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Rapid Prototyping

Konstruktionsrichtlinien für den Einsatz von generativen Verfahren

08.04.2010 | Autor / Redakteur: Gerd Witt und Andreas Wegner / Rüdiger Kroh

Bild 1: Die Bauteilgenerierung erfolgt beim Lasersintern (links) und Strahlschmelzen (rechts) schichtweise.
Bild 1: Die Bauteilgenerierung erfolgt beim Lasersintern (links) und Strahlschmelzen (rechts) schichtweise.

Mit generativen Fertigungsverfahren können nicht nur Prototypen hergestellt werden, es lassen sich auch direkt ohne Werkzeug Serienbauteile fertigen. Im Rahmen eines Forschungsprojektes wurden jetzt erste Richtlinien für eine Rapid-Manufacturing-gerechte Bauteilkonstruktion erarbeitet.

Generative Fertigungsverfahren wie das Lasersintern oder das Strahlschmelzen (Bild 1) gewinnen in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung für die Produktentwicklung und Produktion. Im Gegensatz zu konventionellen Fertigungsverfahren entsteht das Werkstück bei der generativen Fertigung direkt auf Basis von 3D-Daten ohne formgebundene Werkzeuge durch schichtweises Aneinanderfügen eines formlosen Ausgangsstoffes. Dadurch können bereits in frühen Entwicklungsphasen schnell und kostengünstig Modelle und Prototypen hergestellt werden, wodurch sich unnötige Arbeitsschritte sowie teure Fehler und Fehlentscheidungen frühzeitig erkennen und vermeiden lassen und sich die Entwicklungszeit somit verkürzen lässt.

Serienbauteile ohne Werkzeug direkt herstellen

Darüber hinaus bieten generative Fertigungsverfahren die Möglichkeit, direkt ohne Werkzeug Serienbauteile herzustellen. Jedoch werden die Verfahren derzeit überwiegend zur Herstellung von Prototypen durch Substitution von Serienverfahren während der Entwicklung oder in der Vorserie eingesetzt.

Der Einsatz von Rapid Manufacturing (RM) beschränkt sich auf wenige Nischen wie die Fertigung von Zahnkappen oder von Hörgeräten, obwohl generative Fertigungsverfahren vielfältige Möglichkeiten zum Herstellen von komplexen Bauteilen mit integrierten Funktionen oder Hinterschneidungen bieten. Bislang werden diese jedoch fast ausschließlich zur Demonstration der Verfahrensmöglichkeiten oder als singuläre Lösungen genutzt.

Forscher erarbeiten Konstruktionsrichtlinien für Rapid Manufacturing

Gründe dafür liegen neben dem mangelnden Bekanntheitsgrad vor allem im Fehlen allgemeingültiger Konstruktionsrichtlinien für die Auslegung und Gestaltung von Bauteilen, wie sie für konventionelle Verfahren wie das Gießen, Umformen oder Spritzgießen existieren. Im Rahmen des AiF-Projektes „Wissensbasiertes Unterstützungssystem für Rapid-Prototyping-gerechte 3D-CAD-CAM-Prozesse“ wurden daher erste Richtlinien für eine Rapid-Manufacturing-gerechte Bauteilkonstruktion erarbeitet (AiF: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V.).

Das erste Rapid-Prototyping-Verfahren, die Stereolithographie, entstand 1982. Seitdem wurden viele neue generative Fertigungsverfahren entwickelt, die in der VDI 3404 in zehn Verfahrensgruppen eingeteilt werden.

Grundlage für die Bauteilherstellung bildet ein 3D-CAD-Datensatz, der, in das neutrale STL-Format konvertiert, an die Anlagensoftware übergeben wird (Bild 2 – siehe Bildergalerie). Dort werden die Daten in einzelne Schichten zerlegt und mit den Maschinenparametern an die Anlagensteuerung übertragen, welche das Bauteil Schicht für Schicht generiert.

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