese Technologie arbeitet ähnlich wie ein Tintenstrahldrucker. Über Düsen wird ein Bindemittel auf das Pulverbett gespritzt. Dadurch kommt es zu lokaler Verfestigung. Die realisierbare Auflösung hängt von der Anzahl der Düsen ab und kann bis zu 600 dpi reichen. Die Anlagen sind für Büroumgebungen geeignet.

Schicht-(Laminat)Verfahren (LLM)

Beim Layer-Laminate-Manufacturing werden die Schichtkonturen mittels eines Lasers oder eines Schneidplotters aus Papier-, Kunststoff-, oder Keramikfolie ausgeschnitten und vor oder nachher automatisch verklebt.

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