6.3.5 Wie setzt man schnelles Prototyping ein?

Es sind mindestens 6 verschiedenen Rapid Prototyping Techniken auf dem Markt verfügbar, jede einzelne mit ihren besonderen Stärken. Da RP Technologien mehr und mehr auch für Non-Prototyping Anwendungen eingesetzt werden, bezeichnet man diese Techniken auch oft als Solid Free-Form Fabrication, Computer Automated Manufacturing, oder Layered manufacturing.

Rapid Prototyping ist ein „additiver“ Prozess, bei dem Schichten aus Papier, Wachs oder Kunststoff verwendet werden, um einen festen Körper zu bauen. Im Gegensatz dazu sind die meisten maschinellen Verfahren – fräsen, bohren, schleifen etc. – „subtraktive“ Verfahren, das heißt, sie entfernen Material von einem soliden Block. Das additive Verfahren der RP-Techniken gestattet den Bau von Objekten mit komplizierten internen Merkmalen, die mit keinem anderen Verfahren erreichbar wären.1

Der Basisprozess

Das folgende Beispiel basiert auf einer Methode zur automatischen Fertigung eines künstlichen Gebisses mit Hilfe eines Laser-Vermessungsapparats, der ein 3D-Modell der Mundhöhle liefert und per Internet an eine stereolithographische 3D-Modeliermaschine angeschlossen ist.2

Alle Rapid Prototyping-Techniken verwenden im Prinzip denselben, aus fünf Schritten bestehenden Basisprozess. Hier die fünf Schritte:

1. Erstellung eines CAD-Modells des Designs
2. Konvertierung des CAD-Modells in das STL-Format <br/>3. Zerlegung des STL-Modells in viele zweidimensionale Querschnitte (Layer)
4. Konstruktion des Modells durch „Aufeinanderstapeln“  der Layer
5. „Feintuning“ des Modells

CAD Modellbildung:
Zuerst wird das zu konstruierende Objekt mit Hilfe einer CAD-Software modelliert. Programme wie Pro/ENGINEER konstruieren 3D-Objekte als vollständigen Körper, nicht nur wie AutoCad als Drahtmodell, und liefern daher bessere Resultate. Der Designer kann eine bereits vorhandene CAD-Datei verwenden oder eine neue Datei für das Prototyping erstellen. Dieser Teilprozess ist bei allen RP-Techniken gleich.3
Ein Beispiel für die CAD-Modellerstellung und den Einsatz von virtueller Realität finden Sie in einem Video des Volkswagen Design Centers in Potsdam unter folgender URL: www.youtube.com/watch?v=ckuh1ZfIYrw.

Umwandlung in das STL-Format:
Die verschiedenen CAD Programme verwenden unterschiedliche Algorithmen zur Darstellung solider Körper. Das STL-Dateiformat (STL für Stereolithographie, die erste RP-Technik) hat sich inzwischen in der RP-Technologie als Quasi-Standard durchgesetzt. Der zweite Schritt besteht also darin, die CAD-Datei in das STL-Format zu konvertieren. Dieses Format stellt eine dreidimensionale Oberfläche mit Hilfe vieler kleiner Dreiecke dar, ähnlich der Facetten eines bearbeiteten Diamanten.4

Zerlegen der STL-Datei:
Im dritten Schritt bereitet ein Vorverarbeitungsprogramm die STL-Datei für den bevorstehenden Bau des Modells auf. Zu diesem Zweck sind mehrere Programme verfügbar, die meisten gestatten dem Anwender die Festlegung von Größe, Position und Orientierung des Modells.5

Layer by Layer Konstruktion:
Der vierte Schritt besteht in der eigentlichen Konstruktion des Modells. Die RP-Maschine baut nacheinander Schicht auf Schicht des Modells aus Polymer, Papier oder pulverisiertem Metall auf. Die meisten dieser Maschinen tun dies, ohne dass steuernde Eingriffe eines Maschinenbedieners nötig wären.6

Feintuning: Der letzte Schritt ist die Nachbearbeitung. Der Prototyp wird der Maschine entnommen, etwaige Stützen werden abmontiert. Etwaige lichtempfindliche Materialien müssen vor Gebrauch des Modells vollständig getrocknet sein. Der Prototyp muss evtl. auch gereinigt und oberflächenbehandelt werden. Schleifen, Versiegelung und/oder Lackierung des Modells verbessern sein Aussehen und seine Haltbarkeit. 
Ein Beispiel eines vollständigen Rapid Prototyping-Prozesses bei Motorola finden Sie in einem Video unter folgendem URL: http://www.youtube.com/watch?v=s3gHHeD6cv8

Investitionsbedarf für die  Rapid Prototyping-Technologie: Ein Computer-Aided Design (CAD) Software Paket wird für das Rapid Prototyping benötigt. Sie können diese Software direkt über das Internet oder von einem entsprechend spezialisierten Händler beziehen. Solche Software ist relativ teuer, steigert aber Produktivität und Effizienz erheblich durch anpassbare und erweiterbare Anwenderschnittstellen, die den Entwurfsprozess rationalisieren, weil die Zahl der nötigen Schritte drastisch reduziert wird. Darüber hinaus bietet eine AutoCAD Software noch weitere Merkmale, die eine Investition überlegenswert machen. Die neu auf dem Markt befindlichen Versionen haben einfach zu bedienende Navigationshilfen, die den Weg zu Ihrem 3D Modell so einfach machen wie noch nie.

Nehmen Sie sich einen halben Tag Zeit und denken Sie nach über mögliches Rapid Prototyping in Ihrer Organisation. Bringen Sie die Experten und Ihre Kollegen in einer Brainstorming Session zusammen. Fragen Sie, wie sie die Schwierigkeiten einschätzen, den oben genannten Schritten zu folgen und welche Probleme es momentan gibt. Bereiten Sie eine Checkliste anhand der oben genannten 5 Schritt-Prozesstechnik vor, und stellen Sie fest, ob die grundsätzlichen Voraussetzungen für diese Technik in Ihrer Organisation gegeben sind.


1 William Palm (May 1998) Rapid Prototyping Primer: www.me.psu.edu/lamancusa/rapidpro/primer/chapter2.htm
2 Thomas, Richard J.: Method for automatically creating a denture using laser altimetry to create a digi-tal 3-D oral cavity model and using a digital internet connection to a rapid stereolithographic modeling machine, www.patentstorm.us/patents/7153135/fulltext.html
3 William Palm (May 1998) Rapid Prototyping Primer: www.me.psu.edu/lamancusa/rapidpro/primer/chapter2.htm
4 ebd
5 ebd
6 ebd
7 What is Rapid Prototyping? http://www.rapid-prototyping.us/BasicProcess.php