Generative Herstellungsverfahren, wie das 3D druck service, etablieren sich in Bereichen der industriellen Produktion. Doch was ist das überhaupt genau? Dieser Artikel gibt einen Überblick zum technologischen und prozessualen Aufbau sowie den Anwendungsgebieten des Verfahrens.

Was ist 3D Rapid Prototyping?

Additive Manufacturing, wie das 3D Rapid Prototyping, ist ein Überbegriff moderner Fertigungsverfahren, die zu den Stützsäulen der auch unter der Bezeichnung Industrie 4.0 zusammengefassten Digitalisierung der industriellen Produktion zählen. Den Ursprung für dieses Verfahren legte in den 80er Jahren der US-Physiker Chuck Hull mit der Patentierung der Stereolithographie (SLA). Für das zu den additiven Herstellungsverfahren zählende 3D Rapid Prototyping werden unterschiedliche 3D-Druckverfahren und Materialien eingesetzt, der dahinter stehende Prozess folgt jedoch einem standardisierten Schema.

Verfahren und Einsatzgebiete des 3D Rapid Prototyping

Zur praktischen Umsetzung des Rapid Prototyping werden heute unterschiedliche 3D-Druckverfahren eingesetzt. Zunächst wird am Computer mit der Unterstützung spezialisierter Software ein CAD-Modell des Endprodukts erstellt. Um den Druckprozess vorzubereiten, ist zunächst eine Konvertierung der CAD-Datei in ein für die jeweilige 3D-Drucktechnologie lesbares Dateiformat, meistens eine sogenannte STL-Datei, notwendig. Eine Software übernimmt auf Basis des 3D-Modells das Slicing, also die Zerteilung des Modells in horizontale Schichten.

Stehen die benötigten Daten zur Verfügung, wird der 3D druck vorbereitet. Durch technisch unterschiedlich umgesetzte Schichtungsmethoden wird das Bauelement gefertigt. Die momentan am häufigsten eingesetzten 3D-Drucktechniken sind FDM (Fused Deposition Modeling), SLA (Stereolithographie) und SLS (Selektives Lasersintern), es gibt mittlerweile jedoch weitaus mehr 3D-Drucktechnologien.

Ist der 3D-Druck abgeschlossen, sind oft diverse Nachbearbeitungsschritte, wie z.B. das Schleifen oder Polieren notwendig, um Produktionsrückstände zu entfernen oder Oberflächen aufzubereiten. Am Ende des Prozesses erhält man ein dreidimensionales, physisches Endprodukt.

Wie es der Name schon vermuten lässt, ist das 3D Rapid Prototyping vor allem für die Herstellung von Prototypen und realen Modellen interessant. Überwiegendes Einsatzgebiet ist somit die industrielle Fertigung von physischen Produkten. Aber auch für Architekten bei der Entwicklung und Planung von Gebäuden sowie im Bereich Forschung und Entwicklung ist eine schnelle Prototypen- und Modellentwicklung interessant. Darüber hinaus hält die 3D-Drucktechnologie auch Einzug in private Haushalte. Für Heimwerker und Hobbymodellbauer wird die Technologie immer interessanter, da die benötigten Druckmaschinen kontinuierlich handlicher und kostengünstiger werden.

3D Rapid Prototyping – Potenzial und Herausforderungen

Das 3D Rapid Prototyping bietet Vorteile in vielen Bereichen. Durch die 3D-Drucktechnik wird die Zeit zwischen der theoretischen, auf Datenauswertung und -berechnung basierenden, Entwicklung eines Produktes und seiner tatsächlichen physischen Herstellung stark verkürzt. So können Fehler schon früh im Entwicklungsprozess erkannt und korrigiert werden. Ein weiterer Vorteil dieser Herstellungsmethode ist der effiziente Materialeinsatz und die daraus resultierende Reduzierung von Produktions- und Herstellungsabfällen. Die Materialkosten werden somit reduziert. Außerdem kann durch Rapid Prototyping die Kommunikation und Abstimmung mit dem Kunden verbessert werden. Anhand eines realen Modells können Änderungswünsche und Anpassungen leichter erklärt und somit Missverständnissen vorgebeugt werden. Die 3D-Drucktechnik ermöglicht auch einfacher dezentrale Produktionsstrukturen. Konstruktionspläne können digital kommuniziert werden und der infrastrukturelle Aufwand ist durch die mittlerweile erreichte Kompaktheit der 3D-Drucksysteme überschaubar.

Neben den Vorteilen, die das 3D Rapid Prototyping mit sich bringt, sind noch viele Herausforderungen zu bewältigen, um das volle Potenzial der Technologie auszuschöpfen. So sind die mit der 3D-Drucktechnologie zu erzielenden Produktionskapazitäten noch sehr von der eingesetzten Drucktechnologie, der Komplexität und Größe des zu erzeugenden Bauteils sowie dem eingesetzten Fertigungsmaterial abhängig.

Eine noch relative geringe Aufbaugeschwindigkeit kann in lange Fertigungszeiten münden. Für die Massenproduktion von komplexen, filigranen oder detailreichen Produkten ist das Fertigungsverfahren somit noch nicht bereit.

Durch die hohen Kosten der Maschinen sowie des eingesetzten Druckmaterials sind Produktionen in hoher Stückzahl meist noch nicht wirtschaftlich. Eine oftmals notwendige Nachbearbeitung des Endprodukts kann die Produktionsdauer und -kosten negativ beeinflussen.

Schlussendlich sind auch noch rechtliche Fragen hinsichtlich des Urheberrechts zu klären, sobald es durch den 3D-Druck möglich ist, nahezu alle Gegenstände zu reproduzieren.

3D Rapid Prototyping: Verfahren und Anwendungen
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