3D Drucke bei Prototypbau

3D Drucke bei Prototypbau

Durch 3D Drucke eines Kunststoffprototyps können Kunden vor der Produktion mehr Vertrauen in ihr Design kriegen.

Produktentwicklung ist ein spannender Prozess.

Das Engagement eines Unternehmens zeigt, ob es in neue Produkte für die Bedürfnisse seiner Kunden investiert.

Forschung und Entwicklung können lange dauern, weil die Überarbeitung einer Bauarbeit und die Anpassung von Modellen und Prototypen Zeit in Anspruch nehmen. Es ist Zeit nötig, damit man lernt, was funktioniert und was nicht.

3D Drucke beschleunigen und erleichtern diese Prozesse. Es ist ein sehr nützliches Herstellungsverfahren, um das Design vieler Industriegüter, einschließlich Metallprodukte, effektiv zu bearbeiten.

Was Sie über „Rapid Prototyping“ wissen müssen

Prototyping ist ein wesentlicher Schritt in der Produktherstellung und schließt die bedeutende Lücke zwischen dem theoretischen Design und dem endgültigen Produkt. Es gibt Produktdesignern die Möglichkeit, mit realen Modellen zu arbeiten und von ihnen zu lernen. Es ermöglicht ihnen, neue Ideen zu testen und auszuprobieren, mit dem Ziel, sie bis zum Endprodukt zu verbessern und zu verfeinern. Durch 3D Drucke lassen sich Prototypen sehr schnell und kostengünstig herstellen.

Bei der Gestaltung eines neuen Produkts können Form und Funktion in verschiedenen Phasen getestet werden. Einige Prototypen werden nur hergestellt, um Größe und Aussehen zu untersuchen. Andere werden entworfen, um spezifische Merkmale auf Funktion und Passform zu testen.

Warum sind 3D Drucke bei Prototypbauten wichtig?

Neues Produktdesign berücksichtigt sowohl Aussehen als auch Funktionalität.Es gibt mehrere Standardprototypen. Traditionell sind die grundlegendsten Prototypen, Modelle aus Papier, Holz oder Schaumstoff, die von Handwerkern nach Zeichnungen oder durch 3D CAD Konstruktion erstellt wurden. Während des Entwurfsprozesses können weitere Prototyping-Stufen von anhaltender Komplexität durchgeführt werden. Bevor ein Produktionslauf gestartet wird, führen Fabriken einen Testlauf durch und erstellen einen Produktionsprototyp, um die Qualität des Produkts und den Prozess in der Fabrik zu bewerten.

Durch 3D Drucke werden Prototypen schnell angefertigt. Schnelle Prototypen steigern den Nutzen und die Effizienz vieler der ersten Prototyping-Phasen. Da Handwerker traditionelle Modelle selber herstellen und Produktionsprototypen normalerweise kundenspezifische Werkzeuge erfordern, ist die Prototypenerstellung im Allgemeinen langsam und kostspielig. Die Möglichkeit, Prototypen im laufenden Betrieb zu drucken und anzupassen, kann diese wiederholenden Designphasen erheblich verkürzen. In einigen Fällen kann ein Kunststoff-Prototyp verwendet werden, um den Produktionsprozess zu rationalisieren. Insbesondere Gießverfahren erfordern häufig die Verwendung eines Musters und/oder einer Matrize, was teuer sein kann und nur dann gerechtfertigt ist, wenn eine Großserienproduktion eine Rendite erwirtschaftet. Darüber hinaus kann die Erstellung von Mustermodellen durch 3D Drucke verbessert bzw. optimiert werden, bevor das Endprodukt aus Holz oder Metall in die Massenproduktion geht.

Natürlich sind diese Prototypen keine Serienprototypen. Wenn Metall, während dieser Zeit durch Kunststoff ersetzt wird, gibt es einige Metalleigenschaften, die nicht überprüft werden können. Einen Poller in voller Größe auf einem 3D-Drucker aus Kunststoff zu drucken, ist beispielsweise auch pro Einheit weitaus teurer als das Gießen eines Pollers. Die maßstabsgetreuen 3D Drucke von Modellen bieten Designern jedoch etwas, das sie überprüfen und optimieren können und alle daraus resultierenden Änderungen erfordern lediglich eine Anpassung der digitalen 3D CAD-Datei und einen schnellen Neudruck.

Viele Prototypen werden auch in kleinerem Maßstab und/oder mit weniger Details als das Endprodukt hergestellt. Obwohl sie nur einen Teil oder Aspekt des endgültigen Designs darstellen, können sie dennoch wertvoll sein, um Entscheidungen zu Beginn der Designphase zu treffen und nicht erst später, wenn die Verfeinerung kostspieliger wird.

Der 3D-Druck kann handgeschnitzte oder andere arbeitsintensive Designmodellierungen ersetzen.

Rapid Prototyping mit 3D-Druckern

Rapid Prototyping durch 3D Drucke verwendet additive Fertigungstechnologien. Digitale Designs oder 3D CAD-Modelle werden normalerweise vom Computeralgorithmus in viele winzige horizontale Schichten „aufgeschnitten“, die dann einzeln gedruckt werden.

3D Drucke gibt es in verschiedenen Formen seit den 70er und 80er Jahren. Sie haben sich aber erst vor kurzem zu einem kommerziellen Nutzen entwickelt. Obwohl es Einschränkungen gibt, entwickelt sich die Technologie schnell weiter. Die fortschrittlichsten 3D-Drucker können mehrere Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften und Farben drucken. Direct Metal Laser Sintering (DMLS)-Drucker können sogar Metallprodukte bedrucken.

Auch die Größenbeschränkungen und die Oberflächenqualität von 3D-gedruckten Prototypen haben sich im Laufe der Jahre stark verbessert, was sie für Designer bei der Iteration durch die ersten Entwicklungsphasen besonders nützlich macht.

Metallteile durch 3D Drucke herstellen

Werden DMLS-Drucker die Metallguss- oder Metallverarbeitungsindustrie revolutionieren? Die 3D-Branche ist dynamisch, fast täglich werden neue Entwicklungen angekündigt. Großprojekte wie die 3D-gedruckte Brücke von MX3D in Amsterdam zeigen, dass auch in der Strukturfertigung viel Potenzial steckt. Diese Druckform steht jedoch nicht in Konkurrenz zur traditionellen Metallherstellung. Trotz dieser Entwicklungen werden 3D Drucke in den nächsten Jahrzehnten die traditionelle Metallfertigung eher bereichern als ersetzen. Selbst Amsterdams Brücke ist mit traditionellem Rohstahl gesichert, der das Deck stützt.

Metall – 3D Druck mit DMLS-Druckverfahren

3D-Metalldruck ist im Allgemeinen natürlich kein Gießen und Schichten von geschmolzenen Metallen. Mit heutigen Technologien werden spezielle Metalle gedruckt, indem sie als Metallpulver in eine nichtmetallische Matrix eingebracht werden. Diese werden anschließend erhitzt und in Form gebracht. Bei manchen Prozessen (jedoch nicht bei der obigen Brücke) wird das Metall dann erhitzt, damit die Matrix verdampft.

Dieses gedruckte Metall bietet möglicherweise mehr Festigkeit als Kunststoff. Es kann jedoch nicht die breite Palette möglicher Legierungen bieten, die in einer traditionellen Gießerei erhältlich sind. Die unglaublich hohe Hitze und die kontrollierten Kühlbedingungen, die für viele spezifische Stahl- und Eisensorten erforderlich sind, bedeuten, dass die Arbeit, um eine Qualität gegenüber einer anderen zu erreichen, ein schwieriges Gleichgewicht zwischen Temperatur und Druck ist. Darüber hinaus können Metallspannungen verursacht werden, wenn ein Teil eines Gussteils schneller abkühlt als ein anderer. Deshalb müssen Gussteile an der Verbindungsstelle kontrolliert werden. 3D Drucke bauen hingegen ein Objekt durch Auftragen von Schichten in der richtigen Reihenfolge auf.

Spannend für die Gießerei kann diese Metalldrucktechnologie eines Tages bei der Funktionsprüfung eines Rapid Prototypings sein. Vielleicht könnte ein Metallteil billig gedruckt und relativ belastet werden und dann durch den Produktionsprozess weiterentwickelt werden.

Welche Vor- und Nachteile hat Gießerei heute und was bewirkt 3D Drucke

Gießgeräte und -techniken wurden durch Jahrhunderte des Lernens und der Entwicklung verbessert. Sandguss gibt Herstellern viel Kontrolle über das Verhalten von geschmolzenem und abgekühltem Metall, die die mechanischen Eigenschaften des Metalls verändern. Durch den Gießprozess unterschiedlich behandeltes Metall kann in verschiedenen Formen kristallisiert werden, von denen jede für zusätzliche Eigenschaften bearbeitet werden kann. Dies berücksichtigt die Bandbreite der mechanischen Eigenschaften, die einem Kunden durch Metallguss zur Verfügung stehen. Gießverfahren haben zwar hinsichtlich der bereiteren Legierungsarten gegenüber zu 3D Druck Vorteile aber bringt es auch einige Schwierigkeiten mit sich.

Denn die Herstellung der Matrizen erforderte für Gussteile mühsames Handschnitzen von Holzmustern, um den Sand zu formen. Diese Gesamt- Gussform und deren Matrizen müssen richtig konstruiert und hergestellt werden, damit die Wandstärke des Endprodukts proportional zueinander stehen. Ansonsten besteht die Gefahr, dass sich geschmolzenes Metall in unproportionierter Formhohlräume „ansammelt“. Aufgrund der Ansammlung könnte die Schmelze in manchen Stellen langsamer abkühlen, wodurch eine innere Spannung im Teil entsteht. Darüber hinaus müssen Gusswinkeln so konstruiert werden, dass sich Matrizen aus dem Sand leicht ziehen lassen.

Feinguss ist ein vielseitiges Verfahren, das sich ideal für die Großserienproduktion eignet. Insbesondere für komplexe Designs und bei denen die Oberflächenqualität wichtig ist. Beim Feinguss werden in der Regel Wachsmodelle hergestellt, die dann zu keramischen Formen beschichtet werden. Wachsmuster lassen sich leicht wegschmelzen und hinterlassen Formhohlräume für geschmolzenes Metall.

Kleine Details können von modernen 3D-Druckern erfasst werden.

Die Herstellung von Matrizen kann jedoch teuer sein, was die Stückkosten in der frühen Konstruktionsphase erheblich erhöhen kann. Was viele Hersteller planen zu tun, ist, dass Prototypen durch 3D Drucke hergestellt werden.

Konstrukteure können ihr Teil überprüfen und auf eine endgültige Version hinarbeiten, bevor sie sich für teurere Werkzeuge für die Langzeitproduktion entscheiden. Das Drucken von Mustern ist auch für kleine Auflagen bzw. Produktionen wirtschaftlicher. Für Feinguss können 3D-Drucker daher das endgültige Muster für die Verwendung herstellen.

Eine Revolution durch Rapid Prototyping

3D Drucke sind eine Revolution im Metallguss, auch wenn er die traditionelle Metallherstellung nicht ersetzt. Traditionellen Sektoren sind nur durch ihre Vorstellungskraft in Grenzen gesetzt, wenn es darum geht, wie die Zukunft dieser sich schnell entwickelnden Technologie traditionelle Produktion verbessern kann. Die beim Prototyping verfügbaren Einsparungen ermöglichen weitere Optimierungen und Änderungen sowie zusätzliche Überarbeitung, bevor die Serienproduktion in Angriff genommen wird. Was auch immer in der Zukunft des 3D-Drucks als nächstes kommt, wird es sicherlich ein hilfreiches Werkzeug für all jene Designer sein, die die besten Produkte für ihre Kundschaft erstellen möchten.