2 Einordnung und Begriffsbestimmung

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1 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite 1 2 Einordnung und Begriffsbestimmung 2.1 Systematik der Fertigungsverfahren (Unterteilung nach der Geometrie) Subtraktive Fertigungsverfahren Die gewünschte Geometrie wird durch Abtragen definierte Bereiche erzeugt (z.b. Drehen, Fräsen)

2 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite 2 Formative Fertigungsverfahren Die gewünschte Geometrie wird durch Umformung eines gegeben Volumens erreicht (z.b. Schmieden, Tiefziehen) Additive Fertigungsverfahren Die gewünschte Geometrie wird durch Aneinanderfügen von Volumenelementen erzeugt. Schichtbauverfahren: die Geometrie wird aus einzelnen Schichten zusammengesetzt. Dieses Prinzip wird durch generative Fertigungsverfahren automatisiert.

3 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite 3 Bild 2.1: Schichtbauprinzip am Beispiel eines Sculpture-Puzzles

4 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite 4 Generative Fertigungsverfahren Nicht nur die Geometrie, sondern auch die Stoffeigenschaften entstehen während des Herstellungsprozesses.

5 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite Systematik der generativen Fertigungsverfahren Generative Fertigungsverfahren stellen die Bauteile durch Auf- oder Aneinanderfügen von Volumenelementen (Voxel n), vorzugsweise schichtweise, her.

6 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite 6 Besondere Kennzeichen der generativen Fertigungsverfahren Generierung der Schichtgeometrie erfolgt direkt aus den 3D-CAD-Daten. Kein Einsatz produktspezifischer Werkzeuge notwendig. Erzeugung der mechanisch-technologischen Eigenschaften geschieht während des Bauprozesses. Datensätze können grundsätzlich in jeder beliebigen Orientierung gebaut werden. Alle heute auf dem Markt befindlichen Maschinen können mit dem gleichen STL-Datensatz angesteuert werden.

7 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite 7

8 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite 8 Die ersten generativen Anwendungen wurden als Rapid Prototyping bezeichnet. Als Pendant zum Begriff Generative Fertigungsverfahren wird auch die Bezeichnung Rapid Technology verwendet. Im Englischen werden die Verfahren als Additive Manufacturing oder Layer Manufacturing bezeichnet.

9 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite 9 Unterscheidung Technologie Technik Technologie: Lehre von den Prinzipien und Wirkweisen einer Disziplin im Sinne einer Verfahrenskunde (z.b. spannende Fertigungsverfahren) Technik: technische Umsetzung dieser Prinzipien im Sinne einer Anwendung (z.b. Fräsen oder Schleifen)

10 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite 10 Gliederung der Technologie der Generativen Fertigungsverfahren: Rapid Prototyping: Herstellung von Prototypen und Modellen Rapid Manufacturing: Fertigung von Produkten Rapid Tooling: Herstellung von Werkzeugen und Werkzeugeinsätzen

11 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite 11 Technologie- Ebene Rapid Technologie Anwendungs- Ebene Rapid Prototyping Rapid Tooling Rapid Manufacturing

12 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite 12 Die VDI-Richtlinie 3404 definiert eine Reihe von Begriffen, die im Folgenden (sinngemäß) wiedergegeben werden.

13 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite Rapid Prototyping (RP) Rapid Prototyping bezeichnet die Anwendung der Technologie der Generativen Fertigungsverfahren zur Herstellung von Modellen und Prototypen. Es gilt als Synonym für die neuen additiven computergesteuerten automatischen Modellbauverfahren. Die physikalischen Bauteile haben keinen Produktcharakter, bzw. eingeschränkte Funktionalität, d.h. sie dienen im weitesten Sinne nur der Anschauung und dem Prototypenbau (positives Modell).

14 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite 14 Eigenschaften: ausgewählte Merkmale, z.b. Geometrie, Haptik. Material kann, muss aber nicht Serienmaterial sein. Konstruktion kann, muss aber nicht fertigungsgerecht im Sinne der Serienfertigung sein. Die Rapid Prototyping Verfahren haben die Aufgabe, im wesentlichen Faksimile-Modelle, Funktionsmodelle und Prototypen zu bauen. Ziel: frühzeitige Absicherung einzelner Produkteigenschaften.

15 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite 15 Wenn die Rapid Prototyping-Modelle im Wesentlichen der 3D-Visualisierung dienen, nennt man Sie auch Solid Images, Konzeptmodelle oder Mock-ups. Concept Modeling relativ einfache, mechanisch-technologisch nicht belastbare Bauteile Functional Prototyping (Funktions-Prototypen) Die Rapid Prototyping Modelle weisen einzelne Funktionen auf und werden zur Absicherung von Produkteigenschaften eingesetzt.

16 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite Rapid Manufacturing Generative Herstellung von Endprodukten (häufig auch als Serienteile bezeichnet). Eigenschaften: Weist alle Merkmale des Endprodukts auf oder wird vom Kunden für den Serieneinsatz akzeptiert. Material ist identisch mit dem des Endprodukts. Konstruktion entspricht der des Endprodukts. Kann Positive und Negative betreffen

17 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite Rapid Tooling Direct Tooling Anwendung der generativen Methoden und Verfahren auf den Bau von Werkzeugen, Werkzeugeinsätzen und (Negativ-) Formen zur Herstellung von Prototypen. Die Aufgabenstellung unterscheidet sich in einigen Punkten von der des Rapid Prototyping: Die CAD-Daten müssen in fertigungstechnischer Hinsicht überarbeitet werden. Es sind zu berücksichtigen: Formschrägen, Möglichkeiten zum Trennen der Formen, Toleranzen und Schrumpffaktoren.

18 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite 18 Indirect Tooling bezeichnet kein generatives Verfahren. Indirekt heißen Prozessketten, die auf dem Abformen von generativ gefertigten Urmodellen basieren (Abformverfahren).

19 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite Rapid Manufacturing Direct Manufacturing Direkte generative Fertigung von Endprodukten Weitere gebräuchliche Begriffe sind : E-manufacturing Digital manufacturing Fußt auf der gleichen Technologie wie Rapid Prototyping und verwendet die gleichen Maschinen. Ziel: Fertigung von Bauteilen mit Endprodukt- Character.

20 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite Abgrenzungen Rapid Prototyping oder Rapid Manufacturing? Produkt: Bauteil weist alle in der Konstruktion festgelegten Eigenschaften auf (incl. Material) Prototyp: Bauteil wird aus einen anderen Material hergestellt als es konstruiert wurde.

21 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite 21 Begriffsvielfalt Solid Freeform Manufacturing (SFM): Herstellung von Festkörpern, die durch Freiformflächen berandet werden Desktop Manufacturing (DMF): Herstellung von Bauteilen in einer Büroumgebung 3D-Drucken (3DP): Analogie zum 2D-Drucken

22 2.3 Wie schnell ist Rapid? WS 2012/13 Generative Verfahren werden gerne mit rapid, also schnell gleichgesetzt. Damit soll ausgedrückt werden, dass sie schneller sind als Wettbewerbsverfahren. Historisch hat dies seine Berechtigung, weil die ersten Anwendungen aufgrund der Vermeidung des Werkzeugbaus deutlich schneller und auch billiger waren als traditionelle Verfahren. Heute stehen oft andere Eigenschaften der generativen Verfahren in Vordergrund, z.b. die Geometriefreiheit. Deshalb ist die Schnelligkeit nicht das alleinig ausschlaggebende Kriterium bei der Beurteilung generativer Verfahren. Rapid Prototyping Kap. 2 Seite 22

23 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite 23 Rapiding Mit dem Namenszusatz rapiding versehene Verfahren können, müssen aber nicht zwangsweise generativ sein. Es ist vom Nutzer im Einzelfall zu prüfen, was technisch hinter der jeweiligen Bezeichnung steckt. Rapid-Technologien (Rapid-Verfahren) Zusammenfassung aller Prozessketten, die Bauteile unter Verwendung generativer Verfahren herstellen.

24 2.4 Zuordnung der generativen Fertigungstechnik zu den Phasen der Produktentstehung Bild 2.3: Produktentwicklungsphasen nach VDI 2221 und ihre Zuordnung zum Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing, sowie zu deren Untergliederung. WS 2012/13 Rapid Prototyping Kap. 2 Seite 24