ZEITSCHRIFT FÜR ADDITIVE FERTIGUNG

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1 ZEITSCHRIFT FÜR ADDITIVE FERTIGUNG RAPID MANUFACTURING 3D-Objekte aus Metallpulver Seite 66 RAPID PROTOTYPING Roboter mit Gefühl Seite 70 RAPID PRODUCT DEVELOPMENT 20 Jahre Rapid Prototyping Seite 72

2 64 rapidx INHALT Inhalt 01/13 Der Roboy: 3D-Druck auf höchstem Niveau. Vom Urmodell zur Kleinserie: Im Laufe der letzten 20 Jahre gab es viel Bewegung im Bereich des Prototypenbaus. 72 TITELSTORY 01/13 70»Der Trend zu maßgeschneiderten, individuellen Metallteilen wird durch die neuen generativer Fertigungsverfahren mit ihren nahezu unbegrenzt gestalterischen Möglichkeiten beschleunigt. Mit Hilfe von CAD-Software lässt sich das Potenzial des selektiven Laserschmelzens ausgezeichnet nutzen, zumal hier der Vorteil des Verfahrens die Produktion individueller Einzelstucke in nahezu jeder gewünschten Geometrie fast immer gegeben ist.«dr. Dieter Schwarze, Pionier und Mitbegründer der SLM-Technologie, ist wissenschaftlicher Koordinator bei SLM Solutions Bild: Promod Bild: 1zu1 Prototypen/Darko Todorovic 66 RAPID MANUFACTURING 66 3D-Objekte aus feinsten Metallpulvern Additive Fertigungsanlagen stehen hoch im Kurs. Die wenigen Hersteller setzt die hohe Nachfrage derzeit unter Druck. SLM Solutions hat seine Fertigungskapazitäten ausgebaut. Ein neuer Trend sind Magnesium-Materialien, die für einen langfristig resorbierbaren Knochenersatz sorgen sollen. RAPID PROTOTYPING 70 Kann lächeln und erröten Unternehmen entwickelten einen humanoiden Roboter. Der Roboy 3D-Druck auf höchstem Niveau kann mithilfe einer Projektion im Kopf Gefühle zeigen. Gelenke sorgen für die nötige Beweglichkeit. RAPID PRODUCT DEVELOPMENT Jahre Rapid Prototyping Vom Urmodell zur Kleinserie: Promod arbeitet seit 20 Jahren in der jungen und schnelllebigen Branche. Während dieser Zeit wurden Quantensprünge im Prototypenbau vollbracht. STANDARDS 65 Branche 74 Innovationen 78 Inserenten & Firmen Bild: stoecker-fotodesign.de/fotolia rapidx Carl Hanser Verlag, München

3 rapidx BRANCHE 65 MESSE Rapid.Tech goes Metav Der VDW und die Messe Erfurt GmbH gehen eine langfristige Partnerschaft im Bereich generative Fertigung ein. Das haben VDW-Geschäftsführer Dr. Wilfried Schäfer und Erfurts Messe- Chef Wieland Kniffka festgelegt. Vereinbart wird eine strategische Kooperation mit dem Ziel, die Metav sowie Rapid.Tech und FabCon 3.D schrittweise zu verzahnen. Bereits zur Metav 2014 feiert die neue Messeallianz ihre Premiere. Unter dem Motto Rapid.Tech goes Metav wird sich die Erfurter Messe zum Thema Medizintechnik mit einer Sonderausstellung und einem umfangreichen Vortragsprogramm auf der Düsseldorfer Veranstaltung vom 11. bis 15. März 2014 präsentieren unterstützt der VDW die Messe Erfurt zur Rapid.Tech durch die Ausrichtung einer Sonderschau zum Thema Medizintechnik in Erfurt. Ab 2016 werden im Zweijahres-Rhythmus Rapid.Tech und Fabcon 3.D als eigenständige Marken mit Ausstellung, Fachkongress und Anwendertagung in die Metav integriert. SEMINAR RAPID PROTOTYPING Produktentwicklung in 3D 3D-Verfahren in der Praxis: Die Teilnehmer des Seminars fertigen eigene Musterbauteile an. Bild: Verbund IQ Wegweisende technische Innovationen wie der 3D-Druck beschleunigen nicht nur die Produktentwicklung, sondern können mittelfristig Produktionskosten senken und die Produktqualität erhöhen. Mit dieser Thematik befasst sich ein neues Weiterbildungsangebot der Verbund IQ ggmbh: das Seminar Rapid Prototyping. Im 3D-Visualisierungszentrum der TH Nürnberg erfahren die Teilnehmer etwas über die Anwendungsmöglichkeiten von Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing. Sie erhalten Einblick in Grundlagen und Grundprinzipien verschiedener Fertigungsverfahren wie dem Extrusionsverfahren Fused Deposition Modelling (FDM). Zudem werden Vor- und Nachteile dieser Techniken erörtert und Herstellungsprozesse nachvollziehbar vermittelt. Das Seminar schließt mit einem Praxisteil ab, in dem eigene Probestücke aus CAD-Modellen hergestellt werden. Das nächste Seminar findet am 16. Januar 2014 statt. BÜCHER EUROMOLD HALLE 11.0 STAND C132 3D-DRUCK FÜR ALLE. Der Do-ityourself-Guide zeigt, wie man vom Design zum fertigen Produkt gelangt, welches Equipment man benötigt und welches Druckverfahren das geeignetste ist. Auf der Website zum Buch finden sich Beispieldateien, weiterführende Links sowie aktuelle 3D- Druck-News und -Events. Ca. 300 Seiten, 29,99 Euro, erscheint: GENERATIVE FERTIGUNG. Additive Manufacturing und 3D- Drucken für Prototyping Tooling Produktion. Die vorliegende 4. Auflage beschreibt die noch anhaltende Entwicklung und Verbreitung der Generativen Fertigungstechnik über alle Branchen und viele Anwendergruppen hinweg. 672 Seiten, 129,99 Euro. always a layer ahead Mit uns sind Sie immer eine Schicht voraus 3D-Drucksysteme von voxeljet: innovativ, schnell, präzise und wirtschaftlich voxeljet AG voxeljet.com rapidx

4 66 RAPID MANUFACTURING Blick in den Bauraum der SLM 125: Im Bauraum von 125 x 125 x 125 mm können NE-Metalle, Werkzeugstähle, Edel- und Leichtmetalle verarbeitet werden. Das System ist für den F&E-Bereich und kleinere Werkstücke ausgelegt. 3D-Objekte aus feinsten Metallpulvern Additive Fertigungsanlagen stehen hoch im Kurs. Die wenigen Hersteller setzt die hohe Nachfrage derzeit unter Druck. SLM Solutions hat seine Fertigungskapazitäten deutlich ausgebaut ebenso die Labore für die Metallpulverfertigung. Neuland sind beispielsweise Magnesium- Materialien, die für einen langfristig resorbierbaren Knochenersatz sorgen sollen. Knochen on demand könnten bald wahr werden. rapidx Carl Hanser Verlag, München

5 RAPID MANUFACTURING 67 Bilder: SLM Solution SLM 125: Die kleinste Maschine aus dem SLM-Sortiment arbeitet mit der patentierten bidrektionalen Loaderbewegung, die für eine sehr hohe Baugeschwindigkeit (15 ccm/h) in dieser Klasse sorgt. Dr. Dieter Schwarze, wissenschaftlicher Koordinator bei SLM Solutions:»Der Trend zu individuellen Metallteilen wird durch die generativen Fertigungsverfahren mit ihren nahezu unbegrenzt gestalterischen Möglichkeiten beschleunigt«. Vor circa zwei Jahren ist die additive Fertigung von Metallen in den Fokus eines breiteren Anwenderkreises in der Industrie gerückt. In den USA, China, Russland, Singapur und anderen Ländern haben Regierungen Investitionsprogramme aufgelegt, um ihre Unternehmen zu dieser Technologie hinzuführen und zu unterstützen. Die nun überraschend hohe Nachfrage nach Anlagentechnik hat die wenigen globalen Hersteller unter Druck gesetzt. Einerseits um die geforderten Kapazitäten bereitzustellen, andererseits um die gewünschten technologischen Weiterentwicklungen leisten zu können. SLM Solutions aus Lübeck hat diesen Entwicklungstrend aufmerksam verfolgt und das Unternehmen im Jahr 2011 erfolgreich reorganisiert. Hightech trifft die Hanse. Als mittelständisches Unternehmen war SLM Solutions gefordert, einen Partner für seine ehrgeizigen Wachstumsziele zu finden. In der Deutschen Private Equity GmbH (DPE) wurde der gewünschte Partner gefunden. DPE ist ein im deutschsprachigen Raum spezialisierter Investor mit Sitz in München, der auf die langfristige Wachstumsfinanzierung von mittelständischen Unternehmen ausgerichtet ist. DPE engagiert sich seit Ende 2012 für die Spezialisten im Bereich Additive Manufacturing. Dem Lübecker Unternehmen steht nun neues Investitionskapital zur Verfügung, und es ist damit in der Lage, die verschiedenen Expansionspläne und Entwicklungsmaßnahmen zu realisieren. Gespräche im Hause SLM Solutions mit internationalen Großkunden zeigen den eindeutigen Trend auf: Massive Investitionen in Anlagen zur additiven Fertigung in den kommenden Jahren, verbunden mit einem Ausbau der Fertigungskapazitäten um das Vier- bis Fünffache der heutigen Produktionsrate, damit die rapidx

6 68 RAPID MANUFACTURING erforderliche Leistungsfähigkeit erreicht werden kann. Die gleichzeitige Erweiterung der Produktpalette auf vier verschiedene SLM-Anlagentypen benötigte ebenfalls mehr Produktionsfläche. Als Folge sah das Unternehmen in den ersten sechs Monaten dieses Jahres wie eine Großbaustelle aus. Durch den Umzug des Lagers wurde der Materialfluss optimiert, und der zeitgleiche Ausbau der Produktionsebene brachte weitere 600 qm verfügbare Montagefläche. Dieser erweiterte Raum wird zum Zusammenbau der Anlagen verwendet, die während der Montage auf die individuellen Anforderungen der Kunden zugeschnitten werden. Die Forderung nach mehr Maschinen bringt eine erhöhte Nachfrage nach hochwertigen Metallpulvern und Verbrauchsmaterialien mit sich. In der Vorausschau darauf hat SLM Solutions in ein neues Prüflabor für Metallpulver investiert, das eine schnelle und spezifische Analyse der Metallpulver und produzierten Teile ermöglicht. Große globale Luft- und Raumfahrt- Kunden wie GE sowie verschiedene deutsche Automobilhersteller fragen bereits heute nach diesen Investitionen der Additive-Manufacturing-Hersteller, da sie ihnen zusätzliches Vertrauen für ihre zukünftigen Investitionen in diese Technologie geben. Wachstum und Forschung. Die große Anlage SLM 500 HL wurde in Größe, Geschwindigkeit und Handling nochmals optimiert. Damit macht die additive generative Fertigung einen weiteren Schritt in Richtung Produktionstechnik und erlaubt es Unternehmen, diese Technologie in ihre Fertigungsprozesse einzubinden. Das auf die Produktion ausgelegte Pulver-Handling- System ist aktuell in der Entwicklung und wird bis zum Ende des Jahres 2013 vorgestellt. Eine wachsende Zahl von Forschungs-, Design-und Entwicklungsingenieuren arbeitet auf den kleinen und mittleren Plattformen SLM 125 HL, SLM 250 HL und SLM 280 HL, von dem Wunsch beseelt, die Produktionszyklen für komplexe Metallteile kontrollierbarer und transparenter zu gestalten. Dieses Begehren kommt PROFIL Die SLM Solutions GmbH ist ein Unternehmen im Rapid-Prototyping- Anlagenbau aus Lübeck, das auf mehr als 50 Jahre Erfahrung zurückblickt. Als Hersteller von Maschinen für die Serien- und Prototypenproduktion liegt der Fokus auf Entwicklung, Produktion und Vertrieb von Maschinen im Bereich des Vakuum- und Metallgießens sowie des selektiven Laserschmelzens (SLM). Hüftpfanne: ein Beispiel für die vielen Anwendungsfälle in der Implantate-Industrie. Ziel der neuesten Forschung sind Magnesium- Materialien, die für einen resorbierbaren Knochenersatz sorgen. vor allem aus der Medizintechnik- sowie der Luft- und Raumfahrtindustrie, die möglichst rasch die SLM-Technologie in ihrer Produktion einsetzen wollen. Mehrere Luft- und Raumfahrtunternehmen haben in Pressemitteilungen erklärt, dass die SLM-Produktion von Flugzeugteilen mit vollständiger Zertifizierung gegen Ende 2014 bis Mitte 2015 Realität wird. Wunderwerke in der Medizin. In der Medizintechnik und Implantate-Industrie werden bereits beeindruckende Ergebnisse erzielt. Individuell abgestimmte Implantate auf Basis der SLM Technologie sind beim Menschen im Einsatz. Tierversuche, die den Grundstein für einen breiteren und zuverlässigen Ansatz bereitstellen, sind in vollem Gange und liefern die ersten positiven Ergebnisse für die weiteren Zertifizierungsprozesse. Hier kann die Technologie im klinischen Alltag zukünftig eine Lücke schließen, die durch nicht ausreichend zur Verfügung stehendes Spendermaterial vorhanden ist. Stellen Sie sich vor: Sie werden nach einem schweren Unfall ins Krankenhaus eingeliefert. Die Ärzte scannen Ihren gebrochenen Knochen und können Ihnen durch ein Metall-Implantat helfen, das im Krankenhaus in wenigen Stunden hergestellt wird. Dies ist nicht Utopie, sondern wird in sehr naher Zukunft in vielen Krankenhäusern Realität sein. In einem weiteren Entwicklungsschritt wurden erste Maschinen entworfen und gebaut, um Teile in Magnesium herzustellen, wie zum Beispiel die SLM-125-HL-Mag-Mix-Version. Magnesium ist das neueste Material und Thema der Forschung für einen langfristig resorbierbaren Knochenersatz eines zeitlich begrenzten Implantats. Ziel der Forschung ist es, eine Lösung zu finden, bei der das künstliche Material operativ in den Körper eingesetzt wird und von körpereigenem Gewebe im Laufe der Zeit resorbierend ausgetauscht wird. Aktuell werden Teile Bilder: SLM Solution rapidx Carl Hanser Verlag, München

7 RAPID MANUFACTURING 69 entwickelt und in Operationen getestet, die auf einer speziellen Druckkammer-Anlage von SLM Solutions hergestellt werden. Die Ergebnisse werden in einigen Monaten mit dem weiteren Projektfortschritt bekannt gegeben. Klonen erlaubt. In der Luft- und Raumfahrt besteht eine erhebliche Nachfrage seitens der Kunden nach Produktionskapazitäten für Teile in verschiedenen Größen. Für diesen Fall bietet SLM Solutions die Klonlösung an. Die bestehenden Plattformen sind mit zwei optischen Bänken und Lasern bestückt und damit in der Lage, die doppelte Menge der Werkstücke im gleichen Zeitraum zu produzieren. Eingesetzt wird das Verfahren zum Beispiel bei kleinen Turbinenschaufeln, von denen große Stückzahlen für ein Triebwerk benötigt werden. Die Unternehmen der Automobilindustrie benötigen für die Herstellung ihrer Prototypen ebenfalls eine hohe Stückzahl an Metallteilen, die verschiedenen Testverfahren unterzogen werden und in der Regel vielfache Änderungen in der Konstruktion nach sich ziehen. Dies erfordert entweder kostenintensive Änderungen und Erneuerungen von Formteilen oder den Einsatz der Selective-Laser-Melting-Technologie. Ausbildung, Fortbildung, Weiterbildung. Der Bildungssektor hat analysiert und verstanden, dass diese Trends in der Industrie qualifizierte Ingenieure und Wissenschaftler benötigen, um für die Arbeitsumgebung der nächsten Generation gerüstet zu sein. Daher investieren immer mehr Institute und Universitäten weltweit in diese Technologie. Experten werden in diesen Bereichen ausgebildet, denn die globale Industrie hat einen riesigen Bedarf an Spezialisten für additive Fertigungstechnologien. Zusammenfassend lässt sich feststellen: Die additiven Fertigungsverfahren haben für viele Anwendungsbereiche eine große Zukunft vor sich. Über 200 Jahre Forschung in der Metallverarbeitung gehen in die Bauteilebeurteilung mit der Selective-Laser-Melting-Technologie ein sowie in alle bestehenden Vorbereitungsund Nachbearbeitungsprozesse von Metallteilen. Deshalb fügt sich diese Technologie harmonisch in bestehende Prozessketten ein und wird von diesen profitieren. Stefan Ritt Artikel unter RX KONTAKTINFO SLM Solutions GmbH, Tel Mit Doppelstrahltechnik: In der SLM 500 belichten vier Faserlaser 2x (400 W W) über zwei optische 3D-Scaneinheiten das Pulverbett. Somit können zum Beispiel zwei Teile gleichzeitig aufgebaut werden. rapidx

8 70 RAPID PROTOTYPING Kann lächeln und erröten... An diesem Roboy wurde gefeilt: Eine Projektion im Kopf sorgt für Gefühle, Gelenke sorgen für Beweglichkeit. 15 Unternehmen entwickelten einen humanoiden Roboter 3D-Druck auf höchstem Niveau. Strahlen mit dem Roboy um die Wette: die beiden Geschäftsführer von 1zu1 Prototypen, Hannes Hämmerle (links) und Wolfgang Humml (rechts), sowie Projektleiter Adrian Burri (Mitte). Roboy heißt der nette Junge mit den großen Augen, der die Besucher freundlich anlächelt ein humanoider Roboter, der in nur neun Monaten an der Uni Zürich entstand. Bei seiner Entwicklung haben Experten aus 15 Unternehmen ihr Know-how eingebracht. 1zu1 Prototypen ging nach eigenen Angaben beim 3D-Druck des Skeletts an die Grenzen des Machbaren. Freundlich lächelnd sitzt Roboy auf einem Tisch und blinzelt die Besucher mit seinen großen Augen an. Drückt man ihm einen Kuss auf die Wange, errötet er. Roboy ist eindeutig der Star beim Kundentag des österreichischen Unternehmens 1zu1 Prototypen: ein humanoider, also menschenähnlicher Roboter, der auf die Besucher reagiert und sie auf ihn. Die Interaktion zwischen Mensch und Roboter ist auch eines der Forschungsthemen, für die Roboy gebaut wurde. Entstanden ist er am Artificial Intelligence Lab der Universität Zürich innerhalb von nur neun Monaten. Dass die Entwicklung genauso lange dauerte wie eine Schwangerschaft, sei Zufall, räumt Projektleiter Adrian Burri ein.»wir wollten einfach zeigen, dass man so einen Roboter auch in kurzer Zeit konstruieren kann. Das bringt einen ROBOY FACTS Auftraggeber: Artificial Intelligence Laboratory, Prof. Dr. Rolf Pfeiffer Finanzierung: Crowdfunding und Sponsoring Partner: NCCR Robotics, maxon motor, Konzeptagentur, Baumer Electric, awtec, ETH Zürich, Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, Starmind, 1zu1 Prototypen, SEDAX, TU München, Zürich Engineering, SwissTfair, Triobike, Robots on tour, FWT Feinwerktechnik, ETH Bio-Inspired Robotics Laboratory, Sindex gewissen Drive ins Projekt.«Das Vorhaben war nicht nur wegen der kurzen Entwicklungsdauer außergewöhnlich, sondern auch wegen der Zusammenarbeit der vielen Projektpartner. 15 Unternehmen waren mit mehr als 40 Mitarbeitern an der Entwicklung beteiligt.»diese Form der Kooperation in einem so komplexen Projekt wäre noch vor zehn Jahren undenkbar gewesen«, ist Marianne Jossen, Gastforscherin am AI-Lab der Uni Zürich, überzeugt. Heute werden Entwürfe zwar im CAD-Programm erstellt, Datensätze via ausgetauscht und per Skype-Konferenz abgestimmt. Dennoch bleibt die Zusammenarbeit vieler Partner über die Distanz eine besondere Herausforderung. Genau diese Kooperation einer Vielzahl verschiedener Experten war gleichzeitig auch ein Erfolgsfaktor für das Projekt.»Wir konnten realisieren, was technisch derzeit machbar ist«, freut sich Projektleiter Adrian Burri.»Wir am Labor der Universität wissen ja nicht alles über Antriebstechnik oder über Rapid- Prototyping-Verfahren. Erst durch die Zusammenarbeit haben wir erfahren, welche Möglichkeiten die Industrie für die Aufgabenstellungen anbietet.«das galt auch für die Konstruktion des Skeletts:»Wir konnten unser ganzes Know-how einbringen, haben die Konstrukteure beraten und ihnen vorgeschlagen, wie wir ihre Vorstellungen umsetzen können«, schildert Dominik Maccani, der Projektverantwortliche bei 1zu1 Prototypen.»Weit mehr als nur Ausführende«seien seine Kollegen gewesen, erzählt er stolz. Grenzen des Machbaren. 1zu1 Prototypen gehört nach eigenen Angaben zu den führenden Anbietern von Rapid Prototyping. Das Unternehmen mit derzeit rund 125 Mitarbeitern hat seinen Sitz in Dornbirn (Vorarlberg/Österreich). Für die Fertigung setzt der Prototypen-Spezialist insbesondere auf 3D-Druck und verschiedene Kunststoff- und Bilder: 1zu1 Prototypen/Darko Todorovic rapidx Carl Hanser Verlag, München

9 RAPID PROTOTYPING 71 Gelenkiger Junge: Der Roboy lotet die Grenzen des technisch Machbaren aus auch beim 3D-Druck. Metallgussverfahren. Für den Roboy fertigte 1zu1 Prototypen rund 300 Einzelteile. Das gesamte Skelett des Roboters ist aus Polyamid (PA 2200). Kleinere Teile sinterte das Unternehmen auf einer EOS P100 Formiga, die größeren auf einer EOS P395. Testweise kam bei einigen Teilen auch glasgefülltes Polyamid (PA 3200) zum Einsatz fand im Endprodukt dann aber keine Verwendung. Besonders komplex war die Konstruktion des Unterarms: Vom Ellenbogen bis zur Hand ist er in einem Stück gefertigt, obwohl hier mehrere Gelenke für Beweglichkeit sorgen. Auch Kanäle, um Sehnen durchzuführen, sind berücksichtigt.»für eine optimale Funktionalität haben wir gemeinsam mit den Entwicklern länger getüftelt«, erzählt Maccani.»Zugute gekommen ist uns dabei die große Erfahrung mit beweglichen Teilen und Filmscharnieren.«Schließlich gebe es beispielsweise im Maschinenbau ähnliche Anforderungen. Einige Tests brauchte auch die Herstellung von Roboys Kopf, der als einziges Teil mittels Stereolithografie auf einer Viper Pro von 3D Systems gefertigt ist. Die Mimik wird von innen auf die Halbschale aus transparentem STL-Harz projiziert. Dadurch kann der Roboy immer neue Gesichtsausdrücke annehmen lachen oder weinen, erröten oder erbleichen.»auch hier haben wir mehrere Tests gemacht«, schildert Maccani.»Schließlich haben wir miteinander eine gute Lösung gefunden, wie die Projektion optimal zur Geltung kommt.«der Kopf ist nun innen mit Klarlack lackiert, fein geschliffen und auf Hochglanz poliert. Außen wurde er fein geschliffen und strukturlackiert. Für 1zu1 Prototypen ist das Projekt Roboy nun vorläufig abgeschlossen am Artificial Intelligence Lab der Universität Zürich hat die Arbeit damit freilich Faszinierende Technik: Die Hand des Roboy-Vorgängers Eccerobot wird von Projektbeteiligten geprüft. Bereits die Hand des Roboy-Vorgängers Eccerobot entstand in Lasersinter-Technik. Lasersintern vom Feinsten: Im Rapid-Prototyping-Center von 1zu1 Prototypen entstand der Roboy auf modernsten Maschinen von EOS und 3D Systems. erst begonnen:»jetzt gibt es den Körper, im nächsten Schritt kommt die Intelligenz«, weiß Burri. Der Roboy muss lernen, sich zu bewegen und auf die Umwelt zu reagieren. Der Schweizer Ingenieur sieht den Roboy auch als Hardware-Plattform, auf der Forschungsteams auf der ganzen Welt aufbauen können. Dank 3D-Druck ist es ja nun jederzeit möglich, weitere Roboys zu fertigen. Und wer weiß vielleicht wird aus dem Ro-boy mit den Jahren ein Ro-man. Wolfgang Pendl Artikel unter RX KONTAKTINFO 1zu1 Prototypen Tel www. 1zu1prototypen.com rapidx

10 72 RAPID PRODUCT DEVELOPMENT 20 Jahre Rapid Prototyping Vom Urmodell zur Kleinserie: Promod arbeitet seit 20 Jahren in der jungen und schnelllebigen Branche. Hier ein Versuch, die Quantensprünge im Prototypenbau zu dokumentieren. Gerade einmal zweieinhalb Jahrzehnte jung ist diese schnelllebige Branche, die die Entwicklung und Fertigung von Produkten revolutioniert hat. Und doch ist das Rapid Product Development (RPD) zu einem unverzichtbaren Bestandteil der meisten Prozessketten auf der Welt geworden. Promod hat die sogenannte rasche Produktentwicklung von Anfang an begleitet und im Bild dokumentiert. Daraus ist ein umfangreiches Fotoarchiv mit über 2000 Bildern entstanden, das Norbert Schmidt, Gründer des Prototypenzentrums in Horb, für die Leser von rapidx geöffnet hat. Denn als der Maschinenbau- Ingenieur Ende der 80er-Jahre erstmals mit den neuen generativen Technologien zum Herstellen von Prototypen und Kleinserien in Berührung kam, ließ ihn die Faszination des modernen Modellbaus nicht mehr los. Wenige Jahre später machte er sich selbstständig, um Promod zu einem Systemdienstleister für alle RPD-Bereiche zu entwickeln. Heute leitet er das Unternehmen gemeinsam mit seinem Sohn Florian Schmidt, der mit der Produktion von Kleinserien ein weiteres, wichtiges Standbein für das Unternehmen und dessen Kunden aufgebaut hat. Als die Geburtsstunde der Stereolithografie (STL) schlug, da standen die Modellbauer zwar bei einer revolutionären Fertigungstechnik Pate, doch zugleich forderte diese ihnen auch alle Erklärungskünste ab. Kaum jemand konnte sich vorstellen, dass die neue Technologie die Produktentwicklung tatsächlich maßgeblich beeinflussen würde. Die Baugrößen waren anfangs beschränkt, die Auflösung in allen Achsen lag bei rund einem Hundertstel Zoll, und die Materialien waren noch hart und spröde. Doch die Produktionsverfahren blieben nicht auf der ersten Entwicklungsstufe stehen; sie entwickelten sich wie die Bauräume weiter und werden auch die Zukunft prägen. Vor allem in den zurückliegenden zwei Jahrzehnten hat sich sehr viel getan. Der Einsatz von Materialien ist vielfältiger geworden. Sie sind heute anpassungsfähiger, und auch die Auflösung hat sich deutlich verbessert. Doch parallel dazu sind auch die Anforderungen an die generativen Fertigungsverfahren und damit an die Prototypenbauer deutlich gewachsen. Ein Funktionsmuster muss heute mehr können und sollte bestenfalls gleich mit dem Werkstoff hergestellt werden, der bei der späteren Serie eingesetzt wird. Es werden immer kürzere Reaktions- und Lieferzeiten eingefordert. Die Anzahl der Musterphasen verkürzt sich. Während sich einige Methoden im Rapid Prototyping als nicht so praktikabel erwiesen, haben sich andere zum Standard entwickelt. Dazu gehört beispielsweise die Stereolithografie, also die Aushärtung von lichtempfindlichen Kunstharzen mithilfe eines Laserstrahls. Sie ist nach heutigem Stand der Technik zu einem unverzichtbaren Bestandteil des Prototypenbaus geworden. Die Fertigung geht jedoch weit über den eigentlichen Prototypenbau hinaus. Der Markt ist nach wie vor hart umkämpft, weil Fertigungsverfahren wie beispielsweise das Lasersintern deutlich günstiger geworden sind. Rapid Manufacturing ist eine kostengünstige Alternative zu Spritzgießwerkzeugen. Entwicklungsbedarf sehen die Prototypenbauer von Promod allerdings noch für Werkstoffe mit hoher Temperaturbeständigkeit und besseren mechanischen Eigenschaften. Werner Klein-Wiele Artikel unter RX Selektives Laserschmelzen (SLM): Stand der Entwicklung Aus Metalle, Kunststoff oder Keramik werden Modelle gebaut wie hier ein Zuführungsrohrsystem für ein medizinisches Gerät. Bilder: Promod rapidx Carl Hanser Verlag, München

11 RAPID PRODUCT DEVELOPMENT 73 LOM-Verfahren 1993: Das Mock-up-Modell eines Blindenlesegeräts, hergestellt mit Schichtaufbau aus Papier und Schmelzkleber. Autoradioblende im Jahr 2000: Die Prototypen aus Metall mussten der gleichen Beanspruchung standhalten wie die späteren Serienteile. PROFIL Die Promod Prototypenzentrum GmbH wurde 1993 in Horb (Landkreis Freudenstadt) gegründet. Der Fokus liegt auf dem Zusammenwirken von Technologien und Verfahren zur schnellen Produktentwicklung. Die schwäbischen Tüftler sind für ihr präzises und effektives Arbeiten in den unterschiedlichsten Branchen bekannt, von Entwicklung und Konstruktion über Produktion, Reinigung und Sterilisation bis zur Verpackung. Fertigung ganzer Baugruppen 2008: Hier die Bauteile einer Wetterstation gefertigt im Rapid Manufacturing unter Verwendung der Originalwerkstoffe. Erste glasklare Modelle 1998: Als es noch keine Clearwater-Materialien gab, wurde Vakuumgießharz verwendet. Vorlage für die Keramikform 2003: Wo früher der Wachsling benötigt wurde, sind heute generative Verfahren Voraussetzung für den Feinguss. Verfolgen die Entwicklung des RP von der ersten Stunde an (von links): Florian und Norbert Schmidt, Geschäftsführer des Prototypenzentrums Promod, sowie Prokurist Eugen Renz. KONTAKTINFO Promod Prototypenzentrum GmbH Tel www. promod-technologie.de rapidx

12 74 rapidx MARKTNEUHEITEN EINGABEGERÄT Kabellose 3D-Maus Arbeit an 3D- Objekten ohne Kabelsalat: die Space Mouse Wireless. Bild: 3D Connexion 3D Connexion bringt mit der Space Mouse Wireless nach eigenen Angaben die erste kabellose 3D-Maus der Welt auf den Markt. Das kompakte und stylische Gerät ergänzt das Portfolio an 3D-Eingabegeräten für ambitionierte 3D-Software-Anwender. Die Space Mouse bietet die Vorteile einer 3D-Maus, jedoch ohne störendes Kabel. Anwender können damit ihre 3D-Modelle oder ihre Kamera um sechs Freiheitsgrade navigieren, während sie gleichzeitig mit der Standardmaus daran arbeiten. Die Space Mouse verfügt über zwei große Tasten, eine optimierte 3D- Connexion-Cap sowie einen Micro-USB- Anschluss im Standfuß aus gebürstetem Edelstahl. Edler Zahnersatz: Mit der Metall-Laserschmelztechnik gefertigte Kronen und Brücken. Bild: Concept Laser GmbH Blick in den Freeformer: Beim Kunststoff- Freiformen werden funktionsfähige Teile aus Kunststofftröpfchen aufgebaut. Bild: Arburg ADDITIVE KUNSTSTOFFVERARBEITUNG Kunststoff-Freiformen Arburg, Hersteller von Spritzgießmaschinen, hat auf der Messe K die additive Maschine Freeformer zur werkzeuglosen Herstellung von Kunststoffteilen vorgestellt. Um den Kunststoff frei formen zu können, sind keine Werkzeuge oder fest vorgegebenen Kavitäten notwendig. Beim AKF (Arburg-Kunststoff-Freiformen) werden 3D-CAD-Daten vom Freeformer direkt aufbereitet, Standard-Kunststoffgranulate wie beim Spritzgießen integriert aufgeschmolzen, aus der flüssigen Schmelze Tröpfchen erzeugt und daraus additiv also Schicht für Schicht das voll funktionsfähige Bauteil aufgebaut. Damit ist die individuelle Teilefertigung ganz ohne Spritzgießwerkzeug ab Losgröße eins wirtschaftlich möglich. DENTALTECHNIK Jetzt auch Titan-Zähne Neben dem Werkstoff Remanium Star CL von Dentaurum bietet Zahntechnik Unicim aus Berschis (CH) nun auch NEM-Legierungen aus Titan an. Die im generativen Laserschmelzverfahren auf einer Mlab cusing R von Concept Laser hergestellten Dentalbauteile bestehen aus dem zertifizierten Qualitätswerkstoff Rematitan CL von Dentaurum. ZTM Dieter Spitzer von Unicim setzt bewusst auf den medizintechnisch zertifizierten und biokompatiblen Werkstoff. rapidx Carl Hanser Verlag, München

13 rapidx MARKTNEUHEITEN 75 In der 3D-Siebdrucktechnologie lassen sich alle Materialien verarbeiten, die in Pulverform gebracht und mit einem temporären Additiv ausgestattet werden können, beispielsweise Kupfer (links), Siliciumcarbid (Mitte oben), Edelstahl (Mitte unten), Aluminium (rechts). Bild: Bauer Technologies SIEBDRUCK Effiziente Serienfertigung mit 3D-Siebdruck In der um die dritte Dimension erweiterten Variante des klassischen Siebdrucks entstehen durch den Druck beliebig vieler Schichten übereinander komplexe dreidimensionale Bauteile in einer Geschwindigkeit von zwei bis über 100 µm pro gedruckter Lage. Dabei wird im Gegensatz zu anderen generativen Fertigungsverfahren einerseits nur dort Material aufgebracht, wo Strukturen gebildet werden sollen. Andererseits sind bei der patentierten 3D-Siebdrucktechnologie weder Stützkonstruktionen noch ein Pulverbett erforderlich. Die Pulvermischung haftet ohne weitere Hilfsmittel zuverlässig an der zuvor gedruckten Schicht. Dies trägt zu einer besonders effizienten und ressourcenschonenden Produktion bei und reduziert den Aufwand für eine Nachbearbeitung. Im Vergleich zu anderen im Additive Manufacturing eingesetzten Verfahren ist die erprobte dreidimensionale Siebdrucktechnik nach eigenen Angaben von Bauer Technologies für die Herstellung hoher Stückzahlen einsetzbar. Die 3D-Druckmaschinentechnologie des in Hillscheid bei Koblenz ansässigen Unternehmens ermöglicht Arbeitsflächen von 20 Quadratmetern und mehr. Damit lassen sich jährlich mehrere Bauteile mit Abmessungen von wenigen Quadratmillimetern bis zu 2500 Quadratzentimetern und Höhen bis zu 20 Zentimetern herstellen. 3D-DRUCKER Objet 1000 bei Modellbau Kurz Mit der Objet 1000 hat sich Modellbau Kurz einen neuen Giganten ins Haus geholt. Modellbau Kurz ist nach eigenen Angaben momentan der einzige Anbieter im Dienstleisungssektor mit diesem Drucker. Mit der Objet 1000 sind noch größere Teile als bisher möglich alles in einem Stück. Auf einer Plattform von 1000 x 800 mm kann 500 mm hoch aufgebaut werden, das ist doppelt so groß wie bisher in der 500er Reihe. So können jetzt bis zu 200 kg schwere Teile entstehen hochpräsize auf 0,016 mm genau. Vergleichbar mit einem Tintenstrahl- Drucker werden beim 3D-Objet-Druck flüssige Ralph Kurz von Photopolymere in feinen Schichten zu einem Kurz Modellbau Modell aufgebaut. Aus zwei Substanzen, also freut sich über einem Primär- und einem weiteren Sekundär- die Objet Bestandteil, werden unterschiedliche Stoffeigenschaften erzeugt. Exklusiv für die Objet Bild: Modellbau Kurz 1000 werden auch neue Materialien entwickelt, die als erstes bei Modellbau Kurz Anwendung finden. ADDITIVE MANUFACTURING WITH METALS Quelle: Astrium Space Transportation 360 mm 360 mm 388 mm Concept Laser Hofmann Innovation Group Concept Laser GmbH An der Zeil 8 D Lichtenfels T: +49 (0) F: +49 (0) rapidx

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