Rapid Prototyping an der Hochschule Bochum

Fertigungsverfahren, bei dem das Werkstück element- oder schichtweise aufgebaut wird

Aufteilung der Konstruktion in einzelne Schichten

• keine besonderen Werkzeuge
• keine Einspannung
• Geometrie der Einzelschichten wird direkt aus den CAD-Daten entnommen

• 3D-CAD-Konstruktion
• Aufteilung in Schichten (Slicing)
• Übergabe der einzelnen Schichtinformationen an den Prototyper oder Fabrikator
• Sukzessives Herstellen und Zusammenfügen der Schichten von unten nach oben durch den Prototyper/Fabrikator

2 wesentliche Verfahren zur Erzeugung fester Schichten

Verfestigung von Flüssigkeiten

• In der Regel werden hier fotosensitive Kunststoffe durch Polymerisation verfestigt

Herstellung der Schichten aus festem Ausgangsmaterial

• Aufschmelzen von Pulver oder Granulaten
• Ausschneiden und Aneinanderfügen von Folienmaterial
• Aufschmelzen und Extrusion von festen Materialien
• Verkleben von Pulvern oder Granulaten durch Bindemittel

• In der Nähe des Bauteils können sich schwach angesinterte Bereiche befinden, sogenannte Pelze
• Diese müssen vorsichtig, da sie aus dem selben Material wie das Bauteil bestehen, mechanisch entfernt werden

• meistverwendete Dateiformat STL (Standard Transformation Language) zur Übergabe von Informationen an den Prototyper
• räumlichen Körper bzw seine Oberfläche durch ebene Flächen zu beschreiben
• verringer von Ungenauigkeiten durch Erhöhung der Anzahl der einzelnen Elemente (Patches)
• Werkstück wird durch ebene Dreiecke angenähert, die durch ihre drei Eckpunkte und Normalenvektor bestimmt sind 

• Stereolitographie (SL)
• Lasersintern (LS)
• Laserstrahlschmelzen (LBM)
• Fused Layer Manufacturing (FLM)
• 3D-Printing (3DP)
• Layer Laminated Manufacturing (LLM)

Vorteile:

• Feinste Strukturen darstellbar
• Erzeugung von Hohlräumen möglich
• Geometrieelemente können in Hohlräumen erzeugt werden
• Geringere Materialverbrauch, nicht polymerisiertes Material weiter verwendet werden kann

Nachteile:

• Nur Kunststoffe können verwendet werden
• Bauteile erfordern teilweise manuelle Nachbearbeitung
• Materialien neigen nach vollständiger Aushärtung zum Kriechen
• Stützkonstruktionen können bei STL-Formaten zu großen Datenmengen führen

Anforderungen:

• Primäre Anforderungen an Funktion
• Seriennaher Werkstoff
• Stückzahl klein (ca 2-5)
• Phase: Design bis Berechnung

• Reduzieren der Time-to-Market durch Frontloading
• Frontloading bedeutet, möglichst früh im Entwicklungsprozess verbindliche Entscheidungen zu treffen.
• Bei der Absicherung solcher Entscheidungen haben Prototypen eine große Bedeutung
• Großer Anteil der Kosten ist bereits in den frühen Phasen festgelegt, obwohl in diesen Phasen nur ein geringer Teil der Gesamtkosten anfällt
• Zehnerregel besagt, dass eine Produktänderung pro Entwicklungsprozess, um die sie später erfolgt, um den Faktor 10 teurer wird

direkte Herstellung von Endprodukten oder serientauglichen Werkzeugen

Additive Herstellung von Endprodukten