Rapid Manufacturing: Bauteile schnell, schneller, am schnellsten

von Autorenteam

Vielleicht haben Sie die Begriffe Rapid Prototyping oder Rapid Manufacturing schon mal gehört und sich gefragt, was wohl dahinter steckt. Wir haben für Sie die wichtigsten Punkte zusammengefasst.

Die Themen in diesem Artikel:

3d-gedrucktes Metallobjekt im Labor
Rapid Manufacturing: Bauteile schnell, schneller, am schnellsten

Was bedeutet Rapid Manufacturing?

Rapid Prototyping ist ein Sammelbegriff für verschiedene Verfahren zur schnellen Herstellung von Musterbauteilen auf Basis von Konstruktionsdaten.

Die Rohlinge werden mittels additiver Fertigung, beispielsweise mit dem sogenannten 3D-Druck, hergestellt.

Rapid Manufacturing umfasst alle Prozesse, die Endprodukte herstellen oder Komponenten liefern, die dann zu einem Produkt zusammengesetzt werden.

Das Material und der Herstellungsprozess erzeugen genau die mechanischen und physikalischen Eigenschaften, die bei der Konstruktion vorgegeben wurden.

Anwendungen finden sich beispielsweise im Schmuckbereich (Unikatschmuck), im medizinischen Bereich (Zahnbrücken, Knochenimplantate) und im technischen Bereich. Hierfür steht eine grosse Auswahl aller wichtigen Werkstoffarten (Kunststoffe, Metalle und Keramiken) zur Verfügung.

 

Was ist ein Rapid Manufacturing Prozess?

Es gibt viele Prozessarten von Rapid Manufacturing, von denen Unternehmen in den unterschiedlichsten Branchen profitieren können.

Der Prozess der CNC-Bearbeitung nutzt die neueste Technologie, um Unternehmen bei ihren Fertigungsanforderungen zu unterstützen. Durch die Verwendung von Software zur Automatisierung dieses Prozesses können Sie schnell qualitativ hochwertige und hochpräzise Teile herstellen.

CNC-Werkzeuge sind ein allgemeiner Begriff für jede Art von subtraktiven Fertigungsprozessen. Materialien wie Metall oder Kunststoff werden zum endgültigen Werkteil oder Produkt verarbeitet, indem Materialsubstanz durch Schleifen, Schneiden und Bohren entfernt wird. Die CNC-Bearbeitung verwendet Werkzeuge, die eine Art rotierende Plattform und eine feste Schneidvorrichtung haben.

Metalle, die sich für den schnellen Formenbau eignen:

Ein beliebter Prozess im Rapid-Manufacturing ist das Laserschneiden, bei dem der Laser mit tadelloser Präzision durch harte Materialien schneidet. Beliebt sind auch Wasserstrahllaserschneider und Fräsmaschinen.
Diese Methoden sind eine wertvolle Option für eine Vielzahl von Materialien, aus denen Ihre Produkte hergestellt werden können.
Dazu gehören die oben genannten Metalle und Kunststoffe, aber auch Glas, Stein, Verbundwerkstoffe und andere extrem harte Metalle. Spritzguss wird typischerweise benutzt, um Teile in sehr hohen Stückzahlen oder in der Massenproduktion herzustellen.
Für gewöhnlich wird Spritzgiessen beim Formenbau verwendet, wenn das gleiche Teil immer und immer wieder produziert werden muss.
Dies kann zu Hunderten, Tausenden oder Millionen identischer Teile führen, die relativ einfach in der Komplexität sind.

Beispiele für Rapid Manufacturing

Parallelfertigung von Mikrokomponenten und Systemen für grössere Bauteile

Rapid Manufacturing wird bei der Parallelfertigung von Mikrokomponenten und Systemen für grössere Bauteile eingesetzt. Die Möglichkeit, ein Produkt virtuell vor der Produktion durch Simulation zu analysieren und zu optimieren, sowie eine große Bandbreite an Materialien und der effektive Einsatz von Materialien zur Abfallvermeidung schaffen vielfältige Chancen für Unternehmen.

schnelle Fertigungsverfahren

Produkte müssen nicht nur sehr schnell nach individuellen Kundenanforderungen entworfen und entwickelt, sondern auch mit minimalen Kosten durch additive Fertigungsverfahren hergestellt werden. Aktuelle Forschungen zeigen, dass mit einer entsprechenden Anzahl schneller Fertigungsverfahren für den direkten Einsatz in der Fertigung schon heute kostengünstiger erzeugt werden kann als mit konventionellen Fertigungsverfahren. Zeitlich und beschaffungstechnisch kann es in manchen Fällen auch vorteilhaft sein, dringend benötigte Serviceteile selbst zu produzieren.

additive Fertigung

In den letzten zehn Jahren hat der 3-D-Druck eine grosse Renaissance erlebt. Die Technologie hinter dem 3-D-Druck entwickelt sich ständig weiter. Diese additive Fertigung ist ein Prozess, bei dem thermoplastische Filamente geschmolzen und mithilfe eines Druckers wieder aufgebaut werden. Im Wesentlichen werden Materialschichten von oben nach unten gestapelt, bis das fertige Produkt fertig ist. Bei dieser Art der Rapid Manufacturing werden Kunststoffe fast ausschlieSSlich recycelt. Es können jedoch viele verschiedene Kunststoffe verwendet werden, wie ABS, PLA und eine Reihe unterschiedlicher thermoplastischer Mischungen. Es gibt jedoch auch andere Arten des 3-D-Drucks, die Metalle nutzen.

Biotechnologie, Zahnmedizin und Hörgerätetechnik

Neue Anwendungsbereiche sind in den Bereichen Biotechnologie, Zahnmedizin und Hörgerätetechnik entstanden. Da Rapid-Manufacturing immer auf die direkte Herstellung des Endprodukts ausgerichtet ist, unterscheidet es sich grundlegend von Rapid Prototyping und Rapid Tooling.

Rapid Manufacturing wird sehr vielseitig eingesetzt.

Was ist der Unterschied zwischen Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing?

Rapid Prototyping umfasst viele Fertigungstechnologien, aber in den meisten Fällen wird Schicht für Schicht additive Fertigung verwendet. Andere dafür verwendete Technologien umfassen Hochgeschwindigkeitsfräsen, Giessen, Formen und Extrudieren.

Obwohl die additive Fertigung die gebräuchlichste Rapid-Prototyping-Methode ist, können auch andere, traditionellere Prototyping-Methoden verwendet werden.

Fertigungstechnisch unterscheiden sich generative Verfahren nicht nach der Art der hergestellten Bauteile.

Die Verwendung getrennter Begriffe für Rapid-Prototyping und Rapid-Manufacturing kann nur aus historischer Perspektive verstanden werden.

1987 machte es die Stereolithographie plötzlich möglich, beliebige virtuelle 3D-Datenstrukturen direkt in physische 3D-Modelle umzuwandeln. Das Modell war ein Abbild der Daten, nicht des Produkts. Insofern war es definitiv ein Prototyp.

Von Anfang an träumten Erfinder davon, die besonderen Eigenschaften der additiven Produktion auf die Herstellung von Endprodukten zu übertragen. Die Fertigung soll dezentral, werkzeuglos und stückunabhängig erfolgen. Designs, die nicht durch nicht-generative Verfahren hergestellt werden können, sollten implementiert werden. Dies betraf vor allem nicht klemmende und damit nicht zerspanbare Bauteile und die Herstellung von Innenstrukturen. Beispiele sind komplexe geometrische Formen wie die Möbiusschleife oder das Schädelmodell.

Der grösste Vorteil eines schnellen Fertigungsprozesses steckt bereits im Namen: In kürzester Zeit können voll funktionsfähige Teile hergestellt werden.

Dies ist der grösste Unterschied zum Rapid-Prototyping. Hier werden auch Funktionsbauteile erstellt, zunächst aber entwicklungsbegleitende Anschauungs- oder Funktionsmuster.

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Produktionskosten deutlich reduziert werden. Zudem hängen die Produktionskosten nicht mehr von der Komplexität des Objekts ab. Berechnungsgrundlage sind lediglich das Volumen und die Abmessungen des geplanten Teils.

Signifikante Kosteneinsparungen sind das Ergebnis der konsequenten Nutzung der technischen Möglichkeiten verbunden mit einer Reduzierung des Investitionsrisikos. Ein weiteres Plus ist die hohe Gestaltungs- und Konstruktionsfreiheit.

Rapid-Manufacturing und Rapid-Prototyping schliessen sich nicht aus. Im Wesentlichen wird Rapid-Manufacturing für das Rapid-Prototyping-Verfahren eingesetzt. Tatsächlich waren Prototypen der wichtigste Produktionsanwendungsfall für die schnelle Produktion, als sie zum ersten Mal konzipiert wurde. Derzeit wird Rapid-Manufacturing zur Herstellung ganzer Teile und Produkte für den Endverbraucher eingesetzt, nicht nur für das Prototyping.

Rapid-Prototyping ist jedoch ein unverzichtbarer Prozess für Start-ups oder Unternehmen, die ihre Produkte ständig weiterentwickeln und neu gestalten. Diese Art des Prototyping beinhaltet die Erstellung von Prototypen durch Ingenieure unter Verwendung von CAD-Daten.

RP ist sehr schnell und macht es einfach, Optimierungen und Änderungen vorzunehmen. Viele Organisationen verwenden diesen Prozess mit langlebigen Materialien, was zu niedrigeren Kosten für die kontinuierliche Produktion von Prototypen für Experimente und Tests führt. Es hat eine lange Vorlaufzeit für die Herstellung von Fertigprodukten.

© kmu-marketing-blog.ch/ Autorenteam, E. Lena – 21.3.2022

 

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