Prototypenbau in der Werkstatt

Der Erfindergeist vieler Menschen ist beeindruckend. Jeden Tag kommen neue Produkte und innovative Weiterentwicklungen von Designern und Ingenieuren aus Deutschland auf den Markt. Den Ausgangspunkt bilden in vielen Fällen dabei nicht die Forschungsstätten großer Unternehmen, sondern kleine Werkstätten mit großem Start-Up Spirit.

Deutschland: Land der Erfinder

Nur in sehr wenigen Ländern ist der Erfindergeist ähnlich groß wie in Deutschland. Beim deutschen Patent- und Markenamt werden jeden Tag rund 180 Erfindungen eingereicht. Damit ist Deutschland Patenteuropameister. Weltweit melden nur China und Korea noch mehr Patente an. Andere Nationen, wie beispielsweise die USA oder Japan sind längst nicht so innovationsfreudig, obwohl sie den entsprechenden Ruf genießen.

Die eigene Werkstätte als Ideenpool

Viele Produkte, die heute nicht mehr vom Markt wegzudenken sind, haben ihren Ursprung im Forschergeist eines einzelnen Designers oder eines motivierten Zweier-Gespanns. Die Basis dafür ist oftmals eine gut eingerichtete Werkstätte. Hier lassen sich mit den richtigen Materialien und Werkzeugen aus guten Ideen schnell, einfach und kostengünstig erste Entwürfe und Prototypen gestalten. Damit ist es wesentlich einfacher, mögliche Investoren und Käufer zu überzeugen und ihnen die genaue Funktionsweise zu erklären, als nur mit Worten.

Gerade bei interessanten, aber komplexen Entwicklungen stößt man in der eigenen Werkstatt jedoch irgendwann an seine Leistungsgrenzen, weil die Prototypen in den meisten Fällen nicht mit der nötigen Präzision erstellt werden können. An diesem Punkt stellen sich viele Tüftler die Frage, wie sie möglichst unkompliziert und kostengünstig an ein funktionsfähiges Modell ihrer Idee kommen.

Funktionsprototypen mit Rapid Prototyping erstellen

Die Lösung verbirgt sich für viele Designer hinter dem Schlagwort „Rapid Prototyping“. Darunter versteht man die Erstellung eines belastbaren Prototyps durch SLS und SLM Verfahren. Dabei werden in möglichst kurzer Zeit funktionsfähige und im Prinzip auch verkaufsfertige Werkstücke hergestellt. Anhand von Rapid Prototyping können Ingenieure so schnell wie noch nie zuvor in der Menschheitsgeschichte einfache Prototypen aus CAD-Daten erstellen.

Die Modelle aus Kunststoff werden im selektiven Lasersinter-Verfahren (SLS) erzeugt. Dabei entstehen die Objekte schichtweise durch das punktgenaue Verschmelzen eines speziellen Kunststoffpulvers, das dafür erforderlich ist. Bei diesem Verfahren können auch bewegliche Bauteile produziert werden.

Die Werkstücke aus Metall werden im selektivem Laserschmelz-Verfahren (SLM) hergestellt. Hier wird ein Metallpulver Schicht für Schicht aufgetragen und zu einem funktionsfähigen Prototyp verschmolzen.

Die Vorteile bei Rapid Prototyping liegen auf der Hand:

  • Die Modelle sind sehr kostengünstig zu erstellen, dadurch minimiert sich das Investitionsrisiko.
  • Die Entwicklungszeit reduziert sich erheblich und bringt somit große Zeitersparnis.
  • Fehler können am Modell schnell entdeckt und entsprechende Veränderungen sehr einfach vorgenommen werden.
  • Bei dem Verfahren entsteht wenig Materialabfall, dadurch wird der Materialeinsatz gegenüber spanenden oder fräsenden Produktionen deutlich reduziert.
  • Es wird ein voll funktionsfähiges, ausgereiftes Werkstück erzeugt, an dem unter realistischen Bedingungen Funktionstests durchgeführt und die Passform überprüft werden kann.

Anwendungsbereiche für Rapid Prototyping

Als Entwickler stellt sich die Frage, ob dieses Verfahren auch für die eigenen Produkt-Ideen geeignet ist. Die Antwort darauf lautet in den meisten Fällen: „Ja!“. Denn die Möglichkeiten von Rapid Prototyping sind äußerst vielfältig. Fast jede Form und Kontur lässt sich mit dem Verfahren realisieren. Unter anderem lassen sich damit folgende Werkstücke herstellen:

  • Griffe und Scharniere
  • Bauteile für Klimaanlagen
  • Mini-Kühlboxen
  • Teile von Lampen
  • Metallrohre
  • Auto-Innenausstattung (z. B. Fensterkurbel oder Mittelkonsole)
  • Prothesen, Orthesen und Implantate
  • Schuhsohlen

Vor allem in der Raumfahrt gewinnt das Verfahren immer mehr an Bedeutung. Das Ziel ist, dass Astronauten ihre Ersatzteile irgendwann selbst im Weltraum anfertigen können und so der kostspielige Transport der Fracht eingespart werden kann.

Doch auch im „Tagesgeschäft“ wird der 3D-Druck schon jetzt immer beliebter und in den kommenden Jahren wird sich dieser Trend weiter verstärken. Die Kosten für Rapid Prototyping sinken laufend, während sich gleichzeitig die technischen Komponenten der Maschinen ständig verbessern. So können immer komplexere Werkstücke mit dem Verfahren hergestellt werden. Das ist vor allem für kleinere Betriebe ein entscheidender Vorteil, da diese ihre benötigten Bauteile selbst erzeugen können und sich so unabhängig von Zulieferern machen.



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