Fortschritte bei Rapid-Technologien

Erinnern Sie sich noch an den Replikator aus Star Trek, bei dem Captain Picard mit den Worten „Tee, Earl Grey, heiß“ seinen Tee bestellte? Dank der Fortschritte bei den modernen Rapid-Technologien wird diese Science-Fiction-Fantasie vielleicht eines Tages Wirklichkeit.

Rapid-Technologien umfassen viele verschiedenartige Technologien für die schnelle Erstellung von 3D-Volumenteilen und Prototypen anhand von 3D-CAD-Daten. Hierzu gehören 3D-Scanner und Reverse Engineering, Rapid Prototyping (Stereolithografie, selektives Lasersintern und 3D-Druck) und Rapid Tooling sowie die direkte oder indirekte Verwendung eines Rapid Prototype als Werkzeugmuster beim Formenbau.

Beim Reverse Engineering wird ein Objekt oder Produkt auseinandergenommen, um herauszufinden, wie es funktioniert, um die Konstruktion nachzubauen oder zu verbessern. Die Objekte werden mithilfe von 3D-Scannern eingescannt. Anhand der resultierenden Punktwolke der Scandaten wird dann ein 3D-Modell des Produkts generiert. Mehrere Fortschritte vereinfachen die bislang schwierigste Aufgabe: die Verbindung zwischen den 3D-Scandaten und den parametrischen CAD-Modellen.

Software zur Modellierung der Konstruktionsabsicht unterstützt diesen Prozess, indem sie die ursprüngliche Konstruktionsabsicht aus einem Scan eines echten Modells extrahiert. Dieser technologische Fortschritt führt zu einer weiteren wichtigen Entwicklung: dem parametrischen Austausch. Der parametrische Austausch vervollständigt die Verbindung zwischen Punktwolken und CAD-System durch eine intelligente CAD-Anbindung, die die automatische native Rekonstruktion von Geometrie ermöglicht.

Prototypen … pronto.

Rapid Prototyping umfasst sämtliche Verfahren für die schnelle Anfertigung eines maßstabsgetreuen Modells eines Teils oder einer Baugruppe mithilfe von 3D-CAD-Daten. Die meisten Rapid Prototyping-Verfahren basieren auf der additiven Fertigung, bei der durch Aufbringen einzelner Materialschichten Teile oder Prototypen angefertigt werden.

Die additive Fertigung dient zum Bau physischer Modelle, Prototypen, Muster, Werkzeugkomponenten und Produktionsteile aus Kunststoff, Metall und Verbundwerkstoffen. 

Der Einsatz von Rapid-Technologien durch additive Prozesse wurde zuerst von der Automobil- sowie der Luft- und Raumfahrtindustrie propagiert. Mittlerweile ist das Verfahren auch in der Konsumgüter-, Medizintechnik- und Rüstungsindustrie weit verbreitet.

Trotz der Nachwehen der globalen Rezession stiegen die weltweiten Erträge durch alle Technologieprodukte und -dienstleistungen für die additive Fertigung im Jahr 2010 laut Wohlers Report 2011, einer jährlich durchgeführten, internationalen Umfrage in der additiven Fertigungs- und 3D-Druckbranche, um 24 Prozent.

Die Stereolithografie (SLA) ist das gängigste Verfahren zur Herstellung von Rapid Prototypes von 3D-Volumenkörpern aus Kunststoff anhand von 3D-CAD-Daten. Bei der Stereolithografie entstehen Prototypen von hoher Genauigkeit, exzellenter Detailgetreue und hervorragender Oberflächengüte. Dabei wird ein fotosensibles Harz mit einem computergesteuerten Laserstrahl Schicht für Schicht gehärtet, um das Teil herzustellen.

Das selektive Lasersintern (SLS) ist mit der Stereolithografie insofern vergleichbar, als es sich ebenfalls um einen additiven Prozess handelt. Dabei werden thermoplastische oder metallische Partikel Schicht für Schicht zusammengesintert (verschmolzen), um anhand von 3D-CAD-Daten 3D-Objekte oder -Teile zu bauen. Der Hauptvorteil ist, dass SLS-Modelle als funktionierende Prototypen eingesetzt werden können.

3D-Druck: Das Potenzial für grundlegende Veränderung

Die Rapid-Technologie, die derzeit in den Mainstream-Medien die meiste Aufmerksamkeit erhält, ist der 3D-Druck, die kostengünstigste und schnellste Methode, Teile herzustellen. Angesichts des massiven Preisverfalls von 400.000 USD vor vier Jahren auf jetzt nur noch 1.000 USD wird der 3D-Druck die Fertigung drastisch verändern. 3D-Drucker haben den enormen Vorteil, dass sie im Allgemeinen schneller, kleiner, günstiger und benutzerfreundlicher sind als andere additive Rapid Prototyping-Verfahren.

Die 3D-Drucktechnologie ist äußerst ausgereift und in der Lage, 3D-CAD-Modelle als physische Prototypen oder Produkte zu kopieren, die Teilen aus der Massenfertigung sowohl im Aussehen als auch in der Funktion täuschend ähnlich sind. Infolgedessen werden 3D-Drucker mittlerweile von der Automobil- und Flugzeugindustrie bis hin zur Schuh- und Schmuckbranche für die Kleinserienproduktion und für Endverbraucherprodukte eingesetzt. Sie können Ihre eigenen Entwürfe jetzt also auch bauen.

Ganz im Verbrauchertrend der Massenanpassung ist die große Stunde des 3D-Drucks angebrochen. Unternehmen jeder Größe und finanziellen Leistungsfähigkeit und auch Privatpersonen erhalten damit die Chance, ein Produkt schnell und relativ kostengünstig zu entwerfen und zu bauen. Aufgrund des fortgesetzten Preisverfalls haben 3D-Drucker das Potenzial, die Rolle der traditionellen Fabrik ein für alle Mal zu verändern.

Die Marktstatistiken für dieses Segment des Rapid Prototyping-Marktes sind jedenfalls ermutigend. Laut Wohlers Report 2011 wird der Markt für 3D-Drucker von 1,3 Milliarden USD im letzten Jahr auf 5,2 Milliarden USD im Jahr 2020 anwachsen.

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