Was ist Rapid Prototyping? | • BUOM

22. Februar 2021

Das Aufkommen neuer Technologien wie computergestütztes 3D-Design, 3D-Druck und additive Fertigungstechniken haben das Rapid Prototyping ermöglicht. Rapid Prototyping ermöglichte es Produktentwicklern, Prototypen zu erstellen und zu testen, bevor sie in die Produktionsphase übergingen. In diesem Artikel geben wir einen Überblick darüber, was Rapid Prototyping ist, welche verschiedenen Techniken im Rapid Prototyping-Prozess eingesetzt werden können und warum Rapid Prototyping von Vorteil ist.

Was ist Rapid Prototyping?

Unter Rapid Prototyping versteht man eine Gruppe von Techniken, mit denen schnell und kostengünstig Prototypen erstellt werden können. Der Prozess umfasst die Erstellung eines 3D-Modells eines Teils oder Produkts mithilfe von 3D-CAD-Software (Computer Aided Design) und die anschließende Konstruktion des Teils mithilfe verschiedener 3D-Drucktechniken, die auch als schichtadditive Fertigung bezeichnet werden. Die Automobilindustrie war die erste, die Rapid Prototyping zur Herstellung von Teilen und maßstabsgetreuen Modellen einsetzte, aber auch viele andere Branchen wie die Medizintechnik und die Luft- und Raumfahrtindustrie haben inzwischen damit begonnen, das Verfahren zu nutzen.

Obwohl Prototypen exakte Kopien des geplanten Produkts sein können, müssen sie es nicht sein. Der Grad der Wiedergabetreue hängt davon ab, was der Produktdesigner mit dem Prototyp erreichen möchte. Dies bedeutet, dass Prototypen von minderwertigen Produkten bis hin zu Produkten reichen können Produktdesigner entwickeln Testen Sie schnell ein umfassenderes Konzept für High-Fidelity-Prototypen, die wie das zu entwerfende Endprodukt aussehen und funktionieren müssen.

Welche Arten von Rapid-Prototyping-Methoden gibt es?

Beim Rapid Prototyping kommen verschiedene additive Fertigungsmethoden zum Einsatz, die jeweils unterschiedliche Vorteile bieten. Einige Methoden produzieren beispielsweise komplexere Prototypen, die sich gut für industrielle Umgebungen eignen, während andere Methoden weniger fortschrittliche Teile produzieren, aber kostengünstiger sind. Entwickler führen ständig neue additive Fertigungstechnologien ein. Hier sind jedoch sieben Methoden, die Produktdesigner derzeit für das Rapid Prototyping verwenden:

• Stereolithographie (SLA): SLA war das erste erfolgreiche kommerzielle 3D-Druckverfahren, das schnell und erschwinglich war. Bei der Rapid-Prototyping-Technik wird ein Bad aus lichtempfindlicher Flüssigkeit verwendet, das eine Schicht nach der anderen aushärtet, wenn es computergesteuertem UV-Licht ausgesetzt wird. Mit dieser Methode entstehen langlebige Produkte mit glatter Oberfläche.

• Selektives Lasersintern (SLS): SLS ist eine Technik, bei der ein Hochleistungslaser zum Sintern eines pulverförmigen Materials, normalerweise Nylon oder Polyamid, verwendet wird. Der Laser zielt auf bestimmte Punkte im Raum, die durch das 3D-Modell bestimmt werden, und verbindet dort das Material zu einer festen Struktur. Die Oberflächenbeschaffenheit dieser Art von Teilen ist rau, was bedeutet, dass ein zweiter Prozess zur Fertigstellung erforderlich ist. Diese Produkte sind auch nicht so langlebig wie SLA-gedruckte Teile.

• Fused Deposition Modeling (FDM): FDM ist eine kostengünstige Methode, die von den meisten nicht-industriellen Desktop-3D-Druckern zum Drucken von Teilen verwendet wird. Bei diesem Verfahren werden geschmolzene thermoplastische Filamente schichtweise von der Spitze einer Druckdüse auf eine Plattform extrudiert. Ein Computer-Auftragsprogramm gibt vor, wie flüssiger Kunststoff geschichtet wird, sodass diese Schichten letztendlich ein dreidimensionales Teil bilden, das auf einem digitalen Modell basiert. Obwohl mit FDM früher minderwertige Produkte hergestellt wurden, hat es sich schnell verbessert und ist heute eine zuverlässige Technologie für den schnellen und kostengünstigen Druck von Teilen.

• Selektives Laserschmelzen (SLM): SLM, auch bekannt als Laser-Pulverbettschmelzen (LPBF), ist eine Technik, bei der ein hochdichter Laser zum Verschmelzen von Metallpulvern verwendet wird. Beim Schmelzprozess schmilzt ein Laser Metallpulver – meist Titan, Aluminium, Edelstahl oder Kobalt-Chrom-Legierungen – Schicht für Schicht zu einem Prototypen. Die Luft- und Raumfahrt-, Automobil- und Medizinindustrie nutzen SLM häufig, da hier komplexe und hochfeste Teile hergestellt werden. Dies ist jedoch eine teure Methode, die die Mitarbeit qualifizierter Ingenieure erfordert.

• Laminated Object Manufacturing (LOM): LOM ist ein Rapid-Prototyping-System, das dünne Schichten aus mit Klebstoff beschichtetem Papier, Kunststoff oder Metall zusammenklebt und diese Schichten mithilfe eines Laserschneiders oder eines anderen Schneidgeräts sorgfältig schneidet, um ein 3D-Modell zu erstellen. Es handelt sich um eine Technologie, die weniger komplexe und komplexe Teile als SLS oder SMS produziert, aber kostengünstiger ist und keine spezialisierten Ingenieure oder speziell kontrollierte Umgebungen erfordert.

• Digital Light Processing (DLP): DLP ist eine Rapid-Prototyping-Technik, bei der Teile mithilfe eines DLP-Projektors erstellt werden, der ein Bild des 3D-Modells auf einen Behälter mit flüssigem Polymer projiziert. Dieser Prozess erfolgt auch Schicht für Schicht, wobei sich die Bauplatte nach unten bewegt, während sich jedes freigelegte flüssige Polymer verfestigt und dann die nächste Flüssigkeitsschicht dem Licht ausgesetzt wird. Obwohl DLP schneller und kostengünstiger als SLA ist, sind für diese Methode möglicherweise Unterstützungsstrukturen erforderlich. Eine Variante dieser Methode heißt Continuous Fluid Interface Manufacturing (CLIP), bei der keine Schichtung zum Einsatz kommt, sondern das Teil stattdessen in einem kontinuierlichen, kontinuierlichen Prozess hergestellt wird.

• Bindemittelsprühen: Dies ist eine relativ neue Rapid-Prototyping-Methode, die sich gut für die Massenproduktion in großen Stückzahlen eignet. Allerdings sind die Teile nicht so stabil wie diejenigen, die mit der SLS-Technik hergestellt wurden. Beim Binder Jetting handelt es sich um Düsen, die Mikrotröpfchen auf eine horizontale Pulverschicht sprühen. Die Walze verdichtet jede Schicht, anschließend wird eine neue Pulverschicht darauf aufgetragen, und dann beginnt der Prozess erneut, indem die Düsen eine neue Schicht aufsprühen. Sobald dieser Prozess abgeschlossen ist, wird das Teil zum Halbzeug und muss zum Schmelzen des Metallpulvers in einen Ofen geschickt werden.

Warum Rapid Prototyping nutzen?

Rapid Prototyping ermöglicht Produktentwicklern die schnelle und kostengünstige Erstellung von Prototypen, da es sich um automatisierte Prozesse handelt, für deren Betrieb weder viel Personal noch Werkzeuge erforderlich sind. Anleitung zum Rapid Prototyping nutzt computergestütztes Design (CAD) Auch bei der Erstellung von 3D-Modellen von Teilen ist der Prozess präzise, ​​wodurch Materialverschwendung reduziert wird und Produktdesigner die Möglichkeit haben, Teile zu visualisieren und zu testen. Die Fähigkeit, ein besseres Verständnis davon zu erlangen, wie ein Teil oder Produkt aussieht und wie es funktioniert, ermöglicht es, Änderungen bereits in einem frühen Stadium des Konstruktions- und Herstellungsprozesses vorzunehmen und etwaige Probleme zu lösen, bevor die Massenproduktion beginnt.

Rapid Prototyping beseitigt nicht nur potenzielle Designprobleme, sondern hilft Produktdesignern auch dabei, den Vorstandsmitgliedern Produkte vorzustellen, damit diese besser verstehen können, was sie genehmigen. Darüber hinaus ermöglicht Rapid Prototyping Produktdesignern auch, Informationen und Feedback von Kunden einzuholen, was bei Entscheidungen über Designänderungen und -verbesserungen hilfreich sein kann. Dies bedeutet, dass Kunden in den Designprozess einbezogen werden können, da die Durchführung mehrerer Designänderungen durch Rapid Prototyping schnell und kostengünstig ist.