Wo wird Rapid Prototyping eingesetzt? Für welche Projekte eignet es sich?

Wo kann jetzt Rapid Prototyping, wörtlich übersetzt „schneller Modellbau“, als schnelle Herstellungsmethode für Musterbauteile und Anschauungsmodelle helfen, diesen Anforderungen gerecht zu werden?

Warum sollte man auf Rapid Prototyping setzen?

Zeit

– > die Rapid Prototyping-Verfahren sind wesentlich schneller als klassische Modellbautechniken. Diese Zeitersparnis multipliziert sich mit zunehmender Anzahl der Innvoationszyklen.
Kosten

-> es stehen, je nach Ziel der Teileerstellung, einige Verfahren zur Auswahl und daraus kann das für den jeweiligen Zweck kostengünstigste ausgewählt werden, auch hier ein eindeutiger Kostenvorteil gegenüber den arbeitsintensiven konventionellen Methoden der Teilefertigung.
Kommunikation

-> Eine Zeichnung, 3-D-Daten und selbst sehr plastische 3-D-Darstelllungen können nicht dasselbe leisten wie das Teil tatsächlich in der Hand zu halten.

Die Oberfläche und Haptik, Shorehärten, der Zusammenbau mit anderen Teilen, all das kann mit der Fertigung des ersten Teiles in RP-Techniken geleistet werden und erleichtert die Kommunikation bei Produkt Management Meetings, bei der Zusammenarbeit verschiedener Abteilungen oder Bereiche in der Produktentwicklung, Planung von Marketingkampagnen und Bewerbung eines Produkts vor Markteinführung und tatsächlich angelaufener Serienfertigung, Zusammenarbeit und Kommunikation zwischen Zulieferer und Kunde etc.
Qualität / Flexibilität

-> Die Qualität zu entwickelnder Teile wird bereits im Vorfeld durch Teileoptimierung in der Prototypenphase verbessert.

Denn ist erstmal ein Werkzeug gebaut für die Serienfertigung, sind die Änderungsmöglichkeiten eher eingeschränkt und teuer, daher werden dann bezüglich der ursprünglich angedachten Teileeigenschaften und –qualität Kompromisse eingegangen, die bei gründlicher Abklärung durch Fertigung des Teils in RP-Techniken bereits bei der Teile- und Werkzeugkonstruktion hätten vermieden werden können, da Konstruktionsfehler sofort offenbar werden, wenn z.B. im Zusammenbau zwei aufeinander abzustimmende Teile nicht zusammenpassen.

Es gibt auch Teile, die durch Einschränkungen der klassischen Technologien wie z.B. Spritzguss oder Frästeile im Bereich zu realisierender Geometrien in diesen Verfahren gar nicht gefertigt werden.
Man denke an eine 3-dimensionale Netzstruktur beispielsweise:

Hier bleibt selbst für die Serie kein anderer Weg, als über generative additive Verfahren zu gehen, zumindest um einen „Rohling“ zu generieren, der dann für bestimmte Oberflächeneigenschaften oder Genauigkeiten noch befräst werden kann beispielsweise.

Welche Produktbereiche setzen Rapid Prototyping ein?

Wie in vielen anderen Bereichen ist der automotive-Bereich und seine Zulieferer der Wachstumsmotor der Branche. Schlüsselkomponenten werden in der Regel von den Automobilbauern selbst in RP-Verfahren im Design perfektioniert und gefertigt , um den Wettbewerbsfaktor des Innovationsvorsprungs vor der Konkurrenz nicht zu gefährden, indem man diese außer Haus vergibt. Jedoch übernehmen oft die Zulieferer auch die Produktentwicklung nach den Vorgaben des Automobilherstellers für ihre Produkte und damit auch die Erstellung der RP-Teile bzw. werden diese extern an einen Dienstleister.

Vom Flugzeugbau wurde der automotive-Bereich ebenfalls inspiriert, da dort schon lange die Verringerung von Gewicht ( Leichtbauweise ) ein großes Thema ist, jedoch in der Automobilbranche ebenfalls ein zunehmender Bedarf an dieser Art von Produkten besteht durch die Anforderung, immer leichtere und spritsparendere Fahrzeuge zu bauen ohne sicherheitsrelevante Komponenten in ihrer Funktion zu schwächen.

Im Flugzeugbau werden durch den Einsatz für die Luftfahrt zugelassener Materialien in RP-Technologien mittlerweile sehr viele Teile tatsächlich als Serienteil gefertigt. Damit entfällt für solche Teile auch das Ersatzteilproblem, man kann es sich jederzeit ausdrucken anstatt es sich auf Lager zu legen. RP-Techniken eignen sich in besonderer Weise für die Leichtbauweise, da ich damit Wabenstrukturen, Hohlräume etc. generieren und damit Material und Gewicht sparen kann und unter Umständen damit das Teil sogar noch stabiler mache bei weniger Gewicht.

Die nächste Schlüsselindustrie ist die Medizintechnik, da man über die RP-Techniken eine maximale Individualisierung erzielen kann, z.B. in der Prothetik oder Zahnmedizin, um nur wenige zu nennen. Mittlerweile existieren einige biokompatible Materialien und die Entwicklung ist aufgrund des ungeheuren Bedarfs und der Möglichkeiten dieser Technologien sehr dynamisch.

Im Werkzeugmaschinenbau wurde Rapid Prototyping lange nicht allzu ernst genommen, die Teile waren ja im Auge des traditionellen Werkzeugbauers nur „Prototypen“, nicht vergleichbar bezüglich Toleranzen und Maßhaltigkeiten. Jedoch wird diese Technologie mittlerweile nicht nur unterstützend für die Konstruktion eingesetzt, sondern auch um das Werkzeug selbst zu optimieren: es können z.B. Kühlkanäle auch für sehr komplexe Geometrien im Werkzeug gefertigt werden, so dass die Qualität des Spritzgussteils durch kontrollierteres Abkühlen des fertigen Teils verbessert werden kann.

Für Mode und Design sowie Spielwaren ist die Anmutung von sehr hoher Relevanz und sicherlich ist ein Anschauungsmodell zunächst von höherer Bedeutung wie die dann später z.B. im Zusammenbau wieder erwartete und herzustellende Funktionalität. Gerade diese Bereiche sind extrem kurzen Produktzyklen unterworfen und sicherlich werden dann RP-Techniken neben der Produktentwicklung auch zunehmend im Direct Manufacturing zum Einsatz kommen, zunächst eher individualisierte und limitierte Auflagen aber auch das Drucken von Ersatzteilen.

Haushaltsgeräte, Weiße Ware und Heimwerkerartikel differenzieren ihre Produkte immer weiter z.B. nach Design und Farben, Profi- und Hobbybereich etc. und es werden ständig neue Gehäuseteile benötigt, ähnlich wie in der automotive-Branche wird immer öfter ein „Facelift“ für das gleiche Produkt benötigt oder die Funktionalität mit ergonomischeren Griffen und Handhabung erhöht. RP-Techniken sind unumgänglich um die kurzen Entwicklungszyklen einzuhalten.

Zukünftige Wachstumsbereiche für Rapid Prototyping werden Funktionsteile, Rapid Tooling und Komponenten dafür, Architekturmodelle, Biomedizin, Nischen wie Restauration von Statuen, Museums-/Ausstellungsmodelle etc. sowie Rapid Manufacturing in industriellem Umfang sowie das Thema Ersatzteile und E-manufacturing sein.