Prototyping mit 3D-Druck

Ein Prototyp ist das erste Beispiel eines herzustellenden Produkts, das als Ausgangspunkt für die notwendigen Modifikationen dient, als Modell zur Reproduktion oder als Vorlage zur Herstellung einer Form.

Daher ist Prototyping ein experimenteller Prozess, durch den Designteams ihre Ideen materialisieren können. Prototyping ist ein sehr nützlicher Prozess in verschiedenen Branchen, der es ermöglicht, Iterationen durchzuführen, bis das gewünschte Ergebnis erreicht ist.

Bild 1: 3D-gedruckter Helmprototyp mit Raise Pro2 Plus. Quelle: KIDO Sports.

Es gibt verschiedene Arten von Produktprototypen mit verschiedenen Funktionen:

• Prototypen mit niedriger Treue: Prototypen mit niedriger Treue können in kurzer Zeit mit großer Unmittelbarkeit durchgeführt werden und dienen als Studienmodell, das es ermöglicht, verschiedene Aspekte zu analysieren, um die notwendigen Modifikationen am Modell vor der Erreichung des endgültigen Produktentwurfs vorzunehmen.
• Designprototypen: Designprototypen werden durchgeführt, um das Produktdesign zu validieren.
• Geometrische Prototypen: Diese Art von Prototyp wird hergestellt, um die Geometrie des Produkts zu überprüfen und sie bei Bedarf zu ändern.
• Funktionsprototypen: Diese Prototypen werden durchgeführt, um das Verhalten der verwendeten Materialien zu analysieren und die Funktionalität des Produkts zu testen.
• Technische Prototypen: In diesem Fall wird der Prototyp als globales Studienmodell verwendet, das es ermöglicht, alle seine Merkmale zu analysieren.
• Prototypen mit hoher Treue: Sie bestehen aus der Herstellung eines Prototyps, der dem endgültigen Produkt identisch ist. Es wird dringend empfohlen, diese Art von Prototyping durchzuführen, bevor die Massenproduktion eines Produkts erfolgt.

Derzeit gibt es verschiedene Verfahren zur Herstellung von Prototypen, wie z. B. CNC-Bearbeitung, Spritzguss oder 3D-Druck.

Schnelle Prototypisierung

3D-Druck ist direkt mit schneller Prototypisierung verbunden, aufgrund der Unmittelbarkeit, die dieses Herstellungsverfahren bietet, und der verschiedenen Möglichkeiten, die je nach verwendeter Technologie und verwendeten Materialien angeboten werden, wodurch es zu einer weit verbreiteten Herstellungsmethode für Prototypen mit niedriger Treue wird.

Video 1: Schnelle Prototypisierung von DLimit. Quelle: BCN3D.

Schnelle Prototypisierung mit 3D-Druck zielt darauf ab, Modelle zur Prüfung eines oder mehrerer Aspekte des Produkts herzustellen und es so zu ermöglichen, es bei Bedarf agil und sofort zu ändern, bis das endgültige Design erreicht ist, wobei sowohl die Form als auch die Funktionalität des Produkts gewährleistet sind.

Für die Herstellung von Prototypen mit 3D-Druck muss berücksichtigt werden, welche Technologie am besten geeignet ist. Jede Technologie hat Vor- und Nachteile, daher ist es notwendig, die Grundlagen zu kennen, auf denen ihr Betrieb beruht, sowie ihre Einschränkungen, um die am besten geeignete für jede Anforderung zu finden.

Die verbreitetsten 3D-Drucktechnologien sind:

• Schmelzschichtung (FDM)
• Selektives Lichtaushärten von Harzen (SLA)
• Selektives Lasersintern (SLS)

Eine Vergleichstabelle zwischen ihnen kann unten gesehen werden:

Tabelle 1: Vergleich zwischen verschiedenen 3D-Drucktechnologien. Quelle: Filament2print.

Für einen tieferen Einblick in die Merkmale und Einschränkungen jeder Technologie empfehlen wir, den Artikel "Wie wählt man die richtige Technologie aus: FDM, SLA und SLS" zu lesen.

Einige der Vorteile, die das Prototyping mit 3D-Druck bietet, sind:

Schnelligkeit: Je nach verwendeter 3D-Drucktechnologie wird die Produktionsgeschwindigkeit höher oder niedriger sein, aber 3D-Druck ist im Allgemeinen eine Herstellungsmethode, die Unmittelbarkeit bietet.

Kosten- und Ressourceneinsparungen: Abhängig von der Komplexität des Teils und den verwendeten Materialien kann der Einsatz von 3D-Druck zur Prototypenherstellung zu erheblichen Kosten- und Ressourceneinsparungen im Vergleich zu anderen traditionellen Herstellungsmethoden führen.

Nachhaltigkeit: Durch die Verwendung von 3D-Druckgeräten in den eigenen Produktionsstätten des Unternehmens werden Prototypen lokal hergestellt, was den CO2-Fußabdruck im Vergleich zur externen Herstellung reduziert. Außerdem ist es oft möglich, mit biologisch abbaubaren, recycelten oder recycelbaren Materialien zu arbeiten und durch die Natur der Herstellungsmethode wird der Abfall und der Materialverlust minimiert.

Vom Prototyping zur Herstellung

Anfangs wurde 3D-Druck nur für das Prototyping verwendet. Jetzt wird es jedoch auch als zusätzliche Herstellungsmethode eingesetzt. Dies liegt hauptsächlich an zwei Faktoren:

Entwicklung von Materialien

Einer der Faktoren, die es ermöglichen, kleine Serien von Endteilen mit 3D-Druck herzustellen, ist die Entwicklung von Materialien, die Anwendungen für anspruchsvolle Umgebungen ermöglichen dank ihrer mechanischen Eigenschaften oder spezifischen Eigenschaften.

Ein Beispiel hierfür sind ESD-Materialien, die in Filament, Pulver und sogar Harzform erhältlich sind und die die Herstellung von Produkten mit elektrostatischem Entladungsschutz ermöglichen.

Fortschritte in den 3D-Drucktechnologien

Dank der in den letzten Jahren erzielten Fortschritte und der Forschungs- und Entwicklungsarbeit der Gerätehersteller haben sich die Funktionen, die von 3D-Druckern angeboten werden, erheblich verbessert, bis hin zur Möglichkeit, hochkomplexe Teile mit industrieller Qualität herzustellen.

Alle 3D-Drucktechnologien haben sich erheblich weiterentwickelt. Beispiele hierfür sind die SLA-3D-Drucker von FormLabs für den medizinischen und zahnmedizinischen Bereich, Form 3B+ und Form 3BL, die biokompatible Materialien 3D drucken können; oder die SLS-3D-Drucker von Sinterit, die hochkomplexe Teile ohne die Notwendigkeit von Stützstrukturen herstellen können, sowie Desktop-Modelle wie Lisa, Lisa Pro oder Lisa X.

Bild 3: Herstellung von Endprodukten für den Dentalbereich. Quelle: FormLabs.

Ohne Zweifel ermöglicht die Herstellung von 3D-Drucken professionellen Benutzern, Prototypen und sogar Endteile mit industrieller Qualität herzustellen, und ist derzeit eine der am weitesten verbreiteten Herstellungsmethoden für schnelle Prototypen in einer Vielzahl von Branchen. Dank der Vielfalt an Technologien, Geräten und Materialien ist es möglich, Lösungen für fast jede Anwendung zu finden.