Rapid Prototyping - der Weg zum Modell wird immer leichter

Titelthema in Heft 2-2013






Titelbild:
Erste spielbare E-Geige, gedruckt in einem 3D-Druckverfahren
Foto: Dipl.Des.(FH) Liliana Merlin Frevel

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Erste spielbare E-Geige, gedruckt in einem 3D-Druckverfahren

Designer: Peter Böckel - gespielt von Eva Maria Beer - Foto: Dipl.Des.(FH) Liliana Merlin Frevel - Quelle: coburg-designlab

Das Modell des Instruments wurde von Peter Böckel am Rechner mit entworfen und modelliert, anschließend wurde das Ergebnis an einen 3D-Drucker übermittelt. Dieser erstellte die Geige entsprechend der Daten schichtweise aus Kunststoff.

Peter Böckel studierte bis 2011 an der Hochschule Coburg Integriertes Produktdesign. Die Geige entstand als freie Arbeit und Experiment im coburg-designlab.

Wie das gedruckte Instrument aussieht und vor allem wie es klingt, zeigt Eva Maria Beer (sie studiert Integriertes Produktdesign).

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Das IF sprach mit Prof. Peter Raab von der Hochschule Coburg über Rapid Prototyping

Die Autorin Petra Fastermann beschreibt in ihrem Buch 3D-Druck/Rapid Prototyping u.a. im Kapitel 3D-Druck in praktischen Anwendungsbereichen, ausgewählte 3D-Objekte von Designern aus dem coburg-designlab. Das coburg-designlab ist Anlaufstelle für Studenten und hat sich auch als kompetenter Projektpartner für Wirtschaft und Industrie in zahlreichen Kooperationsprojekten bewährt. Es versteht sich als eine offene und fachübergreifende Plattform für die Auseinandersetzung mit aktuellen Fragestellungen der Gestaltung, die sich aus Technologie-, Fertigungs- und Umsetzungsprozessen ergeben.

In einem Gespräch mit Prof. Peter Raab vom coburg-designlab konnte sich das INNOVATIONS-FORUM sehr anschaulich über die vielfältigen Möglichkeiten der additiven Fertigungsverfahren informieren.

Keine Frage: 3D-Drucker sind auf dem Vormarsch und somit die Voraussetzungen gegeben, aus Kunststoff, Gips, Porzellan oder Metall alle denkbaren und undenkbaren Dinge zu drucken. Der Gedanke, druckbare Pralinen oder Gebäck zu entwerfen/modellieren, ist bereits über das Stadium einer Idee hinaus gewachsen … die Möglichkeiten der individuellen Formgebung und überraschenden Geschmacksnuancen scheinen grenzenlos. [...]

Das INNOVATIONS-FORUM bedankt sich bei Prof. Peter Raab für das interessante und informative Gespräch.

Weitere Informationen zur Hochschule Coburg: www.hs-coburg.de

Da es sich bei den Additiven Fertigungsverfahren um ein zukunftsorientiertes und ausgesprochen spannendes Thema handelt und sich nicht in ein paar Sätzen abhandeln lässt, haben wir uns entschlossen, in einer Reihe die Thematik fortzuführen. Wenn Sie also Fragen zum Thema haben oder weiterführende Informationen suchen – schreiben Sie uns: redaktion@innovations-forum.net

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Rapid Prototyping - des Entwicklers Traum nimmt Gestalt an?

von E. Kübel

Seit Jahren begleitet der Begriff des Rapid Prototyping viele Entwicklungsprozesse. Was im ersten Moment eine Technologie vermuten lässt, entpuppt sich beim näheren Hinsehen als ein ganzer Strauß weit auseinander laufender Technologie. Wikipedia listet so z.B. 13 verschiedene Verfahren innerhalb des Rapid Prototyping auf. Wobei diese Liste auch nur konkrete Fertigungsverfahren umfasst. Andere Autoren fassen auch noch Entwurfsverfahren und Virtuelle Realität mit unter RP. Dementsprechend werden die Beiträge in diesem Heft, die sich mit der Thematik befassen, im Wesentlichen nur einen Teilbereich herausnehmen. Dies ist der Teilbereich 3D-Druck.

Grund für diese Auswahl ist, dass 3D-Druck momentan an der Schwelle ist von einer Expertenanwendung in die breite Masse. Dies ist bedingt dadurch, dass nach dem Auslaufen des Schutzes durch ein Basispatent 3D-Drucker heute von mehreren Herstellern in verschiedenen Leistungsstufen produziert werden und damit je nach den Ansprüchen der Interessenten Nutzungsmöglichkeiten bestehen. Das schließt ein, dass sich die Kosten für die Nutzung der Technologie, ob in eigener Regie oder über Dienstleister, so reduziert haben, dass sie selbst für “den armen freien Erfinder” möglich wird. [...]

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Das IF sprach mit Michael Junghanß, Geschäftsführer
der alphacam GmbH und Vorstandsvorsitzender der NC Gesellschaft e. V.

von E. Kübel

Innovations-Forum: Als Geschäftsführer der alphacam verfolgen Sie seit Jahren die aktuelle Entwicklung im Technologiebereich. Welches sind aus Ihrer Sicht die wichtigsten Komponenten im Rapid Prototyping?

Michael Junghanß: Als vor jetzt gut 25 Jahren die ersten Maschinen auf den Markt kamen, die eben additiv auftragend Kunststoffteile produzierten, da waren wir tatsächlich noch im Bereich des Rapid Prototyping oder auch des Anschauungsmodells, zu mehr waren die Kunststoffteile nicht zu gebrauchen. Aber da hat sich in den letzten Jahren sehr viel getan. Auch wir als alphacam sprechen davon, dass wir heute „Kunststoffteile herstellen” in einer neuen Variante, neben der zerspanenden Bearbeitung und der formgebenden Bearbeitung durch Formwerkzeuge oder Spritzgießwerkzeuge. Es gibt nun eine dritte Methode Kunststoffteile zu produzieren, indem wir sie einfach additiv aufbauend herstellen. Das ist der ganz entscheidende Unterschied, dass wir heute Materialien zur Verfügung haben, mit denen man tatsächlich auch Endprodukte herstellen kann. Wir sind nicht mehr beim Anschauungsmodell, auch nicht mehr bei Funktionsprototypen. Nein, wir sind auch von der Bandbreite her in der Lage, Endprodukte herzustellen. Mit Sicherheit aber nicht, um eine Million Bierkästen herzustellen. Das wäre der falsche Ansatz. Ich denke es ist eine Möglichkeit, Kunststoffteile für die jeweilige Situation optimal herstellen zu können, nicht die Computermaus, nicht das Gehäuse für den Fernseher. Viel eher kommen Kleinstserien in Frage. Das können Handhabungsgeräte sein. Es ist die typische dritte Hand bei der Montage, die ich mir dann eben doch sehr individuell, beinahe schon als Abfallprodukt aus dem CAD-System, geben oder ableiten und nun auch selber bauen kann. Da liegt auch der zusätzliche Reiz drin, dass zwischen Design, Entwicklung und dem fertig gestellten Teil ein sehr kurzer Weg entsteht. Nichts gegen den Facharbeiter oder die Werkstatt, aber im Endeffekt hat der Ingenieur, der Techniker, der Entwickler selbst eine Maschine an der Hand, mit der er ohne großen Aufwand in der Lage ist, Kunststoffteile herzustellen.

IF: Damit hat man auch auf dem Weg von der Entwicklung zur Großserie eine bessere Möglichkeit, Kleinstserien herzustellen, mit denen man dann auch Produktoptimierung machen kann?

MJ: Ja, genau das. Wenn es eine Kleinserie ist, das muss man einfach sehen: Wir erhalten damit die Möglichkeit, jederzeit ohne weitere Kosten Designänderungen einbringen zu können! Wenn ich jetzt an den Sondermaschinebau denke und sie stellen über einen Zeitraum von vielleicht 10 Jahren 2.000 Maschinen her, dann sind das pro Jahr eben doch nur 200 und auf die Woche gerechnet nur 4 Teile, die Sie brauchen. Die kann ich tatsächlich „on demand” anfertigen. Sollte ich aber jetzt einen riesen Erfolg haben und plötzlich 3.000 Maschinen verkaufen oder ich habe einen Hype am Anfang und brauche plötzlich 8 oder 10, dann ist das auch kein Problem, weil die Maschinen keinerlei weitere Werkzeuge benötigen außer dem Material, das für alle Maschinen mehr oder weniger gleich ist. Ich kann einfach das nächste Gerät problemlos dazu schalten, ohne dass ich irgendwelche Zeitverzögerungen habe. Die weitere Fertigungskapazität ist maximal eine E-Mail entfernt.Ein weiteres Beispiel: Wenn ich bei der konventionellen Fertigung von einem Spritzgießer 2.000 Teile fertigen lasse, dann habe ich diese natürlich die nächsten 10 Jahre auf Lager. Selbst wenn ich plane keine Designänderungen zu machen, kommen irgendwelche neuen Wettbewerber oder es gibt eine Gesetzesänderung, die zwingt, eine Änderung vorzunehmen. Im schlimmsten Fall kommen die noch verbliebenen 1.500 Teile in den Shredder und ich ändere mein Werkzeug, wenn es sich denn ändern lässt. Dann muss ich jemand finden, der mir die nur noch 1.500 Teile spritzt. Das wird nicht billiger dadurch! In diesem Fall habe ich die Möglichkeit „on demand” wiederum die Änderungen einzubringen. Das schlimmste, was mir passieren kann, ist, dass das Teil, das aktuell auf der Maschine ist, nicht mehr gebraucht werden kann. Das ist der maximale Verlust, den ich haben kann.

IF: Das heißt, Rapid Manufacturing ist auch ein Beitrag zur Materialeffizienz, indem ich Abfall vermeide?

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Das IF sprach mit Thomas K. Pflug am Stand der NC Gesellschaft auf der Rapid.Tech im Mai 2013 in Erfurt

von E. Kübel

E. Kübel und T.K. Pflug im Gespräch

Thomas K. Pflug im Gespräch mit Eberhard Kübel am Stand der NC Gesellschaft - Foto: InnoFocl

INNOVATIONS-FORUM: Herr Pflug, die NC Gesellschaft e. V., deren Geschäftsführer Sie seit 1987 sind, begleitet mit vielen Initiativen und Projekten innovative Technologie, so auch das Thema Rapid Prototyping. Welches sind aus Ihrer Sicht die wichtigsten Komponenten beim Rapid Prototyping?

Thomas Pflug: Die Begrifflichkeit Rapid Prototyping, die so seit Mitte der 80er Jahre des vorigen Jahrhunderts in den Mittelpunkt gestellt wurden - und natürlich wie viele Technologien aus den USA hier nach Europa transferiert wurden - hat seine Bedeutung eigentlich in der Datenverarbeitung gehabt und wurde dann in diese Prozessfähigkeit übernommen. Natürlich unter dem Synonym Rapid schnell und Prototyping von Prototypen - schnell ein Modell erzeugen zu können. Die wichtigste Komponente überhaupt, um solche dreidimensionalen Gebilde darstellen zu können war natürlich die Voraussetzung einer rechnerinternen Darstellung eines Modells. Dieses wurde in den Anfängen natürlich ausschließlich über ein CAD-System erzeugt und dafür benötigten wir natürlich entweder ein 2D-System - wo für jede Schicht eine einzelne generative Darstellung gewählt wurde, also eine 2D-Darstellung, die sich dann aufgebaut hat. Und natürlich in der Weiterentwicklung die 3D-CAD-Systeme, wo die rechnerinterne Darstellung ein 3D-Modell war. Also sprich, die CAD-Software war die grundlegende Voraussetzung.

IF: Wann und womit hat Rapid Prototyping begonnen?

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Rapid.Tech 2013 ... ein Stück näher an der Zukunft

Messeimpression - Foto: ©InnoFocl

Additive Manufacturing verändert die Wertschöpfungskette und fördert neue Geschäftsmodelle

von C. Lindner

Am 14. Und 15. Mai diesen Jahres fand auf dem Gelände der Messe Erfurt zum zehnten Mal die RapidTech statt. Die im Vergleich zum letzten Jahr deutlich gestiegene Besucherzahl macht es ganz deutlich: Unternehmen, die ihre Produktion auf die Zukunft ausrichten möchten, kommen an dieser zukunftsorientierten Technologie nicht mehr vorbei – den additiven Fertigungsverfahren gehört die Zukunft. Neben der Jubiläumsveranstaltung der Kongressmesse für Additive Manufacturing feierte die FabCon 3.D Premiere. Hier konnten sich Endverbraucher über die aktuellsten 3D-Drucker informieren – was sehr großes Interesse fand. [...]

Die 11. Rapid.Tech findet im Frühjahr 2014 statt und man darf gespannt sein, welche Veränderungen uns – bei dieser rasanten Entwicklung – auf dem Programm erwarten.

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Rapid Prototyping für Durchschnittsmenschen?

von A. Bujok

Was vor Jahren noch als Science-Ficton wahrgenommen wurde, ist zwischenzeitlich technologische Realität. Andre Bujok - Sektionsleiter des DEV in Hamburg - erklärt anschaulich und einfach, was Durchschnittsmenschen und Erfinder mit den neuen High-Tech-Technologien anfangen können.

Flip-Flop 3D

Flip-Flop – Badesandale als 3D-modellierter Entwurf auf Basis eines Fingerabdrucks, hergestellt im RP-Verfahren – Quelle: coburg-designlab

Ich  war so ungefähr 12 Jahre alt, als Joachim Bublath in der KnoffHoff-Show das eben erst entwickelte Stereolithographie-Verfahren vorstellte, wobei - wie aus dem Nichts - eine Büste aus einer klaren Flüssigkeit auftauchte, hergestellt per Laserstrahl. Als bekennender Anhänger von Captain Kirk und der Enterprise-Crew kam es mir vor, als könnte es vielleicht doch noch eine Chance für mich geben, Vergleichbares wie die Figuren dieser Science-Fiction-Serie zu erleben!

Nun, ganz so rasant hat sich die Technologie der „generativen Verfahren“ dann doch nicht entwickelt - aber sie ist heute den Kinderschuhen von damals längst entwachsen.

Simpel erklärt, ist generatives Fertigen gegenüber klassischer zerspanender Fertigung etwa wie Töpfern gegenüber Bildhauerei. Bei ersterem baut man einen Körper auf, beim anderen hat man einen großen Rohling und nimmt etwas weg.

Moderne generative Verfahren sind natürlich dramatisch viel technischer und genauer – und das Material ist natürlich kein Ton, sondern meistens Kunststoff, Metall, Gips, Gummi etc. . Kurz gesagt alles, was sich in winzige Partikel zerkleinern lässt, um es dann später mittels Hitze oder einem Klebstoff wieder zusammenzufügen. Es gibt heute eine große Palette unterschiedlicher Verfahren, die ich nicht näher beschreiben will, denn hier soll es darum gehen, was ein durchschnittlicher Mensch und Erfinder mit dieser Technologie anfangen kann.

Generative Verfahren sind in erster Linie erfunden worden, um Modelle von Dingen auf schnellerem Wege entstehen zu lassen, als es mit normalen Mitteln möglich wäre. Aber der größte Vorteil liegt wohl darin, dass generative Herstellung Körperformen erlaubt, die mit klassischen Methoden einfach nicht möglich wären. So kann man Netzstrukturen für Leichtbauelemente genauso einfach herstellen, wie Hohlräume und innenliegende Kanäle, in von außen geschlossenen Körpern. Sogar fertig zusammengesetzte bewegliche Baugruppen, wie Getriebe, sind möglich!

Ein praktisches, fiktives Beispiel:

Paul hatte eine Idee für einen neuen Konsumartikel, eine schicke Ladestation für Handys. Weil Paul ein kreativer Designer ist, dachte er sich zehn verschiedene kunstvolle Formen dafür aus, zeichnete sie auf und fertigte aus Ton und Holz Prototypen an. Nachdem er ein Gebrauchs- und Geschmacksmuster angemeldet hat, will er auf die Suche nach einem Investor gehen. Er hat jedoch bereits die frustrierende Erfahrung gemacht, dass Menschen mit Geld und Unternehmergeist in aller Regel höhere Ansprüche an die Optik einer Sache haben und ihn nicht ernst nehmen.

Anfragen bei klassischen Modellbauern brachten nur Absagen oder astronomische Kostenvoranschläge, weil das Risiko für Ausschuss bei klassischer Herstellung recht hoch ist. Außerdem fragten alle Hersteller nach technischen Zeichnungen und 3D-Modellen, doch davon hat Paul keine Ahnung. [...]

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3D-Drucker

Gerätebeispiel: Fabbers für zu Hause - Quelle: fabbster (www.fabbster.com) - Mit freundlicher Genehmigung des Herstellers



Stereolithografie ist ein technisches Prinzip des Rapid Prototyping oder des Rapid-Manufacturing, bei dem ein Werkstück durch frei im Raum materialisierende (Raster-)Punkte schichtenweise aufgebaut wird. Die Fertigung eines Teils oder mehrerer Teile gleichzeitig erfolgt üblicherweise vollautomatisch aus am Computer erstellten CAD-Daten. (... Quelle Wikipedia)

Generative Fertigungsverfahren ist eine umfassende Bezeichnung für die bisher häufig als Rapid Prototyping bezeichneten Verfahren zur schnellen und kostengünstigen Fertigung von Modellen, Mustern, Prototypen, Werkzeugen und Endprodukten. (... Quelle Wikipedia)

Fabber: ein Digital Fabricator ist allgemein ein Gerät, das materielle, 3-dimensionale Gegenstände aus auf Computern gespeicherten CAD-Daten erzeugt. (... Quelle Wikipedia)

FabLab ist eine offene, demokratische High-Tech-Werkstatt mit dem Ziel, Privatpersonen industrielle Produktionsverfahren für Einzelstücke zur Verfügung zu stellen. Typische Geräte sind 3D-Drucker, [...] um eine große Anzahl an unterschiedlichen Materialien und Werkstücken bearbeiten zu können. (... Quelle Wikipedia)