Ein­füh­rung

Un­ter dem Sam­mel­be­griff Ra­pid Pro­to­ty­ping ver­steht man ei­ne Rei­he ver­schie­de­ner neuer Fer­ti­gungs­ver­fah­ren, mit de­nen Bau­tei­le fast so ein­fach her­ge­stellt wer­den sol­len wie man Do­ku­men­te aus­druckt. Die Bau­tei­le kön­nen im Com­pu­ter per CAD konstruiert oder von 3D-Scan­nern, To­mo­grap­hen oder ähn­li­chem ein­ge­le­sen wer­den. Die Fer­ti­gung er­folgt dann au­to­ma­tisch meist durch Ur­form­ver­fah­ren, die das Werk­stück schicht­wei­se auf­bauen.

Die ersten Ver­fah­ren hat­ten das Ziel, An­schauungs­mo­del­le zu er­zeu­gen, aber mit­tler­wei­le wird die gan­ze Pa­let­te der Ent­wick­lungs­stu­fen ab­ge­deckt: Pro­por­tions-, Er­go­no­mie-, De­sign- und Funk­tions­mo­del­le, Pro­to­ty­pen und End­pro­duk­te mit Ge­brauch­sei­gen­schaf­ten.
Ent­wick­ler erstel­len Mo­del­le ih­rer Konstruk­tio­nen, um Feh­ler zu ver­mei­den. Chi­rur­gen bauen miss­ge­bil­de­te Kno­chen­struk­tu­ren nach, um Ope­ra­tio­nen zu üben. Mo­del­lei­sen­bah­ner träu­men von RP-An­la­gen, bis sie die Prei­se se­hen;-) Scien­ce-Fic­tion-Au­to­ren rüsten Rau­mex­pe­di­tio­nen mit Me­tall­pul­ver­vor­rä­ten zur Er­satz­teil­herstel­lung aus. In der Rea­li­tät geht der Trend zu in­di­vi­duel­len Se­rien­pro­duk­ten wie Spritz­guss­for­men, Zahn­kro­nen oder Hör­ge­rä­teein­sät­zen, die durch RP schnel­ler als durch den Fach­ar­bei­ter her­ge­stellt wer­den kön­nen. Es ist des­halb ab­zu­se­hen, dass ei­ni­ge Be­rufs­bil­der sich bald ver­än­dern oder gar ver­schwin­den wer­den.

Ver­ar­bei­tet wer­den zahl­rei­che Ma­te­ria­lien nach ver­schie­de­nen Prin­zi­pien, aber in neue­ren Ver­fah­ren im­mer com­pu­ter­gesteuert:

Da­ne­ben fin­det man auch Be­grif­fe La­ser­ge­ne­rie­ren, Ra­pid Too­ling, Ra­pid Ma­nu­fac­tu­ring, Con­tour Craf­ting, 3D-Fa­xen [DER SPIEGEL 37/1998], ge­ne­ra­ti­ve Fer­ti­gungs­ver­fah­ren, Mul­ti­jet Mo­del­ling, So­lid Free­form Fa­bri­ca­tion, Desk­top Ma­nu­fac­tu­ring, La­yer Ma­nu­fac­tu­ring Tech­no­lo­gy [ Spek­trum der Wis­sen­schaft 04/1995], Ad­van­ced Di­gi­tal Ma­nu­fac­tu­ring (ADM), E-Ma­nu­fac­tu­ring, Ra­pid Pro­to­coa­ting, Au­to­ma­ted Fa­bri­ca­tion, Tool-less Ma­nu­fac­tu­ring, La­ye­red Ma­nu­fac­tu­ring, Rab­bit Pro­to­ty­ping usw.

Merk­ma­le

Der ei­gent­li­che Her­stel­lungs­vor­gang ist mit Ra­pid Pro­to­ty­ping kaum bil­li­ger, ge­nau­er oder schnel­ler als mit her­kömm­li­chen Ver­fah­ren, vor al­lem nicht für grö­ße­re Stück­zah­len. Aber da die Fer­ti­gung au­to­ma­tisch ge­schieht, um­geht man die Eng­päs­se Fach­ar­bei­ter, Ar­beits­zei­ten, Tran­sport... und macht da­durch Pro­duk­te schnel­ler ver­füg­bar.

RP-Ver­fah­ren kön­nen (fast) je­de Geo­me­trie er­zeu­gen. Hin­ter­schnei­dun­gen, be­lie­bi­ge Hohl­for­men, in­ne­re Kühl­ka­nä­le, fi­li­gra­ne For­men, leich­te Git­ter­struk­tu­ren und un­ter­schied­li­che Wandstär­ken sind mit we­nig zu­sätz­li­chem Auf­wand her­stell­bar.
Ein an­schau­li­ches Bei­spiel fin­den Sie wei­ter un­ten auf die­ser Sei­te: Der Turm hat die Grö­ße ei­ner Schach­fi­gur, ist hohl, hat nur die Öff­nun­gen für Fenster und Tü­ren und ent­hält in­nen ei­ne Wen­del­trep­pe. Er wur­de in ei­nem Fer­ti­gungs­schritt la­ser­ge­sin­tert.

RP-Ver­fah­ren bauen Werk­stü­cke all­mäh­lich auf, et­wa so, wie ein Mau­rer ein Haus baut. Des­we­gen hängt die Fer­ti­gungs­dauer di­rekt mit dem Vo­lu­men bzw. Ge­wicht des fer­ti­gen Bau­tei­les zu­sam­men.

Nach­ar­bei­ten sind nur er­for­der­lich, wenn Stütz­struk­tu­ren er­for­der­lich wa­ren, oder wenn ei­ne ho­he Ober­flä­chen­gü­te not­wen­dig ist.

Be­grif­flich­kei­ten

Zu­sam­men mit Ra­pid Pro­to­ty­ping wird als ein­zi­ges Nicht-Ur­form-Ver­fah­ren oft auch das CNC-Form­frä­sen ge­nannt. Es kann eben­falls Com­pu­ter­da­ten weit­ge­hend au­to­ma­tisch in Werk­stü­cke ver­wan­deln, aber in al­len an­de­ren Merk­ma­len un­ter­schei­det es sich als tren­nen­des Ver­fah­ren teil­wei­se er­he­blich von den Ur­form­ver­fah­ren - ge­wun­de­ne in­ne­re Kühl­ka­nä­le kann man je­den­falls nicht in ei­nen Block frä­sen. Des­halb neh­me ich CNC-Frä­sen in die­ser Sei­te nicht auf, schon um die gan­zen Aus­nah­men nicht for­mu­lie­ren zu müs­sen.

Au­ßer­dem möch­te ich an die­ser Stel­le ein­fü­gen, dass die Ver­fah­ren, ih­re Be­zeich­nun­gen und Ein­ord­nun­gen re­la­tiv neu und m.E. auch nicht im­mer sinn­voll sind. So sug­ge­rie­ren die Be­grif­fe Ra­pid Pro­to­ty­ping und Ra­pid Too­ling, dass mit die­sen Ver­fah­ren nur Pro­to­ty­pen und Werk­zeu­ge her­ge­stellt wer­den. Das mag zu Be­ginn der Ent­wick­lung der je­wei­li­gen Ver­fah­ren das Ziel ge­we­sen sein, aber die Er­fah­rung zeigt doch, dass sich für neue Tech­nik­en auch neue An­wen­dungs­ge­bie­te fin­den. Für neue­re Ent­wick­lun­gen kon­kur­rie­ren so­gar Be­grif­fe, die von Fir­men ge­prägt wur­den. Ich glau­be des­halb, dass die Ver­fah­rens­be­zeich­nun­gen und Ein­tei­lun­gen noch nicht end­gül­tig sind.

Be­schrei­bung der ein­zel­nen Ver­fah­ren

Ste­reo­lit­ho­gra­fie (STL oder SLA)

Ste­reo­lit­ho­gra­fie ist das Ver­fah­ren, für das 1987 die erste kom­mer­ziel­le An­la­ge vor­ge­stellt wur­de [ Spek­trum der Wis­sen­schaft 04/1995].

Prin­zip

Ein lich­taus­här­ten­der Kunst­stoff, z.B. Kunst­harz oder Epo­xy­harz, wird von ei­nem La­ser in dün­nen Schich­ten aus­ge­här­tet. Die Pro­ze­dur ge­schieht in ei­nem Bad des Kunst­stof­fes. Nach je­dem Schritt wird das Werk­stück et­was ab­ge­senkt und der flüs­si­ge Kunst­stoff an der Ober­flä­che durch ei­nen Wi­scher gleich­mä­ßig ver­teilt. Über die flüs­si­ge Schicht fährt ein La­ser, der von ei­nem Com­pu­ter über be­we­gli­che Spie­gel gesteuert wird, und här­tet die Flä­chen aus, die fest wer­den sol­len. Nach dem Aus­här­ten er­folgt der nächste Schritt, so­dass nach und nach ein 3D-Mo­dell entsteht.
Da das vom La­ser ge­här­te­te Harz noch re­la­tiv weich ist, wer­den bei der Her­stel­lung auch Stütz­struk­tu­ren ein­ge­baut. Nach dem Auf­bau der Form wird das Mo­dell in UV-Licht noch­mals aus­ge­här­tet und die Stütz­struk­tu­ren von Hand ent­fernt.

Ein Vor­läu­fer die­ses Ver­fah­rens ist das So­lid Ground Cu­ring. Beim So­lid Ground Cu­ring wur­de der Kunst­stoff noch nicht mit ei­nem La­ser aus­ge­här­tet, son­dern mit ge­wöhn­li­chem UV-Licht, wo­bei für je­de Schicht ei­ne Licht­ma­ske in ei­nem Fo­to­plot­ter aus­ge­druckt wer­den musste.

Merk­ma­le

Ste­reo­lit­ho­gra­fie er­mög­licht ei­ne ho­he Prä­zi­sion bei fei­nen Struk­tu­ren und ge­rin­gen Wandstär­ken [VDI nach­rich­ten 43/2001, S.22]. Da ein Mo­dell in ei­nem flüs­si­gen Bad auf­ge­baut wird, be­nö­tigt man für über­hän­gen­de Tei­le Stütz­struk­tu­ren, die wie­der ent­fernt wer­den müs­sen.

An­wen­dungs­bei­spie­le

wpeB.jpg (11251 Byte)An­wen­dun­gen sind An­schauungs­mo­del­le, Guss­mo­del­le u.ä.

Das rechts ab­ge­bil­de­te Mo­dell ei­ner BMW F1-Kur­bel­wel­le wur­de durch Ste­reo­lit­ho­gra­fie aus Kunst­harz her­ge­stellt. Nach­dem die Stütz­struk­tu­ren ent­fernt sind, kann es als Ur­mo­dell für den Guss ein­ge­setzt wer­den [Quel­le: VDI nach­rich­ten 22/2001].

In der Me­di­zin­tech­nik wird das Ver­fah­ren vor kom­pli­zier­ten Ope­ra­tio­nen an Kno­chen an­ge­wen­det, z.B. bei der Kor­rek­tur de­for­mier­ter Kin­der­schä­del. Der de­for­mier­te Schä­del wird per Com­pu­ter­to­mo­gra­fie di­gi­ta­li­sert und an­schlie­ßend mit Ste­reo­lit­ho­gra­fie aus Kunst­harz auf­ge­baut, so­dass die Ope­ra­tion geübt wer­den kann. [H.-F. Zeil­ho­fer, Kli­ni­kum rechts der Isar, Mün­chen, nach DER SPIEGEL 37/1998]

La­ser­ge­ne­rie­ren

La­ser­ge­ne­rie­ren scheint ein Ober­be­griff für Ver­fah­ren zu sein, bei de­nen Pul­ver mit La­sern ver­bun­den wer­den, z.B. durch La­ser­sin­tern oder La­ser­schmel­zen . Aber si­cher ist das nicht, denn die Be­grif­fe wer­den un­ter­schied­lich ver­wen­det.

se­lek­ti­ves La­ser-Sin­tern (SLS) (La­ser-Sin­ter-Tech­no­lo­gie, La­ser­sin­tern, La­ser­sin­te­ring, Me­tall-La­ser­sin­tern MLS)

Prin­zip

Au­ßer­lich äh­nelt das La­ser-Sin­tern der Ste­reo­lit­ho­gra­fie, un­ter­schei­det sich aber im Aus­gangs­ma­te­rial und im Aus­här­te­me­cha­nis­mus. Statt Flüs­sig­kei­ten wer­den Pul­ver ver­wen­det und statt ei­ne fo­to­che­mi­sche Reak­tion aus­zu­lö­sen, ver­sin­tert oder ver­schmilzt der La­ser die Ma­te­rial­körn­chen. Des­halb kön­nen an­de­re und mehr Werk­stof­fe ein­ge­setzt wer­den. Ne­ben Me­tal­len und ke­ra­mi­schen Substan­zen, die auch her­kömm­lich ge­sin­tert wer­den, la­ser­sin­tert man auch Kunst­stoff­pul­ver und Gieß­sand.
Beim La­ser­sin­tern ist ein ge­wis­ses Maß an Po­rö­si­tät nicht zu ver­mei­den. Man ver­sucht dies zu ver­bes­sern, in­dem man die po­rö­se Form nach­trä­glich mit geeig­ne­ten Substan­zen tränkt, z.B. mit flüs­si­gem Kup­fer.

Merk­ma­le

Für La­ser­sin­tern ste­hen viele Werk­stoff­grup­pen zur Ver­fü­gung: ver­schie­de­ne Me­tal­le, ver­schie­de­ne Kunst­stof­fe und Guss­sand. Auf­grund der pul­ver­för­mi­gen Aus­gangs­stof­fe ist die er­reich­ba­re Ober­flä­chen­gü­te nicht so hoch wie bei der Ste­reo­lit­ho­gra­fie. [VDI nach­rich­ten 43/2001]

Can­tor-Le­gie­run­gen oder High-En­tro­py-Le­gie­run­gen (HEA) sind Le­gie­run­gen aus 5 oder mehr Ele­men­ten et­wa glei­cher An­tei­le. Sie ver­spre­chen bes­se­re me­cha­ni­sche Ei­gen­schaf­ten bei hö­he­ren Tem­pe­ra­tu­ren.
In Pul­ver­mi­schun­gen ist ei­ne gleich­mä­ßi­ge­re Ver­tei­lung der Le­gie­rungs­ele­men­te mög­lich als bei Guss­le­gie­run­gen. Da­durch wird z.B. bei ei­ner Can­tor-Le­gie­rung aus Fe, Co, Cr, Ni und Mn für Tur­bi­nen ei­ne Er­hö­hung der Zug­festig­keit von her­kömm­lich 600 MPa auf 900 MPa bei 1400°C er­reicht [VDI nach­rich­ten 08/2017].

An­wen­dungs­bei­spie­le

TurmMe­tal­li­sche Bau­tei­le kön­nen im Um­weg über ei­nen "­Grün­ling" er­zeugt wer­den. Zum Bei­spiel kann mit ei­nem La­ser zu­nächst ei­ne Form aus kunst­stof­fum­hüll­tem Stahl­pul­ver er­zeugt wer­den, die dann in ei­nem Ofen zu ei­ner po­rö­sen Form ver­sin­tert wird. Die Form wird dann mit ei­ner Bron­ze­le­gie­rung ge­tränkt, so­dass ein be­last­ba­res Werk­zeug entsteht. [RP-Sys­tem­herstel­ler DTM, Hil­den, nach VDI-Nach­rich­ten 48/2000].
Me­tal­li­sche Bau­tei­le kön­nen auch im Di­rect-Tool-Pro­zess durch La­ser ver­schmol­zen wer­den, oh­ne den Zwi­schen­schritt über Grün­lin­ge zu ge­hen. Das Er­geb­nis wird nach Glät­ten der Ober­flä­che als Spritz­guss- oder Druck­guss­form ein­ge­setzt. [Fa. Elec­tro Op­ti­cal Sys­tems GmbH, Mün­chen, nach VDI-Nach­rich­ten 48/2000] (sie­he se­lek­ti­ves La­ser­schmel­zen ).

Gum­mie­lasti­sche Mo­tor­bau­tei­le (Schläu­che, Man­schet­ten usw.) müs­sen oft druck­dicht, tem­pe­ra­tur­bestän­dig und che­misch re­sistent sein. Sie kön­nen aus Elasto­me­ren la­ser­ge­sin­tert wer­den. Die Dicht­heit er­hal­ten sie durch nach­trä­gli­ches Trän­ken mit dünn­flüs­si­gen In­fil­tra­ten, die Druck­bestän­dig­keit kann durch Wär­me­be­hand­lung er­höht wer­den. Erste Pro­toy­pen sol­len von Kun­den ge­testet wor­den sein. [Fa. Sauer Pro­duct, Die­burg, nach nach VDI-Nach­rich­ten 2/2001].

Mit Gieß­sand wer­den Sand­guss­for­men er­stellt, in de­nen klas­sisch ge­gos­sen wird.

Das Bild rechts zeigt das Mo­dell ei­nes Tur­mes mit ei­ner Hö­he von 36 mm und ei­ner Wen­del­trep­pe in­nen. Der Turm wur­de der Ge­wer­be­schu­le Lör­rach von EOS Elec­tro Op­ti­cal Sys­tems, Pla­negg ge­stif­tet.

se­lek­ti­ves La­ser­schmel­zen (SLM) (se­lec­ti­ve La­ser Mel­ting, Di­rekt Me­tall-La­ser­sin­tern (DMLS), La­ser­cu­sing (Cu­sing = Con­cept Fu­sing)

Prin­zip

Mit dem SLM-Ver­fah­ren wird Me­tall­pul­ver nicht ge­sin­tert, son­dern das Pul­ver am Be­ar­bei­tung­spunkt auf­ge­schmol­zen. Da­durch ist es mög­lich, ei­ne po­ren- und riss­freie Struk­tur auf­zu­bauen. Theo­re­tisch kann 100%­der Dich­te des Aus­gangs­ma­te­rials er­reicht wer­den. Das Me­tall­pul­ver kann mit ei­nem Gasstrahl zu­ge­führt (ge­bla­sen) oder schicht­wei­se auf­ge­tra­gen wer­den.

Merk­ma­le

Ziel des Ver­fah­rens sind hö­he­re Dich­te, Festig­keit und Ge­nau­ig­keit ver­gleich­bar mit ge­gos­se­nen Tei­len.

Die Schicht­di­cken kön­nen 0,05 bis 0,3 mm be­tra­gen, die To­le­ran­zen er­rei­chen 0,02 mm, und die Ober­flä­chen­rau­hei­ten kön­nen un­ter 20µm lie­gen.

Ak­tuel­le For­schun­gen sind da­mit be­schäf­tigt, die Pa­let­te der ver­wend­ba­ren Le­gie­run­gen zu er­wei­tern (08/2006). Da­raus schlie­ße ich, dass es nicht tri­vial ist, das Ver­fah­ren von ei­nem Werk­stoff auf den an­de­ren zu über­tra­gen.

An­wen­dungs­bei­spie­le

La­mi­na­ted Ob­ject Mo­del­ling (LOM), So­lid Foil Po­ly­me­ri­sa­tion

LOM ist ein frü­hes Ver­fah­ren des Ra­pid Pro­to­ty­ping.

Prin­zip

Die Form wird aus Pa­pier­schich­ten (auch Fo­lien aus Ke­ra­mik, Kunst­stoff oder Alu­mi­nium) auf­ge­baut. Je­de neue Schicht wird auf die vor­han­de­ne Form auf­ge­klebt und dann die Kon­tur be­schnit­ten, z.B. durch ei­nen La­ser. Da­nach wird die nächste Schicht auf­ge­bracht usw.
Das "Auf­kle­ben" kann auch durch Po­ly­me­ri­sa­tion (So­lid Foil Po­ly­me­ri­sa­tion) oder gal­va­nisch (Elec­tro­set­ting) er­fol­gen. [ Krätz­schmar ]

Die To­le­ran­zen er­rei­chen bei Pa­pier ±0,4 mm.

An­wen­dungs­bei­spie­le

An­wen­dun­gen die­ses Ver­fah­rens sind z.B. die Her­stel­lung von Ge­län­de­mo­del­len oder De­signstu­dien. [Fa. He­li­sys, USA, nach DER Spie­gel 37/1998]

Laminated Object Modelling - Heraustrennen der FormIn der kur­zen Bild­se­rie wird ge­zeigt, wie das Fuß­kreuz ei­nes Bü­rostuh­les mit Hil­fe des LOM-Ver­fah­rens aus mit Klebstoff be­schich­te­tem Pa­pier her­ge­stellt wird.

Im ersten Bild trennt Ke­no Heit­mann, der freund­li­cher­wei­se Bil­der und In­for­ma­tio­nen zur Ver­fü­gung ge­stellt hat, die 5 ein­zel­nen Seg­men­te des Fuß­kreu­zes aus dem Pa­pier­block, der die LOM-Ma­schi­ne nach rund 40 Stun­den Lauf­zeit ver­las­sen hat. Die­ser Ar­beits­gang ist nö­tig, da im LOM-Pro­zess das über­ste­hen­de Pa­pier per­fo­riert, aber nicht völ­lig ent­fernt wird.
Die Seg­men­te mussten ge­trennt her­ge­stellt wer­den, da das Fuß­kreuz im Gan­zen zu groß für die An­la­ge war.

Laminated Object Modelling - FußkreuzDie wei­te­ren Bil­der zei­gen ein ein­zel­nes Seg­ment nach dem Ab­schlei­fen und die mon­tier­ten­Ele­men­te. Nach Mon­ta­ge, Schlei­fen und Spach­teln wird das Mo­dell noch la­ckiert.
Laminated Object Modelling - abgeschliffenes einzelnes Segment

Die Festig­keit des Mo­del­les ist mit Holz ver­gleich­bar.

Fu­sed De­po­si­tion Mo­del­ling (FDM)

Prin­zip

Draht­för­mi­ges Ma­te­rial (Pol­yet­hy­len, Pol­ya­mid, Wachs..) wird ver­flüs­sigt und mit ei­ner Dü­se schicht­wei­se zu ei­ner Form auf­ge­baut. [Greul, Pin­tat in Spek­trum der Wis­sen­schaft 04/1995]

Die Schicht­di­cken kön­nen 0,05 bis 0,7 mm be­tra­gen, die To­le­ran­zen er­rei­chen 0,15 mm.[ Krätz­schmar ]

An­wen­dungs­bei­spie­le

Die Kunst­stoff­mo­del­le sind für An­schauungs- und ein­fa­che Funk­tions­mo­del­le geeig­net.
Die Wachs­mo­del­le kön­nen im Wach­saus­schmelz­ver­fah­ren nach­ge­gos­sen wer­den. "Be­son­ders geeig­net scheint es für we­nig fi­li­gra­ne Bau­tei­le zu sein, die kaum aus­kra­gen­de­Ele­men­te ha­ben; sonst müs­sen un­ter­stüt­zen­de Konstruk­tio­nen vor­ge­se­hen wer­den, und ei­ne Nach­be­ar­bei­tung ist häu­fig er­for­der­lich. Her­ge­stellt wur­den bei­spiels­wei­se Form­hälf­ten so­wie Pro­to­ty­pen von Fla­schen, Ver­rie­ge­lungs­ele­men­ten, Tur­bi­nen­läu­fern und Ku­gel­la­ger­kä­fi­gen." [Greul, Pin­tat in Spek­trum der Wis­sen­schaft 04/1995]

3D-Prin­ting (3DP)

Prin­zip

Ein 3D-Dru­cker, der ei­nem her­kömm­li­chen Tin­tenstrahl­dru­cker äh­nelt, ver­spritzt kei­ne Tin­te, son­dern flüs­si­ges Bin­de­mit­tel (z.B. Epo­xid­harz) auf ein Pul­ver­bett. Das Bin­de­mit­tel klebt das Pul­ver zu­sam­men, an­schlie­ßend wird fri­sches Pul­ver auf­ge­bracht. In die­ser Wei­se här­tet der Dru­cker Pul­ver aus Ke­ra­mik, Stahl, Gips oder Stär­ke [nach DER Spie­gel 37/1998].

An­wen­dun­gen

Mit pul­ver­isier­ter Ke­ra­mik las­sen sich di­rekt For­men für Me­tal­lab­güs­se er­zeu­gen (Di­rect Shell Pro­duc­tion Casting).[ Krätz­schmar ]

Mul­ti­jet Mo­del­ling (MJM)

Prin­zip

Mul­ti­jet Mo­del­ling Ver­fah­ren be­ruht auf dem Prin­zip der Ste­reo­li­to­grap­hie. Es wird ein flüs­si­ges Harz (Mo­no­me­re) aus pi­zo­elek­tri­schen Dü­sen ge­spritzt und an­schlie­ßend mit­tels ei­ner UV-Lam­pe ver­festigt (Po­ly­me­ri­siert). [Pe­ter Gö­bel]

Mul­tip­ha­se Jet So­li­di­fi­ca­tion (MJS? )

Prin­zip

Ein 3D-Dru­cker, der ei­nem her­kömm­li­chen Tin­tenstrahl­dru­cker äh­nelt, ver­spritzt flüs­si­ge Me­tal­le.

Ra­pid Too­ling

Ra­pid Too­ling ist ein Ober­be­griff für die mo­der­nen Ver­fah­ren, die im Werk­zeug­bau ein­ge­setzt wer­den.

An­wen­dun­gen

Ge­nannt wer­den Si­li­kon­for­men für den Va­kuum­guss und Spritz­guss­ein­sät­ze aus Epo­xid­harz oder Alu­mi­nium, mit de­nen klei­ne und mit­tle­re Stück­zah­len ge­fer­tigt wer­den kön­nen.[ Hörd­ler Ra­pid En­gi­nee­ring ]

Con­tour Craf­ting (CC)

Prin­zip

Ein Ro­bo­ter spritzt und formt schnell här­ten­den Be­ton als zä­he Mas­se und formt da­mit die Au­ßen­form ei­ner Mauer. Die Mauer wird an­schlie­ßend mit ge­wöhn­li­chem Be­ton aus­ge­füllt, Hohl­räu­me für Ver­sor­gungs­lei­tun­gen kön­nen frei­ge­las­sen wer­den. Der Ro­bo­ter kann auch vor­pro­du­zier­te Tei­le in Po­si­tion brin­gen, z.B. Wand­mo­du­le, Dach­bal­ken oder Dach­zie­gel, Stah­lar­mie­run­gen ein­brin­gen, ver­put­zen und strei­chen.

An­wen­dun­gen

Con­tour Craf­ting ist ei­ne Tech­nik, die im Mo­ment (02/2004) ge­ra­de von dem ame­ri­ka­ni­schen In­ge­nieur und Pro­fes­sor Beh­rokh Khosh­ne­vis ent­wi­ckelt und pro­pa­giert wird. Er plant, kom­plet­te Häu­ser vol­lau­to­ma­tisch mit Por­tal­ro­bo­tern zu bauen, die grö­ßer als das Haus sind. [nach DER Spie­gel 08/2004]

Auch wenn Khosh­ne­vis Ideen sich erst im Ver­suchs­sta­dium be­fin­den, zei­gen sie doch die Mög­lich­kei­ten, die im Ra­pid Pro­to­ty­ping ste­cken.

Links

3D-Kalt­gas­sprit­zen (Cold Spray)

Prin­zip

Ein Pro­zess­gas wird er­hitzt, ex­pan­diert, be­schleu­nigt in ei­ner La­val­dü­se auf Über­schall­ge­schwin­dig­keit und reißt Me­tall­par­ti­kel mit. Wenn die­se auf ei­ne Ober­flä­che tref­fen, ver­for­men sie sich und bil­den ei­ne fest haf­ten­de Schicht. Da­mit kann ein Vo­lu­men schicht­wei­se auf­ge­baut wer­den.[VDI nach­rich­ten 49/2017]

Links

  • YouTu­be-Vi­deo von Spee3D . Bei Alu­mi­nium ge­nü­gen ei­ne Pro­zess­tem­pe­ra­tur von 450°C, 30 bar Druck und ei­ne Par­ti­kel­ge­schwin­dig­keit von 600 m/s. Die Ge­schwin­dig­keit sei we­sent­lich grö­ßer als bei Pul­ver­bett­dru­ckern, Ober­flä­che und Ge­nau­ig­keit da­ge­gen schlech­ter. [VDI nach­rich­ten 49/2017]
  • YouTu­be-Vi­deo von Im­pact In­no­va­tions GmbH . Im­pact In­no­va­tions ver­ar­bei­tet fast al­le Me­tal­le au­ßer Mo­lyb­dän und Wol­fram. Ty­pisch seien Stickstoff als Pro­zess­gas, das auf 1100°C und bis 50 bar ge­bracht wird und da­mit fünf­fa­che Schall­ge­schwin­dig­keit er­reicht. Es kön­nen bis zu 10kg Edelstahl pro Stun­de auf­ge­tra­gen wer­den und meh­re­re Ku­bik­me­ter Vo­lu­men auf­ge­baut wer­den. [VDI nach­rich­ten 49/2017]

CNC-Frä­sen

Prin­zip

In ei­ner CNC-Fräs­ma­schi­ne wird das Mo­dell aus dem Vol­len ge­fräst. Die ge­schieht in den Stu­fen Vor­frä­sen und Fein­frä­sen. Hoh­le For­men müs­sen mehr­tei­lig her­ge­stellt und dann ge­fügt wer­den.

Ver­wand­te The­men

Ra­pid Pro­to­coa­ting

Ra­pid Pro­to­coa­ting ist ein Be­schich­tungs­ver­fah­ren, bei dem das Be­schich­tungs­ma­te­rial mit ei­nem ge­pulsten La­ser er­hitzt wird, so­dass es ver­dampft, teil­wei­se io­ni­siert und sich im Va­kuum am Bau­teil nie­der­schlägt. Da nach An­ga­ben der ent­wi­ckeln­den Fir­ma AxynTeC Dünn­schicht­tech­nik GmbH der Wech­sel der Pro­zessPa­ra­me­ter und Be­schich­tungs­ma­te­ria­lien schnel­ler mög­lich sei als bei der her­kömm­li­chen Be­schich­tung aus der Dampfp­ha­se, se­hen sie das An­wen­dungs­ge­biet des Ver­fah­rens in der Ent­wick­lungs- und Testp­ha­se und nen­nen es Ra­pid Pro­to­coa­ting. [nach Spek­trum der Wis­sen­schaft 02/2004]

Rab­bit Pro­to­ty­ping

Rab­bit Pro­to­ty­ping sei ein Sam­mel­be­griff für ver­schie­de­ne Ver­fah­ren des Ra­pid Pro­to­ty­pings, die bei der Her­stel­lung von Scho­ko­la­den­hohl­for­men ver­wen­det wür­den. Wer es ge­nau wis­sen will, kann den Ar­ti­kel bei Spek­trum der Wis­sen­schaft nach­le­sen. Es sei noch da­rauf hin­ge­wie­sen, dass die­ser Ar­ti­kel in der Aus­ga­be 04/2007 ver­öf­fent­licht wur­de;-) (04/2007)

Wei­te­re Über­bli­cke über Ra­pid Pro­to­ty­ping

  • Das Insti­tut für La­ser- und An­la­gen­sys­tem­tech­nik der TU Ham­burg-Har­burg geht in sei­nem For­schungs­be­richt 2005 auf die ak­tuel­len Ent­wick­lungs­rich­tun­gen ein. (08/2006)
  • Die Zu­sam­men­fas­sung La­ser-Skulp­tu­ren von Jens Krätz­schmar bie­tet ei­ne de­tail­lier­te­re Über­sicht über die RP-Tech­nik­en.
  • Die Ra­pid Pro­to­ty­ping Group der Uni Bre­men hat viele Be­rich­te und Ar­bei­ten ver­öf­fent­licht oder tut es im­mer noch. Ich ha­be den Link aber her­aus­ge­nom­men, weil er we­gen häu­fi­gen Adres­sen­wech­sels und Nich­ter­reich­bar­keit zu viel Ar­beit macht. Goo­geln Sie selbst.

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