Ein Teil aus Kunststoffspritzguss - nur eine von vielen Möglichkeiten Prototypen herzustellen. Protolabs

Ein Teil aus Kunststoffspritzguss - nur eine von vielen Möglichkeiten Prototypen herzustellen. - Bild: Protolabs

Eine davon ist die auf den industriellen 3D-Druckverfahren basierende Stereolithographie (SL). Bei dieser wird zur Herstellung der Bauteile ein ultravioletter Laser verwendet. Dieser ermöglicht es, duroplastisches Harz lokal auszuhärten. Duroplaste sind Kunststoffe, die nach der Aushärtung, durch Erwärmung oder andere Verfahren nicht mehr verformt werden können.

Die Stereolithographie hat vor allem den Vorteil, dass Prototypen mit kosmetischen Anforderungen und extrem kleine Teile mit feinen Details erzeugt werden können. Da aber die so hergestellten Teile nicht so fest sind, wie die aus dem letztendlich für das Serienteil verwendeten Kunststoffe, sind sie nicht für Funktionsprüfungen geeignet. Auch können sie unter Sonnenlicht (UV-Strahlung) brüchig werden. Abhilfe schaffen kann hier eine nachträgliche Beschichtung der 3D-gedruckten Kunststoffteile mit Metall oder Lack.

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Beim Selektiven Lasersintern (SLS) hingegen wird aus einem polyamidbasiertem Pulver mittels eines CO2-Lasers Schicht für Schicht der Prototyp erzeugt. Die entstandenen Teile sind bestens als langlebige Prototypen sowie für funktionsfähige Teile zum Endgebrauch geeignet. Im SLS-Verfahren sind komplexe Geometrien kein Problem.

Möchte man funktionsfähige Prototypen direkt aus Kunststoff fertigen, die zudem über sehr gute Oberflächeneigenschaften verfügen, ist der Schnellspritzguss, auch Rapid Tooling genannt, das angezeigte Verfahren. Wie beim herkömmlichen Spritzguss auch, wird ein Thermoplast in ein Formenwerkzeug eingespritzt. Ein Vorteil ist, dass bei der Konstruktion nahezu alle technischen Kunststoffe verwendet werden können. Dem gegenüber stehen allerdings eventuelle hohe Kosten für den aufwendigen Werkzeug- und Formenbau.

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Rapid Tooling: Prototyp hergestellt mit dem Schnellspritzguss-Verfahren. - Bild: Protolabs

Eine unschlagbar günstige Methode hingegen ist der klassische 3D-Druck. Aus unterschiedlichen Materialien wie etwa Metallen, Kunstharzen oder speziellen Kunststoffen kann über einen Schmelz- oder Härtungsprozess ein dreidimensionaler Gegenstand erzeugt werden. Ein entscheidender Nachteil im Prototyping ist, dass dieses Verfahren nicht dazu geeignet ist, auf die Ausführung des finalen Designs zu schließen. Auch die Oberflächenqualität lässt schwer zu wünschen übrig.

Will man hingegen einen Prototypen, der von der Belastung her sehr nahe am späteren Produkt ist, sollte man auf Direktes Metall-Lasersintern (DMLS) setzen. So entsteht in einem Bett aus Metallpulver ein Bauteil, das mittels eines Lasers geschweißt wird. Als Werkstoffe stehen Leichtmetalle wie etwa Aluminium bis hin zu Edel- und Werkzeugstählen zur Verfügung. Nachdem die Oberfläche nachbehandelt wurde (Glaskugelstrahlen und/oder Entgraten) stehen nahezu perfekte Produkte zur Verfügung. Bei steigender Produktionsmenge entstehen aber auch immense Kosten.

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Kunststoff-3D-Druck bei Protolabs. - Bild: Protolabs

Fused Deposition Modeling (FDM), zu Deutsch in etwa Schmelzschichtung, ist ein Prototyping Verfahren mit dem Produkte schichtweise aus einem thermoplastischen Kunststoff erzeugt werden. Dieses Verfahren ist aber recht zeitaufwendig und auch die Oberflächengüte lässt wegen Riffelungen zu wünschen übrig. Allerdings können mit Fused Deposition Modeling Bauteile mit anspruchsvollen Geometrien gefertigt werden, die sich auch gut für eine Vielzahl von Funktionsprüfungen eignen.

Ebenfalls für komplizierte Geometrien gut geeignet, ist das Polyjetverfahren. Hier wird mittels eines Druckkopfes ein UV-härtender Kunststoff in sehr dünnen Schichten appliziert. So entstehen Prototypen mit exzellenten Oberflächenqualitäten. Doch lässt die Festigkeit dieser Teile sehr zu wünschen übrig und eine Aussage über die Ausführbarkeit des späteren Designs ist ebenfalls nicht möglich.

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