Rapid Prototyping: Was ist das und welcher Prozess in jeder Entwicklungsphase gewählt wird
Vier Phasen, vier zu validierende Aspekte und der passende Prozess, Material und Zeitraum vom ersten Skizzenentwurf bis zur Vorserie von 300 Teilen.
Das Rapid Prototyping ist die Fertigung eines Teils direkt aus der 3D-Datei, ohne Formen oder Vorrichtungen, um es innerhalb von Tagen und nicht Wochen in der Hand zu haben. Heute umfasst dies vier Prozesse: 3D-Druck aus 5 Werktagen, CNC-Bearbeitung und Schneiden und Abkanten von Blech ab 8, sowie Vakuumguss ab 10. In jeder Entwicklungsphase wird etwas anderes validiert (Form, Funktion, Aussehen, Serie), weshalb sich der geeignete Prozess von einer Phase zur anderen ändert.
Diese Anleitung durchläuft die vier Phasen, was in jeder geprüft wird und welcher Prozess, Material und Menge sinnvoll sind, mit den Lieferzeiten unseres Dienstes für Prototypen- und Kleinserienfertigung.
Form: 3D-Druck. Funktion: CNC-Bearbeitung oder MJF in PA12. Aussehen: Vakuumguss. Vorserie: der Produktionsprozess oder derjenige, der am ähnlichsten ist.
Was ist Rapid Prototyping?
Der Begriff entstand in den 80er Jahren mit der Stereolithografie: zum ersten Mal kam ein Teil aus einer Datei heraus, ohne zuvor eine Form zu fertigen. In den Jahren war „Rapid Prototyping" synonym für 3D-Druck. Heute ist der Begriff breiter gefasst: jeder Prozess, der ein Maßteil direkt aus dem CAD herstellt, ohne spezifische Vorrichtungen, in Tagen. Die CNC-Bearbeitung, das durch Laser geschnittene und abgekannte Blech sowie der Vakuumguss in Silikonformen fallen in die Definition, und jeder beantwortet eine andere Frage der Entwicklung.
Das Gegenteil des Rapid Prototyping ist nicht die Langsamkeit, sondern die Vorrichtung: eine Spritzgussform oder eine Umformmatrix, die Tausende von Euro und Wochen kostet und nur dann sich lohnt, wenn das Design nicht mehr geändert wird.
Die vier Phasen und was in jeder validiert wird
| Phase | Was validiert wird | Prozess | Material | Menge | Erste Teile |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 · Konzept | Form, Größe, Ergonomie | 3D-Druck | PA12 | 1 a 3 | 5 Werktage. |
| 2 · Funktional | Montage, Belastungen, Mechanismen, Toleranzen | CNC-Bearbeitung oder MJF | Aluminium, POM, PA12, TPA | 1 a 10 | 5 bis 8 Werktage |
| 3 · Aussehen | Oberflächenbehandlung, Farbe, Haptik, Präsentation | Vakuumguss oder CNC-Bearbeitung mit Oberflächenbehandlung | Polyurethan, eloxiertes Aluminium | 1 a 10 | 8 bis 10 Werktage |
| 4 · Vorserie | Prozess, Lieferant, Pilotkunde | Vakuumguss, CNC-Bearbeitung, Blech oder MJF | Das dem Serienstück am nächsten kommende Teil | 10 a 300 | 8 bis 10 Werktage |
Etappe 1: das Konzeptmodell
Es dient dazu zu prüfen, ob das Teil passt, gut greifbar ist und mit den anderen Teilen zusammenpasst. Es benötigt das Endmaterial noch nicht sowie keine Toleranzen: es braucht Schnelligkeit und Preisgünstigkeit. Der 3D-Druck MJF in PA12 ist die Standardoption: ohne Stützstrukturen, mit einer Präzision von ±0,3 mm bis 100 mm und ab einer Stückzahl. Wenn Sie nur ein Volumen sehen möchten, reicht eine Desktop-Drucker zu Hause; sobald das Teil Clips, Gewinde oder dünne Wände hat, hält PA12 und nicht PLA. Weitere Informationen zu dieser Technologie finden Sie in So funktioniert der 3D-Druck Multi Jet Fusion.
Etappe 2: das funktionale Modell
Hier muss das Teil funktionieren: Lasten tragen, sich über einem Lager drehen, Temperatur aushalten oder mit einem gekauften Teil zusammenpassen. Der Prozess wird vom Material bestimmt, das die Funktion benötigt:
- Metall oder technischer Kunststoff mit Toleranzen: CNC-Bearbeitung von Sonderbauteilen, mit Allgemeintoleranz ISO 2768-f und bis IT7 bei den Maßstellen, die zusammenpassen. Aluminium für die meisten Fälle; Stahl oder Edelstahl bei Verschleiß; POM oder PEEK im Kunststoffbereich.
- Komplexe Geometrie, Gehäuse, Leitungen, Clips: MJF in PA12, das Montage und Nutzung aushält, und TPA, wenn das Teil flexibel sein muss.
- Stützstrukturen, Chassis und Umhüllungen: Laserschneiden und Abkanten von Blech, in Stahl, Edelstahl oder Aluminium von 0,3 bis 15 mm.
Dies ist die Phase, in der am meisten gelernt wird und am meisten Versionen erstellt werden. Ein Tipp: Bestellen Sie jede Version in nur einer Einheit und wechseln Sie erst auf fünf, wenn das Design den Test aushält.
Phase 3: der optische Prototyp
Für eine Präsentation, eine Messe, ein Katalogfoto oder einen Test mit Nutzern muss das Teil wie das Endprodukt aussehen: Markenfarbe, Glanz, Textur, Transparenz. Der Vakuumguss kopiert ein handgefertigtes, bearbeitetes Urmodell und fertigt Teile aus hartem, flexiblem oder transparentem Polyurethan in pigmentierter RAL-Farbe in Masse an; es ist dem geformten Teil am nächsten, ohne die Form zu gießen. Bei Metall erfüllt die CNC-Bearbeitung mit Eloxieren oder Lackierung dieselbe Funktion. Die verfügbaren Oberflächenbehandlungen finden Sie in Oberflächenbehandlungen für bearbeitete Teile.
Phase 4: die Vorserie von 10 bis 300 Teilen
Bevor eine Spritzgussform bestellbar ist, sollten reale Teile in die Hände von Pilotkunden gegeben werden, die ersten Anlagen montiert und der Prozess validiert werden. Der Vakuumguss ist dafür gedacht: etwa 20 Kopien pro Silikonform, mehrere Formen für Serien von 100 oder 300, und das gleiche Aussehen bei allen. Ist das Teil metallisch, senkt die CNC-Bearbeitung in Kleinserie den Stückpreis durch Aufteilung des Programms und der Aufspannung; ist es funktional aus Kunststoff, wird der MJF-Bauraum mit Teilen gefüllt. Wann sich die eine oder die andere Methode lohnt, steht in Vakuumguss oder Spritzguss: was wählen.
Welchen Prozess wählen? Der Fertigungsprozess-Entscheider
- Ist das Teil aus Metall oder werden Passungstoleranzen benötigt? → CNC-Bearbeitung.
- Ist es Blech: flach, abgekantet, mit gleichmäßiger Dicke? → Schneiden und Abkanten.
- Ist es aus Kunststoff mit komplexer Geometrie, inneren Hohlräumen oder Clips, in 1 bis 500 Stück? → 3D-Druck MJF.
- Muss es wie geformt aussehen, mit Farbe und Oberflächenbehandlung, in 10 bis 300 Stück? → Vakuumguss.
- Mehr als 300 identische Teile mit dem Endmaterial? → Spritzguss, und vorher eine Vorserie durch Vakuumguss.
Der Fertigungsprozess-Entscheider stellt diese Fragen interaktiv und liefert den Prozess und das Material in einer Minute zurück. Und wenn das Teil zwei unterschiedliche Teile hat, werden diese kombiniert: Gehäuse aus PA12 und Welle aus Aluminium, zum Beispiel.
Wie viel kostet es und wie den Preis senken
Ohne Vorrichtungen ist das erste Teil das teuerste und ab da sinkt der Stückpreis: bei CNC werden Programm und Aufspannung aufgeteilt, bei MJF wird der Bauraum gefüllt, beim Gießen werden Urmodell und Formen abgeschrieben. Vier Wege, weniger zu zahlen:
- Holen Sie das Angebot mit drei Stückzahlen ein und schauen Sie sich die Kurve an, bevor Sie entscheiden.
- Konstruieren Sie für den Prozess: Radien von 1 mm und flache Taschen bei CNC, Wände von 1,5 mm und Hohlräume mit Staubaustritt bei MJF, gleichmäßige Dicken und Entformungsschägen beim Gießen.
- Toleranzen nur bei den funktionalen Maßgaben; die allgemeinen sind bereits fein. Das erklärt die Prozessspezifischen Toleranzen.
- Validieren Sie im günstigen Material, was möglich ist (Aluminium statt Edelstahl, PA12 statt lackiertem Polyurethan) und reservieren Sie das teure für die letzte Version.
Fünf häufige Fehler
- Ein 3D-gedruckter Prototyp, der 120 °C aushalten oder ein Lager tragen muss: es ist ein bearbeitetes Teil.
- Bitte bestellen Sie zehn Einheiten einer noch nicht getesteten Version.
- Setzen Sie Toleranzen von ±0,02 im gesamten Zeichnung „zur Sicherheit".
- Präsentieren Sie dem Kunden ein graues Teil aus PA12, wenn das Produkt weiß und glänzend sein wird: der Vakuumguss ist dafür da.
- Bestellen Sie die Spritzguss-Form vor der Vorserie.
Häufige Fragen zum Rapid Prototyping
Was ist Rapid Prototyping?
Direkte Fertigung eines Teils aus der 3D-Datei, ohne Formen oder Vorrichtungen, in Tagen. Dazu gehören 3D-Druck, CNC-Bearbeitung, Schneiden und Abkanten von Blech sowie Vakuumguss in Silikonformen, je nach Validierungsbedarf.
Welcher Prozess eignet sich für einen funktionalen Prototyp?
Ist das Teil aus Metall oder benötigt Passungen, CNC-Bearbeitung. Ist es aus Kunststoff mit komplexer Geometrie, Clips oder Löchern, 3D-Druck MJF in PA12. Ist es aus Blech, Laserschneiden und Abkanten. Oft werden mehrere Verfahren in derselben Baugruppe kombiniert.
Wie lange dauert ein Prototyp?
Das Angebot liegt in 24 h vor. Die ersten Teile sind in 3D-Druck ab 5 Werktagen, in CNC-Bearbeitung und Blech ab 8 Werktagen sowie in Vakuumguss ab 10 Werktagen verfügbar. Die konkrete Lieferzeit für jede Bestellung steht im Angebot.
Wie viele Teile können ohne Form gefertigt werden?
Bei Bearbeitung, Blech und 3D-Druck sind Serien von einer Einheit bis zu hundertstücken Kleinserien möglich. Beim Vakuumguss sind Serien von 10 bis 300 Teilen mit Silikonformen möglich. Bei über 300 gleichen Teilen ist der Spritzguss meist die bessere Option.
