Gerade wenn Sie auf der Suche nach einer kostengünstigen und schnellen Lösung zur Herstellung eines Prototypens sind, bietet sich das Rapid Prototyping an. Aber nicht nur die Erstellung von Prototypen, auch die Produktion von Kleinserien ist mit der zügigen Herstellungsweise lohnenswert.

In diesem Artikel erfahren Sie, um was es sich beim Rapid Prototyping handelt, welche Verfahren es in diesem Bereich gibt und welche entscheidenden Vorteile es mit sich bringt.

Was ist Rapid Prototyping?

Beim Rapid Prototyping handelt es sich um ein Verfahren, bei dem es um eine möglichst schnelle Herstellung eines Prototyps geht. Dazu werden die Werkstücke zuerst am Computer in Form einer CAD-Datei detailliert designt.

Mittlerweile wird Rapid Prototyping allerdings auch häufig als Überbegriff verwendet, der das Rapid Tooling sowie das Rapid Manufacturing beinhaltet. Während es beim Rapid Prototyping hauptsächlich um die schnelle Anfertigung von Prototypen geht, werden beim Rapid Tooling statt der Prototypen Werkzeuge erschaffen. Beim Rapid Manufacturing hingegen werden funktionierende Endprodukte erstellt, was z. B. besonders zur Herstellung kleiner Stückzahlen interessant ist.

Bei den meisten Rapid Prototyping Verfahren handelt es sich um eine additive Fertigung. Diese bezeichnet den Prozess, bei dem ein Bauteil aufgrund von digitalen Daten (CAD) schichtweise aufgebaut wird.

Welche Rapid-Prototyping-Verfahren gibt es?

Beim Rapid Prototyping gibt es viele verschiedene Fertigungsverfahren, die teilweise für unterschiedliche Materialien eingesetzt werden. Wir beschränken uns an dieser Stelle auf die Verfahren, die bei der Verarbeitung von Kunststoffen am verbreitetsten sind.

Für das 3D-Fräsen werden Maschinen eingesetzt, die mit mindestens fünf steuerbaren Achsen ausgestattet sind. Durch die Achsen ist der Fräser an jeder Stelle des Werkstücks positionierbar. Dies ermöglicht die Fertigung von komplexen 3D-Objekten in nur einem Arbeitsgang. Selbst bei Objekten aus schweren Kunststoffen wird eine zuverlässige Genauigkeit erreicht.

Die Technik des 3D-Fräsens wird häufig zur Herstellung großer Bauteile aus Kunststoff eingesetzt.

Die FDM-Methode gehört zu den am weitesten verbreiteten Verfahren im Bereich des Rapid Prototypings. Wenn von 3D-Druck gesprochen wird, ist häufig dieses Verfahren damit gemeint.

Beim Fused Deposition Modeling wird Kunststoff geschmolzen und an der gewünschten Position schichtweise wieder ausgehärtet. Die Vorteile dieses Verfahrens sind eine hohe Festigkeit und ein schneller Druckvorgang. Bei einem entsprechend großen Bauraum eignet sich diese Methode auch für große Prototypen.

Beim Lasersintern wird das gewünschte Objekt schichtweise erzeugt. Mittels eines Lasers wird Pulver nach den eingegebenen CAD-Daten auf einer Plattform geschmolzen und so in die entsprechende Form gebracht. Nach jeder Schicht senkt sich das Bauteil ab und wird mit einer neuen Pulverschicht bedeckt – die nächste Schicht wird gesintert. Bei dieser Methode ist allerdings eine Nachbearbeitung des Bauteils nötig.

Mit dem Lasersintern können beliebige 3D-Strukturen hergestellt werden. Dieses Verfahren eignet sich besonders zur Fertigung von Prototypen und Kleinserien komplizierter Teile, aber auch zur schnellen Erzeugung von Werkzeugen und Funktionsbauteilen.

Die Stereolithografie ist als das älteste Rapid Prototyping-Verfahren bekannt. Dabei wird Kunstharz in die gewünschte Form gebracht, indem ein Laser Schicht für Schicht die Konturen des Bauteils abtastet und vernetzt.

Mit diesem Verfahren lassen sich präzise auch filigrane Bauteile und hochwertige Oberflächen herstellen. Auf der anderen Seite weisen mit Stereolithografie hergestellte Bauteile allerdings eine verhältnismäßig geringe mechanische Belastbarkeit auf.

Am häufigsten wird das Verfahren zur Fertigung individueller Teile eingesetzt.

Bei der AKF-Methode (Arburg-Kunststoff-Freiformen) wird ähnlich wie beim Spritzgießen ein Standard-Kunststoffgranulat in einem Plastifizierzylinder aufgeschmolzen. Die Schmelze wird dann in winzigen Tröpfchen ausgebracht und das Bauteil schichtweise aufgebaut.

Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass gleiche oder ähnliche Materialien verwendet werden können, wie sie später auch in der Serie im Spritzgussverfahren eingesetzt werden. Außerdem lassen sich 2K-Teile, also auch Hart-Weich Verbindungen realisieren.

Mit dem Vakuumguss lassen sich schnell und kostengünstig Urmodelle und Prototypen vervielfältigen. Bei diesem Verfahren werden Abgüsse aus einer Silikonform des gewünschten Modells hergestellt. Um Lufteinschlüsse zu vermeiden, findet der Prozess unter Vakuum statt. Dadurch erhält man ein blasenfreies und hochpräzises Bauteil mit genau definierbaren Eigenschaften.

Das Vakuumgießen eignet sich besonders bei Kleinserien und wenn das Ergebnis sehr präzise sein muss oder komplexe Geometrien erfordert.

Welche Vorteile bietet Rapid Prototyping?

Rapid Prototyping ermöglicht Unternehmen die Herstellung individueller und komplexer Bauteile. Werden bei der Herstellung Hochleistungskunststoffe eingesetzt, erhält man besonders qualitativ hochwertige und anspruchsvolle Produkte.

Der Einsatz von Rapid Prototyping bringt aber noch viele weitere Vorteile:

Der Einsatz von Rapid Prototyping bringt aber noch viele weitere Vorteile:

  • Kostensenkung durch frühe Fehlererkennung

    Jede Produktion strebt ein fehlerfreies und hochwertiges Produkt an. Rapid Prototyping deckt Fehler auf, bevor sie in späteren Fertigungsprozessen zu einem Problem werden. Durch ein frühzeitiges Beheben von Fehlern und der Optimierung des Bauteils lassen sich Kosten im weiteren Herstellungsverlauf z. B. bei der Überarbeitung oder durch den Wechsel eines Werkzeugs stark reduzieren.

  • Zeitersparnis durch die schnelle Verfügbarkeit

    Mit Rapid Prototyping können Prototypen meist schneller als mit konventionellen Methoden hergestellt werden. Die Herstellungszeit ist dabei vom gewählten Verfahren sowie von der Größe und Komplexität des zu produzierenden Teils abhängig und kann zwischen einigen Stunden und einigen Tage betragen.

    Für das Rapid Prototyping werden keine formgebenden Werkzeuge benötigt – der Zukauf oder eine zeitaufwändige Anfertigung entfällt. Dadurch sind die angeforderten Prototypen schneller verfügbar und man spart nicht nur Zeit, sondern auch Geld.

  • Kostengünstige Fertigung von individuellen Produkten in Kleinserie

    Mit Rapid Prototyping lassen sich nicht nur Prototypen schnell anfertigen. Auch fertige Produkte oder Bauteile lassen sich kostengünstig in kleinen Stückzahlen mit wenig Zeitaufwand produzieren. Dabei ist das jeweilige Produkt unkompliziert individuell anpassbar und lässt sich genau auf Ihre Bedürfnisse abstimmen. Durch die schnelle Fertigung ist es auch problemlos möglich, mehrere Modelle gleichzeitig herzustellen.

    Diese Anwendung wird z. B. häufig von der Luft- und Raumfahrt genutzt oder wenn bei Markteinführung eines neuen Produktes die Stückzahlen noch gering sind, z.B. im Maschinenbau, der Medizingerätetechnik und der Sanitär- und Heizungsindustrie.

  • Weniger Abfall schont die Umwelt

    Bei Herstellungsverfahren wie Fräsen, Drehen oder Schleifen fallen in der Regel eine Menge Abfallprodukte an. Beim Rapid Prototyping ist dies nicht der Fall. Entweder entstehen kaum bis gar keine Abfälle oder sie lassen sich in den Kreislauf erneut einspeisen (z. B. bei Methoden, die Pulver verwenden).

    Dadurch werden nicht nur Kosten gespart, sondern auch Ressourcen geschont, Müll vermieden und somit die Umwelt entlastet.

Fazit: Rapid Prototyping ist in vielerlei Hinsicht lohnenswert

Es gibt eine Menge unterschiedlicher Rapid-Prototyping-Verfahren, die alle etwas gemeinsam haben: Die Herstellung eines Prototyps erfolgt schnell und kostengünstig. Jedes gewünschte Teil kann dabei unkompliziert individuell an Ihre Bedürfnisse angepasst werden. Dadurch wird auch die Produktion von Kleinserien profitabel.

Da für die Produktion keine Formwerkzeuge nötig sind, sparen Sie Zeit und Geld. Rapid Prototyping ist zudem ressourcenschonend und produziert von vornherein weniger Abfall als herkömmliche Methoden.

Wenn Sie auf der Suche nach einem vorteilhaften und günstigen Herstellungsverfahren für Ihr nächstes Projekt sind, sollten Sie auf jeden Fall Rapid Prototyping in Erwägung ziehen!

Übrigens: Bei Hunold+Knoop halten wir uns kontinuierlich auf dem neusten Stand der Entwicklungen im Kunststoffbereich sowie der Herstellungsverfahren, um Ihnen möglichst viele der besten kunststofftechnischen Gesamtlösungen anbieten zu können.  

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