Zu Beginn seiner Entstehung wurde 3D-Druck primär als Rapid Prototyping bezeichnet. Da die Technologie sich jedoch kontinuierlich und rasant weiterentwickelt hat, gehört Rapid Prototyping heute neben Rapid Tooling und Rapid Manufacturing zu den drei wichtigsten Anwendungsgebieten. Der Ausdruck „Rapid Prototyping“ verdeutlicht die ursprüngliche Intention des 3D-Drucks, nämlich die zügige Erstellung von Prototypen.
Kostengünstige Preise, wie wir sie bei Kunststoffkomponenten gewohnt sind, sind nur bei Massenproduktion möglich. Die Entwicklungszeit neuer Produkte, beginnend bei der Idee, über die Konstruktion bis hin zur Marktreife, kann oft mehrere Jahre in Anspruch nehmen.
Dieser Prozess ist teuer und zeitaufwendig. In manchen Fällen dauerte die Entwicklung derart lange, dass sich der Markt bereits verändert hatte und das Produkt keine Abnehmer mehr fand.
Genau an dieser Stelle sollte der 3D-Druck in den Entwicklungsprozess integriert werden. Schon während der Entwicklungsphase sollten erste Prototypen mittels 3D-Druck erstellt werden, um das Produkt rasch an sich wandelnde Marktbedingungen anzupassen.
Inwiefern beeinflusst Rapid Prototyping den Entwicklungsprozess?
In kürzester Zeit war es nun möglich, erste Bauteile physisch zu begutachten und eventuelle Schwierigkeiten unmittelbar zu identifizieren und zu beheben.
Der 3D-Druck kann dabei in diversen Phasen der Produktentwicklung Anwendung finden.
Unternehmen, die sich dieser Technologie bedienen, erlangen dadurch einen bedeutenden Wettbewerbsvorteil gegenüber ihren Mitbewerbern.
Design-modelle
Designmodelle sind besonders wertvoll, um andere von einer Idee zu begeistern und sie davon zu überzeugen. Mit solchen Modellen können Dimensionen, visuelle Merkmale sowie das haptische Empfinden des fertigen Produkts realitätsgetreu dargestellt werden.
Diese Art von Prototypen wird häufig in verschiedenen Entwicklungsphasen eingesetzt, um ein besseres Verständnis und ein Gespür für das endgültige Produkt zu erlangen. Dabei können unterschiedliche Materialien und ihre spezifischen Eigenschaften mit Hilfe eines Designmodells anschaulich präsentiert und erprobt werden.
Mögliche Anwendungsgebiete für Designmodelle:
- Schmuckstücke
- Figuren
- Messeexponate
- Fahrzeugmodelle
Designmodell einer Nebelscheinwerfer Blende
Funktionsprototyp
Wie der Begriff bereits andeutet, dient diese Art von Prototyp der Analyse der gewünschten Funktionsweise eines Bauteils. Dabei werden Dimensionen, Formen und auch realitätsgetreue Belastungstests mit diesen Funktionsprototypen durchgeführt.
Es ist entscheidend, dass das verwendete Druckmaterial dem späteren Produktionsmaterial so nahe wie möglich kommt. Nur so können korrekte Rückschlüsse bei potenziellen Problemen gezogen werden.
Funktionsprototypen werden oft zum Prüfen von Baugruppen eingesetzt, um frühzeitig Verbesserungen oder Einsparungen zu identifizieren.
In welchen Industriebranchen und Anwendungsbereichen finden Funktionsprototypen Verwendung?
- Automobilindustrie
- Luft- und Raumfahrt
- Maschinen- und Anlagenbau
- Modellbau
Hochtemperatur Elektronikgehäuse
Anschauungsprototyp
In diesem Bereich gewinnt der 3D-Druck zunehmend an Bedeutung. Insbesondere Architekten, Designer und Ingenieure können die Wünsche ihrer Kunden innerhalb weniger Tage realistisch visualisieren.
Zwar lassen sich heutzutage fast alle Objekte mithilfe von CAD- oder Grafikprogrammen darstellen und präsentieren, doch die meisten Menschen ziehen es vor, ihr zukünftiges Produkt “in die Hand zu nehmen”, es zu betrachten, auszuprobieren und anderen vorzuführen.
Da Anschauungsprototypen meist nur in geringen Stückzahlen benötigt werden, ist der 3D-Druck ein gefragtes und wirtschaftliches Herstellungsverfahren dafür.
Alle Modelle können maßstabsgetreu und mittlerweile sogar in Vollfarbe gedruckt werden. Solche Anschauungsprototypen ziehen auf Messen die Aufmerksamkeit der Besucher auf sich und wirken als Blickfang.
Nicht nur Architekten, sondern auch andere Industriezweige nutzen diese Form des 3D-Drucks. Sie verwenden diese Modelle zu Präsentationszwecken und können damit das Interesse der potenziellen Käufer spürbar steigern.
In welchen Industriebranchen und Anwendungsbereichen finden Anschauungsprototypen Verwendung?
- Demonstrationsbaugruppen
- Architektur
- Repliken von historischen Objekten
- Reliefkarten
- Lehrmodelle für medizinische Zwecke
Vorteile des Rapid Prototyping:
Der Hauptvorteil des Rapid Prototyping liegt in der Fertigung von Musterbauteilen während aller Entwicklungsphasen eines Produkts.
Sobald ein 3D-Modell verfügbar ist, kann die Produktion mit dem 3D-Druck beginnen.
Mögliche Konstruktions- oder Planungsfehler werden frühzeitig entdeckt, wodurch Zeit, Geld und Material gespart werden.
Komplexe und individuelle Bauteile können während der Entwicklungsphase auf Marktfähigkeit getestet und notwendige Testreihen durchgeführt werden.
Neben den technischen Vorteilen, die Rapid Prototyping für Entwickler, Konstrukteure und Ingenieure bietet, ist auch die benutzerfreundliche Handhabung der 3D-Drucker von Vorteil.
Nach einer grundlegenden Schulung können die Mitarbeiter, die für das Projekt verantwortlich sind, die 3D-Drucker selbst bedienen. Spezialisierte Fachkräfte aus anderen Bereichen wie Fräsen, Drehen oder Erodieren müssen nicht aus der regulären Produktion abgezogen werden.
Im Laufe des Entwicklungsprozesses zieht das Rapid Prototyping auch die Aufmerksamkeit anderer Abteilungen auf sich. Marketing und Vertrieb nutzen verschiedene Musterbauteile, um den Markt zu analysieren und potenziell neue Kunden zu gewinnen.
- Zusammenfassend sind die Vorteile des Rapid Prototyping:
- Zügige Herstellung von Prototypen
- Vorzeitiges Aufspüren von Fehlern in der Bauteilplanung
- Niedrige Anfangsinvestitionen, da der Bau teurer Werkzeuge entfällt
- Fertigung von maßgeschneiderten Bauteilen möglich
- Kein Bedarf an zusätzlichen Fachkräften
- Interdisziplinäre Zusammenarbeit mit den Prototypen in verschiedenen Abteilungen
Welche Drucktechnik ist für Rapid Prototyping am besten geeignet?
Theoretisch können sämtliche 3D-Drucktechniken für Rapid Prototyping verwendet werden.
Vor der Auswahl eines Druckverfahrens ist eine gründliche Überlegung zur Verwendung des Bauteils oder Prototyps ratsam, beispielsweise:
Bevor man sich für ein Druckverfahren entscheidet, sind sorgfältige Überlegungen zum geplanten Einsatz des Bauteils oder Prototyps notwendig, etwa:
- Anwendungszweck: In welchem Bereich oder für welche Funktion wird es genutzt?Notwendige
- Spezifikationen: Welche technischen Merkmale sind für den Einsatzzweck unabdingbar?
- Detaillierungsgrad: Soll es eine einfache Darstellung des 3D-Modells sein oder muss es den Anforderungen des finalen Produkts sehr nahekommen?
- Geometrische Komplexität: Wie komplex ist die Geometrie des Bauteils? Benötigt man ein Verfahren, das speziell für komplexe Strukturen geeignet ist?
Worauf sollte man beim Rapid Prototyping besonders achten?
- Beachtung der allgemeinen Toleranzen der verschiedenen Druckverfahren
- Berücksichtigung, dass mechanische Nachbearbeitungen nicht bei allen Druckverfahren möglich sind
- Auswahl des geeignetsten Druckverfahrens abhängig vom Anwendungsbereich des Prototyps
