Kleinserien in Rapid Manufacturing

Ganz auf die Schnelle

Nicht immer, aber immer öfter wird Rapid Manufacturing dazu genutzt, um ganz auf die Schnelle auch schon mal komplette Kleinserien zu fertigen.

Auf Rapid Manufacturing zugeschnitten: Laser-Sinter-Anlage der Kompaktklasse.

Peter Volz von der 4D Concepts, einer 1995 gegründeten Software- und Dienstleistungsfirma mit Sitz im hessischen Groß-Gerau, ist der Meinung, dass Rapid-Prototyping (RP)-Verfahren längst zu den Standardwerkzeugen in der modernen Produktentwicklung gehören. Bei immer kürzeren Zyklen für die systematische Produktentwicklung unterstützen solche generativen Methoden die schnelle Verfügbarkeit von Modellen und Prototypen während der gesamten Entwicklungsphase eines Produkts. Durch unterschiedliche Anforderungen während den verschiedenen Entwicklungsschritten haben sich nach Kenntnis von Volz eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren in der wirklichen Anwendung durchgesetzt. Sie alle unterscheiden sich durch spezifische Vorteile für bestimmte Einsatzgebiete.

Wie Volz anlässlich der Euromold Ende vergangenen Jahres in einem Vortrag ausführte, habe zum Beispiel das 3D-Drucken in der zweiten Hälfte der 1990er-Jahre in den der Entwicklung und Konstruktion nahen Bereichen Einzug gehalten. Schließlich versprach diese Technologie, Modelle schnell, einfach und kostengünstig herstellen zu können und bot sich damit als geeignetes Werkzeug für die Design- und Konstruktionsphase an. Bei anderen Verfahren wiederum wird durch den Einsatz weiter entwickelter Anlagen und Werkstoffe unter dem Oberbegriff Rapid- oder auch e-Manufacturing daran gearbeitet, generative Verfahren direkt zur Herstellung von Serienbauteilen einsetzen zu können und damit gänzlich auf den zweiten Schritt, die Anfertigung von Werkzeugen, zu verzichten. Im Highend-Bereich schließlich mausern sich Verfahren auf Basis des Metallaufschmelzens, um die Pluspunkte von Schichtaufbau-Verfahren für den Werkzeug- und Formenbau zu erschließen. Das Schlagwort heißt hier Rapid-Tooloing.

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Markt der Zukunft
Auf Rapid Manufacturing setzt man auch in aufgeschlossenen Kreisen der Kunststoff- und Metallverarbeitung. Jürgen Stampfl, Professor an der Technischen Universität Wien, ist davon überzeugt, dass sich speziell Rapid Manufacturing zu einem der zukunftsträchtigsten Zielmärkte für Rapid-Prototyping -Anwendungen profilieren wird. RM erlaube die Herstellung komplexer Bauteile, die als Einzelstück oder Kleinserien gefertigt werden müssen. Stampfl, der anlässlich der letzten Euromold im Rahmen des „Werkstoff Forum“ über „Innovative Materialien für die Stereolithographie“ referierte, sieht die Einsatzschwerpunkte dieser Technik vor allem bei medizinischen Produkten, deren Geometrie auf den Patienten abgestimmt werden und schnell zur Verfügung stehen müssen.

Doch interessant dürfte die Methode auch für die Herstellung kleiner Losgrößen technischer Formteile sein. In der Praxis durchgesetzt hat sich hier vor allem das Laser-Sinter, auch in der Hightech-Variante Laser-Schmelzen, wie der Fachjournalist Wolfgang Trapp recherchierte und in einer von ihm publizierten Broschüre unter dem Titel „Vom Prototypen bis zur Serien-Produktion“ festhält. Favorisiert wird es in erster Linie deshalb, weil es gleichermaßen Kunststoff- als auch Metallteile liefern kann. Als eine der wenigen generativen Prototypen-Methoden hat es sich bis in den Bereich der Serienfertigung vorgearbeitet. Unter dem Begriff e-Manufacturing sei es schon heute für Serien mit nennenswerten Stückzahlen geeignet. Zumindest im Metallbereich sogar für Serienteile aus einem Werkstoff, der es in puncto Optik und anderen Eigenschaften mit dem Originalmaterial locker aufnehmen kann.

Wie Trapp weiter schreibt, können solche generativen Verfahren in immer kürzeren Zeiträumen Funktions-Bauteile direkt aus CAD-Daten produzieren. Ohne Umwege über konventionelle Verfahren wie spanende oder umformende Fertigungsprozesse und formgebende Werkzeuge für das Gießen von Metall oder Kunststoff-Spritzgießen entstehen dann direkt solche Erstteile. Inzwischen habe das Verfahren – von einer guten Handvoll von Anlagenbauern offeriert – längst Industrietauglichkeit erreicht: Entwickler und Konstrukteure müssen lediglich noch Beharrungsvermögen überwinden, um das Laser-Sintern oder Laser-Schmelzen als viertes Fertigungsverfahren auch für die Serienproduktion zu akzeptieren und zu etablieren.

Einstieg in die Praxis
Mit Formiga P100 stellte EOS auf der Euromold im Dezember vergangenen Jahres eine Laser-Sinter- Anlage ihrer neuen Generation vor. Mit einem Bauraum von 200 × 250 × 330 Millimeter stehe die im Kunststoff Magazin 1/2007 auf Seite 23 bereits ausführlich beschriebene Anlage laut Anbieter für das Laser-Sintern in der Kompaktklasse und sei ideal geeignet für die wirtschaftliche Produktion von Kleinserien aus Kunststoff und individualisierten Bauteilen mit komplexer Gestaltung. Unter dem Motto „klein, schnell, emsig“ eröffne sie den kostengünstigen und hoch flexiblen Einstieg in die Welt des Laser-Sinterns und e-Manufacturing.

Außerdem ist die Maschine ein überzeugender Beleg für das Funktionieren jener Technik, für die sie steht, für das sogenannte e-Manufacturing. Denn bei näherer Betrachtung der Konstruktion entpuppen sich eine Reihe ihrer Komponenten quasi als „home-made“, soll heißen: Exakt 23 Teile der Laser-Sinter-Anlage sind per Laserstrahl gesintert. Das Spektrum reicht hier vom Befülltrichter für das Kunststoffpulver über die Schalterblende bis hin zu mehreren Pyrometer-Elementen. Sich selber „in Gänze“ produzieren kann die Anlage zwar noch nicht – aber intelligent eingesetzt erzielt das Verfahren deutliche wirtschaftliche und konstruktive Vorteile, heißt es abschließend vom Hersteller.

Der Stoff für SLA
Mit Accura 60 präsentierte die Firma 3D Systems auf der letzten Frankfurter Formenbaumesse ein neues Stereolithographiematerial, das in Aussehen und Handhabung gegossenem Polycarbonat ähnelt und mit den meisten Stereolithographie-Anlagen (SLA) verarbeitet werden kann. Aufgrund seiner Steifigkeit, Langlebigkeit und Transparenz sei das Material ideal für verschiedene Einsatzbereiche in der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Elektroindustrie und Medizintechnik. Komponenten daraus können als funktionale Prototypen verwendet werden und würden sich nahezu perfekt eignen für fertigungstechnische Anwendungen, in denen sie als Urformen für Gussteile und Einwegmodelle für den Feinguss von Metallen dienen.

Doch das von Haus aus amerikanische Unternehmen mit deutscher Niederlassung in Darmstadt kann nicht nur Stoff für SLA bieten, sondern mit Viper Pro auch eine neue SLA-Anlage. Diese modular konzipierte Maschine ist in drei Konfigurationen verfügbar, darunter in einer Dual-Vat Konfiguration, mit der Kunden Teile aus zwei verschiedenen Materialien gleichzeitig fertigen können, sowie eine einteilige, extragroße Vat Konfiguration zur Herstellung von Teilen bis zu einer Größe von 1,5 Metern.

Sollten wir, um die Liste der Neuentwicklungen von 3D Systems abzuschließen, noch Pro SLS erwähnen, eine Station für das selektive Laser-Sintern (SLS). Diese neue Produktlinie im Bereich der automatisierten SLS-Praktiken ist in zwei Ausführungen zu haben: als Sinterstation Pro 140 und als Sinterstation Pro 230. Wie es aus Darmstadt dazu heißt, können potenzielle Anwender mit diesen neuen Fertigungsanlagen direkt vor Ort und nach Bedarf hochwertige, funktionsbereite Teile, Modelle, Montagevorrichtungen und Werkzeuge aus eigenen, ausgereiften Kunststoffen und Metallen als individuelle Maßanfertigung herstellen. Wir können jetzt noch einen Kontakt zum Lieferanten herstellen:

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