Rapid Prototyping

Als erfahrener Dienstleister betreut Sie Kremer auch im Bereich des Rapid Prototyping –innovative Verfahren, die Ihnen viel Einsparpotenzial in puncto Zeit und Kosten bieten. Die Bezeichnung „Rapid Prototyping“ steht vereinfacht gesagt für einen „schnellen Modellbau“ und bietet verschiedene Möglichkeiten, bereits in der Planungs- und Projektierungsphase auf zeitsparende und kostengünstige Weise detailgetreue, auch mehrkomponentige Prototypen und Muster ohne teure Werkzeuge anzufertigen.

Durch das frühzeitige Erkennen und Beheben von eventuellen konstruktiven Fehlern oder Schwachpunkten kann mittels generativen Fertigungsverfahren eine ausgereifte Ausgangsbasis für Serienteile hergestellt werden. Unnötige Kosten für nachträgliche Fehlerkorrekturen in herkömmlichen Werkzeugen werden vermieden.

Im 3D-Druck lassen sich bereits Endprodukte herstellen und binnen kürzester Zeit kann buchstäblich ein begreifbares Anschauungsbeispiel abseits von Konstruktionszeichnungen oder Computermodellen zur Verfügung gestellt werden.

Vielseitige Prototyping-Verfahren

Das Rapid Prototyping stellt nur einen Oberbegriff dar. Es existieren verschiedene technische Verfahren zur Prototypenfertigung, die vom 3D-Druck bis hin zum SLS (selektives Lasersintern) reichen. Diese kommen je nach kundenspezifischen Vorgaben an einen Prototyp zum Einsatz, die Bandbreite der nutzbaren Werkstoffe ist enorm breit und vielseitig.

Dank langjähriger Erfahrung und Kompetenz im Rapid Prototyping ist Kremer dazu in der Lage, Entwicklungszeiten – die „Time to Market“ – auf ein Minimum von Wochen bis Tagesfrist zu verkürzen.

Als Grundlage zur automatisierten Herstellung von Prototypen dienen dreidimensionale CAD-Konstruktionsdaten. Das 3D-Produkt wird schichtweise aus zuvor formneutralen oder formlosen Werkstoffen aufgebaut. Die Möglichkeiten reichen von der Fertigung

  • von Weich-Weich- oder 
  • Hart-Weich-Verbindungen 

bis hin zu Prototypen in der gewünschten Farbe in einem Arbeitsschritt. Im weiteren Verlauf kommt schließlich das sogenannte Rapid Tooling, also der „schnelle Werkzeugbau“ zum Einsatz. Dabei wird eine Negativform durch Abgießen des Prototyps mit Hilfe von Silikon, Kunststoff oder Metall erzeugt, welche je nach Komplexität oder Beschaffenheit des Materials für mehrere Tausend Abformungen geeignet ist. 

Die Vorteile des Rapid Prototyping

Wir empfehlen Ihnen, erst nach Prüfung des Prototyps mit der Herstellung von Erstmustern aus Serienwerkzeugen zu beginnen. Somit erhalten Sie nicht nur eine hohe Flexibilität in der Konstruktions- und Entwicklungsphase, sondern können auch die Eigenschaften Ihres Produkts auf vielerlei Merkmale optimieren. Profitieren Sie von den zahlreichen Vorteilen des Rapid Prototyping: 

  • Hauchdünne Materialschichten von 16 µm für feine Details und Wanddicken bis zu 0,6 mm; Glatte, nachträglich lackierfähige Oberflächen möglich
  • Große Bandbreite an Eigenschaften – von transparent bis blickdicht, von weich und flexibel bis hart und steif
  • Hohe Formstabilität von deformationsgefährdeten Geometrien
  • Festes Aneinanderhaften von Hart-Weich-Kombinationen
  • Beliebiges Kombinieren von unterschiedlichen Shore-Härten der Ausgangsmaterialien
  • Enge Maßtoleranzen einhaltbar – bei den meisten Modellen: von 0,1 mm, allgemein: bis 0,3 mm

3D-Druckverfahren

Die PolyJet-Matrix-Technologie bildet die Basis eines 3D-Drucksystems, welches in der Lage ist, detailgetreue mehrkomponentige Bauteile in einem Arbeitsschritt herzustellen.

Den 3D-Daten werden digital Eigenschaftsprofile zugewiesen. Der Druck bevorratet verschiedene Acrylate sowie ein Stützmaterial. Damit können unterschiedlichste Shorehärten und Farben beliebig miteinander kombiniert und quasi digital gemischt werden. Aufgrund der extrem dünnen Schichten von 0,016 mm bei einer Auflösung von 600 dpi stellt die PolyJet-Matrix-Technologie das derzeit genaueste RP-Verfahren dar.

Selektives Lasersintern

Das Selektive Lasersintern (SLS) ist ein Verfahren, um räumliche Strukturen durch Sintern aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff herzustellen.

Es ist ein generatives Schichtbauverfahren: das Werkstück wird Schicht für Schicht aufgebaut. Durch die Wirkung der Laserstrahlen können so beliebige dreidimensionale Geometrien auch mit Hinterschneidungen erzeugt werden.

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Verwendung von seriennahen Werkstoffen wie Polyamid, Polystyrol (PS) und Polypropylen (PP). Diese Werkstoffe lassen sich ihren Eigenschaften entsprechend in unterschiedlichste Entwicklungsprozesse einbinden.

Stereolithografie

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

Die Stereolithographie wurde kontinuierlich weiterentwickelt. Es stehen eine Vielzahl von Werkstoffen mit unterschiedlichsten Eigenschaftsprofilen zur Verfügung.

Für Anschauungsmuster mit einer hohen Anforderung an Detailwiedergabe und Oberflächenqualität ist die Stereolithographie (SLA) die erste Wahl.

Vakuumguss-Technik

Vakuumguss-Silikon

Das Vakuumgießen ist eines der am weitesten verbreiteten Verfahren zur schnellen und kostengünstigen Vervielfältigung von Urmodellen. Dies geschieht mit Hilfe einer Form aus Silikonkautschuk unter Nutzung einer Vakuumkammer zur Verhinderung von Lufteinschlüssen in Form und Werkstück.

Die Vakuumguss-Technik kommt schwerpunktmäßig für Polyurethan-Teile, aber auch Silikon-Teile zum Einsatz. Klarglasoptik, transluzent eingefärbte Teile, komplexe Baugruppen mit 2K-Teilen - aufgrund der sehr großen Auswahl und Verfügbarkeit von unterschiedlichsten Eigenschaftsprofilen der PU-Werkstoffe können nahezu alle Kunststoffteile und Baugruppen sehr schnell in Form und Funktion getestet werden. Bei kleineren Stückzahlen sind diese Werkstoffe auch für Serienanwendungen eine Alternative zu Spritzgussteilen.

Kleine bis mittelgroße Bauteile entstehen im „klassischen“ Vakuumguss. D. h. hier wird sowohl das Werkzeug als auch das Polyurethan evakuiert.

Alutooling für spritzgegossene Prototypen-Formteile

Für die schnelle Fertigung von Prototypen werkzeuggebundener Formteile aus Kunststoff und TPE eignet sich das Alu-Tooling sehr gut. Die Aluminium-Werkzeuge haben sich aufgrund der weiterentwickelten Alu-Sorten in den vergangenen Jahren zum Stand der Technik im Prototypen-Werkzeugbau entwickelt.

Um gerade bei der zeitlichen Umsetzung von der Konstruktion zum Versuchs- und Prototypenwerkzeug konstant kurze Durchlaufzeiten gewährleisten zu können, verfügen wir über mehr als 20 Stammformen. Die Projektdurchlaufzeit reduziert sich auf zwei bis sechs Wochen bis zur Vorstellung von Musterteilen. Die Zeit ist abhängig von der Komplexität des Produktes.

Auch die Realisierung von Mehrkomponententeilen und Teilen, die mittels Gas- oder  Wasserinnendruck-Technik (GIT/WIT) gefertigt werden, sind mit Alu-Werkzeugen problemlos machbar. Mehr über Spritzgießwerkzeuge aus Aluminium...

Wasserstrahlschneiden

Mit dem Verfahren des Wasserstrahlschneidens lassen sich sehr schnell kurze Abschnitte von Profilen in der Funktion testen:

  • die Verformbarkeit von Lippen und Hohlkammern oder
  • die Montierbarkeit von Klemmbereichen.

Mit dem Wasserstrahlschneiden lassen sich kleinere Mengen von Flachdichtungen herstellen für den Prototypenbau - ohne Werkzeugkosten. Der Werkstoff spielt dabei keine entscheidende Rolle. Das Wasserstrahlschneideverfahren stellt Prototypen aus

  • Gummi (Vollgummi),
  • Zellkautschuk,
  • Kunststoff oder Kunststoffschaum

innerhalb weniger Tage her.

Wesentlicher Vorteil des Verfahrens: Dichtungs- und Isoliermaterialien der Schnittbilder fallen nicht konkav aus - je nach Weichheit und Dicke der Gummiwerkstoffe. Bei gestanzten Dichtungen ist dies anders.

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