3D-Druck: der Sprung vom Rapid Prototyping zur Kleinserie

Die 3D-Druck-Technologie hat aufgehört, nur für Prototypen zu sein, sobald die Teile den tatsächlichen Gebrauch aushielten. Mit Multi Jet Fusion in PA12 druckt die Maschine, die heute einen Prototyp herstellt, im nächsten Monat die Serie von 200 Einheiten, ohne Form, mit derselben Datei und ab 5 Werktagen. Was sich zwischen den Phasen ändert, ist nicht der Prozess, sondern das, was Sie validieren und wie voll Sie den Bauraum füllen.

Diese Anleitung erklärt, was Sie bei einem in 3D gedruckten Prototypen zu validieren haben, in welchem Material dies zu tun ist, wann dieses Teil das endgültige ist und wie Sie von einer auf hundert Einheiten übergehen, ohne Überraschungen. Die Daten stammen vom Dienst der industriellen 3D-Druck-Technologie MJF in PA12 und TPA.

Warum hat der 3D-Druck mit dem Rapid Prototyping begonnen?

Die ersten Technologien (Stereo-Lithographie in den 80ern, FDM in den 90ern) herstellten Teile aus Harz oder sprödem Filament, mit Stufenoberflächen und einer Genauigkeit in Zehnteln. Sie dienten dazu, eine Form in der Hand zu sehen, bevor eine Form gegossen wurde, und dort wurde der Name „Rapid Prototyping" geboren. Das eigentliche Teil wurde danach hergestellt, durch Spritzguss oder Bearbeitung.

Den Sprung gaben die Technologien der Pulverbett-Technologie, zuerst SLS und später MJF: dichte Polyamid-Teile, mit ähnlicher Festigkeit in alle Richtungen, ohne Stützstrukturen und mit einem Bauraum, der gleichzeitig mit Dutzenden von Teilen gefüllt wird. Das gedruckte Teil hörte auf, eine Skizze zu sein, und wurde zu einem Teil.

Was hat sich geändert, damit es als Fertigung dient?

• Material. PA12 von MJF ist ein technischer Polyamid: er widersteht Ölen, Lösungsmitteln, Abrieb und Ermüdung. Er hält Clips, Scharnieren und Gewinde stand.
• Wiederholbarkeit. Der Bauraum Nummer 40 kommt genauso heraus wie der 1, mit derselben Referenzgenauigkeit: ±0,3 mm bis 100 mm und ±0,3 % darüber.
• Stückkosten. Da die gesamte Schicht gleichzeitig geschmolzen wird, hängt die Maschinenlaufzeit von der Höhe des Bauraums ab und nicht von der Anzahl der Teile darin. Ein optimales Anordnen senkt den Preis.
• Industrielle Nachbearbeitung. Reinigung, Kugelstrahlen und Einfärben im Los, mit demselben Ergebnis in allen Einheiten.

Prototypen durch 3D-Druck: Was zu validieren und in welchem Material

Nicht alle Prototypen verfolgen dasselbe Ziel. Die Tabelle fasst zusammen, welche Technologie und welches Material je nach zu prüfendem Zweck am besten geeignet sind:

Die gängigste Kombination besteht darin, das Gehäuse in PA12 zu drucken und das mit Lagern versehene Teil in Aluminium zu bearbeiten. Jeder Prozess macht das, was er am besten kann, und die Landingpage Prototyping und Kleinserien vergleicht die vier Optionen mit ihren Lieferzeiten.

Wann ist das gedruckte Teil bereits das finale?

Wenn vier Bedingungen erfüllt sind: Das Produktionsmaterial kann PA12 oder TPA sein, eine Präzision von ±0,3 mm reicht aus (oder die Passungsmäße werden nachträglich bearbeitet), die geplante Stückzahl liegt bei einer bis mehreren hundert Einheiten pro Jahr und die Geometrie rechtfertigt keine Form. Darunter fallen unzählige industrielle Teile:

• Gehäuse für Elektronik und Sensoren, in Serien von 20 bis 500 Einheiten.
• Maßhaltige Montagevorrichtungen, Vorlagen und Greifzangen für die eigene Fertigung.
• Kanäle, Diffusoren und Sammelbehälter mit inneren Kanälen, die sich nicht aus einer Form entformen lassen.
• Ersatzteile für nicht mehr hergestellte Maschinen, auf Anfrage gedruckt.
• Individualisierte Teile: jede Einheit anders, ohne Werkzeugkosten.

Sobald die Stückzahl von mehreren hundert gleichen Teilen pro Jahr auf übersteigt, wird der Spritzguss günstiger, und zwischen 10 und 300 Teilen konkurriert der Vakuumguss mit einem fertigen Produktlook. Die Zahlen stehen in Vakuumguss oder Spritzguss: Was wählen.

Wie viel kostet der Übergang von 1 auf 100 Einheiten

Beim MJF gibt es keine Form und kein Werkzeug, sodass die erste Einheit keine Investitionskosten deckt. Was den Stückkosten in der Kleinserie senkt, ist das Nest: Eine einzelne Gehäuseeinheit belegt einen Bauraum nur teilweise; hundert Gehäuse stapeln sich und teilen sich denselben Druck- und Kühlzyklus. Die Kosten pro Einheit nähern sich den Materialkosten plus Nachbearbeitung an. Drei praktische Konsequenzen:

1. Holen Sie das Angebot mit drei Stückzahlen (z. B. 1, 10 und 100) an, um die Kurve vor der Entscheidung zu sehen.
2. Entlasten Sie das Teil: Aussparungen, Rippen und Wände von 1,5 bis 2 mm reduzieren Material und Bauraumhöhe, was Sie bezahlen.
3. Konstruieren Sie so, dass sich die Teile gut nisten: ohne große Überhänge oder geschlossene Boxen mit Staub darin (lassen Sie Entformungsschärfen von 5 mm oder mehr).

Vom Prototyp zur Kleinserie ohne Prozesswechsel: die Liste

1. Speichern Sie die Datei, die funktioniert hat. Wenn Sie etwas ändern, drucken Sie vor der Kleinserie eine weitere Einheit.
2. Notieren Sie die kritischen Maße in einer PDF-Zeichnung: Die, die mit einem anderen Teil passen, werden geprüft und ggf. nachgebohrt oder gereinigt.
3. Entscheiden Sie sich für die Oberflächenbehandlung: natürliches Grau oder schwarze Einfärbung. Die Einfärbung vereinheitlicht die Farbe in der gesamten Kleinserie.
4. Prüfen Sie eine eingefärbte Einheit vor den hundert, falls die Farbe wichtig ist.
5. Definieren Sie die Kontrolle: Was an jedem Teil gemessen wird und was akzeptiert wird. Jedes Teil wird vor dem Versand geprüft.

Die Konstruktionsregeln (Wände, Gewinde, Texte, Entformungsschärfen) stehen auf der Seite Konstruktionsleitfaden für 3D-Druck, und die Nachbearbeitung auf Nachbearbeitung beim 3D-Druck.

Häufige Fragen zu 3D-gedruckten Prototypen