Avantgardistische Kreationen in Titan gesintert

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1 ZEITSCHRIFT FÜR GENERATIVE VERFAHREN Avantgardistische Kreationen in Titan gesintert RAPID PRODUCT DEVELOPMENT Mit Power zum Prototyp Seite 18 Entwicklung und Design Seite 20 RAPID MANUFACTURING Titanguss vom Feinsten Seite 30 Akustisch perfektioniert Seite 36

2 HL Metall-Auswahl ohne Limit Edel- und Wkz.-Stähle Titan und T-Legierungen Aluminiumlegierungen Kobalt-Chrom Edelmetalle Inconel Technik Anlagenparameter -Dimension (cm): B165 x H190 x T170 - Gewicht : 800 Kg - E.-Anschluß: 400 Volt 3NPE 25A 50Hz - Schutzgas: N2 / Argon 4.6 2,5L/min b.5 bar - Bauraum (mm): 250 x 250 x 250(350) - Laser: 200W / 400W YTB-Faser-Laser - Baugeschwindigkeit: 5 bis 25cm³/h - Schichtdicke: 20 m m - Scangeschwindigkeit: max. 25m/s - Beamfocus: 70 m bis 300 m variabel

3 rapidx EDITORIAL 3 EINBLICK»Zwei Wahrheiten können einander nie widersprechen.«er hatte mit seiner Aussage recht, bekam es aber nicht: Galileo Galilei ( ). Wie der damalige Wissenschaftler der Renaissance, der Ketzerei beschuldigt, unter Androhung des Scheiterhaufens widerrufen musste, ist heute unvorstellbar. Damals waren die zwei häretischen Wahrheiten: Die Erde ist nicht der Mittelpunkt des Sonnensystems. Die Erde dreht sich um die Sonne. Zwei Wahrheiten sind heute auch gegeben. Die eine: Produkte werden individueller, schnelllebiger und in Kleinserien hergestellt, die Produktzyklen verkürzen sich. Die andere: Es muss schnell gehen wer als Erster am Markt ist, hat einen Wettbewerbsvorsprung, ja, kann Marktführer werden. Zwei Wahrheiten, die sich kaum widersprechen. Die Antwort ist Rapid Product Development mit generativen Fertigungsverfahren. Und so gehen wir es mit einer neuen, modernen Zeitschrift an. Auch wenn wegen des Wirtschaftsdesasters immer noch Investitionsvorbehalte da sind: Die Welt bleibt nicht stehen. Innovationen sind der Motor der Wirtschaft und Innovationen bietet rapidx. Dabei darf man das X als zwei Wahrheiten deuten: als Zeichen für alle generativen Fertigungsverfahren und als Unbekannte, die neue Rapid-Techniken bekannt macht. Das ist unser Anspruch zwar ambitioniert, aber wer keine Ambitionen mehr hat, gibt auf! Richard Fachtan, Chefredakteur Fachmesse und Anwendertagung für Rapid-Technologie Mai 2010 Der jährliche Treffpunkt für Praktiker, Entwickler und Visionäre mit: Anwendertagung Konstrukteurstag Fachkongress CAD/CAM und Rapid Prototyping in der Zahntechnik Fachkongress Medizintechnik

4 4 rapidx INHALT Akustisch perfektioniert Neue Wege in der Konstruktion und die SLM-Technik beschleunigen die Herstellung bester Tonabnehmer. 36 TITELSTORY 01/10 Titanische Kreationen: Nicht nur Schuhe, auch andere schicke Accessoires aus Titan sind realisierbar. Vorausgesetzt werden jedoch das geeignete Material und die richtige Lasersintermaschine. 30 Inhalt 01/10 Titanguss vom Feinsten Spezielle Titan-Links bringen die Tütenproduktion auf Hochtouren. Ein Feingussspezialist hat dazu die nötigen Silikonmodelle per RP produziert Mit Power zum Prototyp Multiprozessor-Support sowie leistungsfähige 64bit-Unterstützung bei 3D-CAD-Software sorgen für hohe und stabile Rechenleistung in der rapiden Produktentwicklung. Entwicklung und Design Die komplette Prozesskette aus Rapid Manufacturing und Rapid Tooling mit verschiedenen Technologien bildet ein CAD-Systemhaus mithilfe seines Produktportfolios ab.

5 rapidx INHALT 5 Bilder: EOS/Kerrie Luft, Solido3D, DTI, Tital RAPIDX IMAGE 12 Gesinterte Designlampe Kreative Möglichkeiten und Personalisierung RAPID TECHNOLOGIEN 14 Additive Manufacturing Normung und fertigungsgerechte Konstruktion RAPID PRODUCT DEVELOPMENT 18 Mit Power zum Prototyp Produktentwicklung benötigt stabile Rechenleistung 20 Entwicklung und Design Komplette Prozesskette aus RM und RT 22 Innovative Programme Software zur optimalen STL-Datenaufbereitung 24 Prächtiges fürs Motorrad Schnelle Scan-zu-CAD-Lösung für STL-Dateien RAPID MANUFACTURING 26 Titanische Kreationen Lasersintern ermöglicht außergewöhnliche Produkte 30 Titanguss vom Feinsten Silikonmodelle per RP gefertigt 32 Fertig zum Abheben Produktion von Luftfahrt-Bauteilen per Laser Cusing 35 Modelle aus dem Pulverbett Leichtbau-Lösung aus Keramik sind gefragt 36 Akustisch perfektioniert Neue Konstruktionswege für Tonabnehmer RAPID TOOLING 38 Harmonische Annäherung Lasergesinterte Werkzeuge im Kunststoff-Spritzguss 40 Wirtschaftliche Kleinserie Produktindividualisierung benötigt diverse Werkzeuge 43 Tischgerät mit Format Präzise Metallteile per Selective Laser Melting RAPID PROTOTYPING 44 Billiger Modelle produzieren 3D-Drucker baut günstig Design- und Konzeptmodelle STANDARDS 3 Editorial 6 Branche 46 Innovationen 49 Inserenten, Firmen 50 Vorschau, Impressum Schicht für Schicht. Dieser Anwenderleitfaden bietet Ihnen aktuelles Praxis-Know-how zur Auswahl und Anwendung geeigneter Rapid-Verfahren. Sie erhalten einen schnelllen Überblick über die verschiedenen Verfahren und Applikationen. Dabei werden unterschiedliche Anforderungen und Voraussetzungen berücksichtigt. Anhand praktischer Beispiele werden dann Einsatzmög - lichkeiten, Kostenaspekte und Problemfelder der einzelnen Anlagen und Technologien vermittelt. Zusätzlich bekommen Sie Tipps zur Auswahl der richtigen Technologie für verschiedene Aufgabenstellungen. So werden Sie in die Lage versetzt, eigenständig eine Aufwand/Nutzen-Betrachtung von Rapid Technologien für Ihre spezifische Fertigung durchzuführen. Zäh, Wirtschaftliche Fertigung mit Rapid-Technologien. ISBN ,90 Weitere Informationen und Bestellmöglichkeit im Internet unter

6 6 rapidx BRANCHE BESCHICHTUNG Edles Metall Zu den aufsehenerregendsten Fahrzeugen des Genfer Salons zählt das Konzeptfahrzeug Aston Martin Lagonda, das im Innenraum einige attraktive RP-Teile vorzuweisen hatte. Lagonda ist eine ehemalige Luxuslimousine von Aston Martin, die der Hersteller wiederbeleben möchte. Für den Innenraum wurden viele Teile per Rapid Prototyping gefertigt, die jedoch nicht als profane Kunststoffteile erscheinen sollten, sondern metallisiert wurden. Diese Aufgabe übernahm die britische 3DDC Ltd., die ein Metallisierungsverfahren für RP-Teile entwickelt hat. Die Teile wurden in diversen Verfahren hergestellt mit Stereolithografie (SLA), Fused Deposition Modelling (FDM), Polyjet sowie mit spanender Bearbeitung. Nach ersten Gesprächen lieferte 3DDC einige Muster der benötigten Teile mit unterschiedlichen Beschichtungen, die mit Metalise it aufgetragen wurden, dem speziellen Verfahren von 3DDC. Aston Martin entschied sich für eine hochglänzende Nickelschicht. Einige Teile wurden noch zusätzlich poliert, damit sie ähnlich wie Edelstahl aussahen. Der Farbton von Nickel ist wärmer als der von Chrom, was gut mit der übrigen Innenausstattung des Fahrzeugs harmoniert. Die endgültigen Teile wurden schließlich nach der Auf Hochglanz: Die britische Firma 3DDC metallisiert RP-Teile aller Art mit dem proprietären Prozess Metalise it. Bild: 3DDC Ltd Produktion bei Aston Martin geprüft, an 3DDC gesendet, dort metallisiert und wieder zurückgeschickt. Das gesamte Projekt wurde in nur drei Wochen abgewickelt. METALL-LASER-SINTERN Partner für Oberflächen Im Großformat: Auf der Messe Euromold zeigte der dänische Dienstleister Davinci das Modell einer Gebäudekühlanlage, das kurz darauf im Rahmen des Klimagipfels in Kopenhagen ausgestellt wurde. Bild: Davinci RP-DIENSTLEISTUNG Modelle für das Klima Auf der letzten Euromold stellte der dänische RP-Dienstleiter Davinci ein Modell vor, das bald darauf im Rahmen des internationalen Klimagipfels in Kopenhagen (Anfang Dezember letzten Jahres) ausgestellt wurde. Dabei handelte es sich um ein Modell im Maßstab 1:50, das eine energiesparende Kühlanlage zur Gebäudekühlung darstellt. Daneben war ein stark vereinfachtes Stadtmodell auf einer Fläche von 130 cm x 90 cm angeordnet. Hergestellt wurde das Modell mit SLS (selektivem Lasersintern) auf Basis von 3D-Daten des dänischen Engineering-Unternehmens Cowi. Davinci ist in Dänemark einer der führenden Anbieter von Prototypen, die in RP-Verfahren hergestellt werden. Das Produktionsspektrum umfasst SLA (Stereolithografie), SLS (selektives Lasersintern) und Polyjet (3D-Drucker von Objet). Auf der Euromold stellte Davinci zusammen mit Temponik aus, einem Partnerunternehmen auf dem Gebiet des Metallgießens von Aluminium, Magnesium und Zink. Per Joint Venture arbeitet EOS mit dem Schweizer Unternehmen Best in Class zusammen. Dieses Unternehmen hat das sogenannte MMP-Verfahren (Micro-Machining-Process) entwickelt, bei dem Werkstücke einer mechanischphysikalisch-chemischen Oberflächenbehandlung unterzogen werden. Dieses Verfahren ermöglicht die Präzisionsbearbeitung von Oberflächen, insbesondere bei Bauteilen, die durch Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS) hergestellt wurden. Bei DLMS ist EOS Marktführer. Im Zuge dieser Vereinbarung wird First Surface Ltd., ein Joint Venture zwischen EOS und Best in Class (kurz: Binc), zum Exklusiv-Anbieter des MMP in Großbritannien. Weitere Standorte in Europa sollen folgen. Das MMP-Verfahren findet Anwendung bei Uhren und Luxusgütern, eignet sich aber auch für Bereiche wie Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Formenbau und Motorsport. Durch die hohe Präzision lässt sich die Oberflächengüte von selektiver Rauheit bis hin zu spiegelartigem Glanz steuern. Bei den behandelten Teilen bleiben die Geometrien und die mechanischen Eigenschaften unverändert, die Kaltverfestigung wird minimiert, und das Verfahren ist auch für medizintechnische Teile zugelassen. Das Anwendungsspektrum reicht von Prototypen bis zu Serienprodukten. EOS will mit dieser Zusammenarbeit das Angebot im Oberflächenfinish erweitern.

7 rapidx BRANCHE 7 LASERSINTERN FEM-SIMULATION Einfache Handhabung Autodesk erweitert sein Portfolio um die FEM-Simulations- und Berechnungssoftware Algor. Mit dieser Software lassen sich auch komplexe Konstruktionen unter mechanischen und thermischen Belastungen und verschiedenen Randbedingungen berechnen. Dazu zählen Simulationsfunktionen wie Mechanical-Event-Simulation (Kinematik, Mehrkörpersimulation und andere), Strömungssimulation und Multi-Physics (zum Beispiel Strömung und Wärme gekoppelt). Hinzu kommen Tools für die Finite-Elemente-Modellierung, Materialbibliotheken und Werkzeuge zur Definition neuer Materialien. Damit soll es Algor ermöglichen, Konstruktionen in einer frühen Entwicklungsphase zu prüfen. Ein weiteres Merkmal ist der assoziative Datenaustausch mit verschiedenen CAD-Programmen. Durch einfache Bedienung soll die Software auch geeignet sein für Konstrukteure, die nicht regelmäßig FEM-Berechnungen durchführen. Zur Ausstattung gehören Analyse- und Simulationsfunktionen für lineare und nichtlineare Berechnungen, statische und dynamische Analysen, Strömungssimulation, elektrostatische sowie Multi-Physics-Simulation. Autodesk hat die CAE-Software Algor 2009 vom gleichnamigen Anbieter übernommen. Große Dimensionen Die Hofmann Innovation Group hat unlängst die bislang weltgrößte Anlage zum selektiven Lasersintern (SLS) in Betrieb genommen. Diese in Kooperation mit EOS entwickelte Anlage ist Teil der XXL-Kampagne von Hofmann, mit der sich das Unternehmen besonders bei Prototypen und Serienteilen mit großen Volumina oder Abmessungen profilieren will. Geschäftsführer Robert Hofmann sieht den besonderen Vorteil von SLS darin, dass sich mit SLS Modifikationen und Varianten schnell mit geringem Aufwand und ohne hohe Änderungskosten durchführen lassen. Die Kosten sind beim Lasersintern zwar höher als bei konventioneller Fertigung, sie sind jedoch konstant und unmittelbar aus den CAD-Daten berechenbar. Damit berge Kalkulation auf Basis des Lasersinterns deutlich geringere Risiken. Diesen Effekt sieht Robert Hofmann als besonders auffällig an bei großen Bauteilen, denn die Vorserienwerkzeuge kosten mehr, und die Entwicklungszeiten sind länger. Daher verbessert sich die Preis-Leistungs-Relation zugunsten des SLS. Gleichzeitig sind die Freiheiten in der Entwicklung bei definiertem Budget deutlich besser. Teile in XXL: Robert Hofmann, Geschäftsführer Hofmann Innovation Group, mit einer Instrumententafel als fertiger Baugruppe und den Laser-Sinter-Teilen aus einem Stück. Bild: Hofmann Schneller glätten: Mit dem neuentwickelten Laserpolieren lassen sich Formen bei mittlerer Qualität erheblich schneller polieren als manuell. Bild: FhG ILT LASERPOLIEREN Geduldsarbeit automatisiert Forscher am Aachener Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Polierarbeiten an Spritzgussformen automatisiert durchführen lassen. Diese Arbeit wird bisher zeitaufwendig manuell durchgeführt, da zur Bearbeitung der häufig nach innen gewölbten Formen noch keine geeigneten Maschinen zur Verfügung stehen. Beim neuen Verfahren wird kein Schleif- oder Poliermittel verwendet, sondern ein Laser. Der Laserstrahl schmilzt die Oberfläche etwa 50 bis 100 Mikrometer tief an. Die Oberflächenspannung sorgt dafür, dass das flüssige Metall gleichmäßig verläuft und geglättet erstarrt. Dieser Vorgang erfolgt in mehreren Durchläufen: beginnend mit 100 μm Umschmelztiefe, dann weiter mit abnehmender Tiefe. Durch Parameter wie Laserleistung und Verfahrgeschwindigkeit ist die Schmelztiefe einstellbar. Mit einer Oberflächenrauheit von etwa 50 Nm reicht die erzielbare Qualität zwar nicht an die Handpolitur mit 5 Nm heran. Jedoch ist diese Oberflächengüte für viele Zwecke und für die Formen für Standard-Kunststoffteile schon ausreichend. Mit etwa einer Minute pro cm 2 statt 10 bis 30 Minuten ist das Laserpolieren erheblich schneller als die manuelle Arbeit. Ein Prototyp der Laserpoliermaschine ist bereits vorhanden.

8 8 rapidx BRANCHE Berechnend: Durch die Übernahme von Transcat Kunststofftechnik kann Tsetinis + Partner jetzt Kostenberechnungssoftware für Teile wie auch Werkzeuge anbieten. Bild: Tsetinis + Partner SYSTEMDIENSTLEISTER Von der Idee bis zur Serie Ein Systemdienstleister für alle Bereiche des Rapid Product Developments (RPD) ist das Promod Prototypenzentrum. Durch das Zusammenwirken von Technologien und Verfahren zur schnellen Produktentwicklung wird die Zeitspanne zwischen der Idee und der Markteinführung eines Produktes verkürzt. Das Unternehmen berät konstruktiv und technisch bei der Bereitstellung von funktionalen Prototypenteilen sowie bei Vor- und Kleinserien. Das Dienstleistungsspektrum umfasst dabei die gesamte Prozesskette des RPD. Haltekonnektor: Prototyp per SLS-Verfahren mit dem Werkstoff PA 2200 gebaut. Bild: Promod KOSTENBERECHNUNG Tsetinis übernimmt Transcat Die Unternehmensberatung für Produktkostenoptimierung und Spezialist für Kalkulationssoftware, Tsetinis + Partner, hat die Mehrheit an der Karlsruher Transcat Kunststofftechnik GmbH übernommen. Die neue Tochtergesellschaft firmiert jetzt unter Tsetinis Tooling GmbH. Tsetinis + Partner berät Unternehmen aus der Automobilindustrie und anderen Branchen bei der Produktkostenanalyse und bietet darüber hinaus die Software Perfect Pro Calc für die Produktkostenberechnung an. Die jetzige Tsetinis Tooling GmbH wiederum offeriert mit Cal Card eine Kalkulationssoftware für Werkzeuge und verfügt über Kompetenz in der Werkzeugkostenoptimierung und im Rapid Prototyping. Die Übernahme der Werkzeug-Sparte in das Tsetinis-Portfolio soll eine ganzheitliche Unterstützung rund um die Kostenanalyse von technischen Bauteilen sowie auch den zugehörigen Werkzeugen ermöglichen. Neben den Synergien bei Dienstleistungen plant Tsetinis + Partner die Integration und Weiterentwicklung von Perfect Pro Calc und Cal Card. Damit wird künftig auch Cal Card datenbankbasiert sein und über Funktionen verfügen, die eine einheitliche Datenbasis ermöglichen. Mit dem Telefon zum Laser: Mit einer neuen, programmierbaren Applikation für das i-phone von Apple lassen sich Lasersysteme drahtlos steuern oder überwachen. Bild: Laser Zentrum Hannover LASERÜBERWACHUNG Drahtlos steuern In Zusammenarbeit mit dem Industriepartner Neolase hat das Laser Zentrum Hannover eine drahtlose Lasersteuerung mittels i-phone entwickelt. Neben der Steuerungsfunktion ermöglicht das System eine vom Ort unabhängige, vollständige Kontrolle des Lasersystems. Einsatzbereiche finden sich beispielsweise in der Überwachung von Laserparametern bei empfindlichen Prozessen oder auch in der Ferndiagnostik im Service. Dadurch lassen sich Lasersteuerungen mit mehr als hundert analogen und digitalen Ein-/Ausgängen sowie 30 PID-Reglern realisieren. Mithilfe der Software lassen sich frei programmierbare grafische Oberflächen entwickeln, die zur Ein- und Ausgabe von Laserparametern dienen und die über das Touchscreen-Display des i-phone betätigt werden.

9 rapidx BRANCHE 9 3D-Inspektion: Das Getriebegehäuse eines Formel-1-Autos wird mit der Geomagic-Software überprüft. Foto: Geomagic BÜRO IN DEUTSCHLAND ERÖFFNET Digitale Formerfassung Geomagic eröffnet ein neues Büro in München als Reaktion auf die zunehmende Nachfrage nach Geomagic-Software und -Dienstleistungen in Europa, dem Nahen Osten und in Afrika (EMEA). Vom neuen Büro aus wird das Unternehmen seine Kunden unterstützen, Training und technischen Support anbieten. Geomagic ist Softwarehersteller zur digitalen Formerfassung und Verarbeitung und ermöglicht es seinen Anwendern, genaue 3D-Modelle aus eingescannten Daten zu erstellen. Die Softwareprodukte vereinfachen und verbessern die Qualitätssicherung, beschleunigen das Produktdesign und die Flächenrückführung, vereinfachen die Analyse und erlauben Visualisierung und Export auf Basis von Punktewolken und Polygonen. QUALITÄTSSICHERUNG Vom CAD in den Projektor Ein Forscherteam des Instituts für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der TU München um Prof. Dr.- Ing. Gunther Reinhart hat ein neues Verfahren entwickelt, um bei Prototypen die Qualitätssicherung durchzuführen. Hierbei werden CAD-Daten aufbereitet und mit einem handelsüblichen Projektor auf das produzierte Teil projiziert. Das soll Abweichungen und damit Produktionsfehler sofort erkennbar machen. Da die einfache Projektion auf ein dreidimensionales Objekt normalerweise zu einer verzerrten Darstellung führen würde, gleicht ein neu entwickeltes Programm diese Verzerrungen vorher aus. Eine weitere Software behebt ein anderes Problem: Das Bauteil kann theoretisch in unendlich vielen Positionen ausgerichtet sein. Deswegen wird aus den Massedaten und der Form des Werkstücks berechnet, wie es unter Einwirkung der Schwerkraft auf dem Tisch zu liegen kommen muss. Der Prüfer muss das Bauteil dann nur noch so drehen, dass Projektion und Realität übereinstimmen. Die neue Anwendung ermöglicht teilautomatisierte und genaue Prüfungen innerhalb weniger Sekunden. In der Entwicklung neuer Geräte und der Qualitätskontrolle großer Lieferungen könnte diese Methode nach Erwartung der Entwickler eine enorme Zeitersparnis bedeuten. Darüber hinaus könnte das Verfahren überall dort zum Einsatz kommen, wo virtuelle Daten mit der Realität verglichen werden. NOTIZEN NEUE VDI-RICHTLINIE RAPID-TECHNOLOGIEN Für mehr Klarheit bei den verwendeten Begriffen und bei den Qualitätskriterien soll die neue Richtlinie VDI 3404 Generative Fertigungsverfahren Rapid-Technologien sorgen. Sie soll die Kommunikation zwischen Kunde und Lieferant (RP-Dienstleister) verbessern und zu einer verbindlichen Leistungsgestaltung und reibungsfreier Abwicklung beitragen. Inhaltlich setzt die Richtlinie fünf Schwerpunkte: Abgrenzung der generativen Verfahren von anderen Verfahren, Bewertung verschiedener generativer Verfahren, Qualitätsmerkmale der Verfahren, Prüfverfahren sowie Empfehlungen für den Umfang und Inhalt von Prüfungen und Liefervereinbarungen. SERVICE FÜR MUSTERTEILE Das Mikron Competence Center des Schweizer Maschinenbauers Mikron bietet jetzt die kurzfristige Herstellung von Prototypen und Musterteilen an. Die gewünschten Teile sollen in wenigen Tagen lieferbar sein. Grundlage der Fertigung sind das 3D-Modell des gewünschten Teils mit einer einfachen Zeichnung sowie die Angabe der Fertigungstoleranzen. Dieses Modell wird dann für die Bearbeitung optimiert. Danach erarbeitet Mikron ein Spann- und Bearbeitungskonzept, bestimmt die geeigneten Werkzeuge und führt die NC-Programmierung durch. Anschließend erfolgt die Produktion des Musterteils auf einer Mikron-Maschine Typ Multistep XT-200. Wenn die Serienfertigung auf einer Mikron-Maschine geplant ist, macht der Hersteller hierfür Vorschläge. Der Musterteil-Service soll für den Kunden auch dadurch einfach nutzbar sein, dass bei Mikron nur ein Ansprechpartner zuständig ist, der alle Abläufe koordiniert. SCHNEIDER PROTOTYPING EXPANDIERT Schneider Prototyping, Bad Kreuznach, hat im Januar 2010 den im süddeutschen Raum bekannten Prototypenbauer Modellbau Anton Altmann übernommen. Damit ist der Prototypenbauer nun neben seinen internationalen Niederlassungen in England, Ungarn, China und Israel an zwei Standorten in Deutschland aktiv: am Hauptsitz in Rheinland-Pfalz und im bayrischen Geltendorf bei Landsberg am Lech. Mit regional ansässigen Mitarbeitern will Schneider die Flexibilität und Marktnähe erhöhen. Mit der Erweiterung kommt Schneider Prototyping dem Ziel eines flächendeckenden Standortnetzwerkes, national und international, näher. Die 1991 gegründete Schneider Prototyping GmbH bedient mit derzeit rund 90 Mitarbeitern vorwiegend Entwicklungsabteilungen aus der Automobilindustrie und der Medizin-/Analysetechnik. Auf der Basis von CAD-Daten werden Muster und Prototypen aller Art aus verschiedenen Materialien in Kunststoff und/oder Metall gefertigt. Hierbei nutzt das Unternehmen auch Stereolithografie und Lasersintern.

10 10 rapidx BRANCHE Anwendung der Tetra-Shell-Bauform: Hier sieht man eine bronzefarbene, griechische Büste und das in Stereolithografie produzierte Gegenstück. Bild: Materialise FEINGUSSFORMEN Stabil durch Stereolithografie Der belgische Dienstleister für Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing Materialise bietet jetzt sogenannte Tetra- Shell-Bauformen für den Feinguss an. Für deren Generierung wird die Tetra-Shell-Software von DSM Somos verwendet. Sie erleichtert es, hohle, innenverstärkte Bauteile mit variabler Wanddicke zu erzeugen. Die Produktion erfolgt per Stereolithografie mit SL-Harzen von DSM Somos. Diese Formen sind vorgesehen als Alternative zu Wachsmodellen. Gerade die Kontrolle der Bauteilwandstärke ist für das Feingussverfahren wichtig: Um Spaltbildung im Keramikgehäuse während des Ausbrennens des Gussmodells zu verhindern, wird eine besonders geringe Bauteil-Wandstärke benötigt. Der Nachteil besteht darin, dass das Bauteil bei geringer Wandstärke zu Verformungen neigt. Um dies zu verhindern, nutzt die Software von DSM Somos die von der Milwaukee School of Engineering patentierte Tetra-Lattice-Struktur : Bei dieser werden geringe Materialmengen verwendet, um mit einer Gitterstruktur die hohlen Komponenten zu verstärken und so die Festigkeit des Bauteils deutlich zu verbessern. Bei Materialise ist dieses Verfahren auf den vom Unternehmen selbst entwickelten Mammut -Anlagen einsetzbar. Auf diesen lassen sich die weltweit größten Stereolithografie- Komponenten mit Abmessungen von bis zu 2150 x 680 x 800 mm fertigen, zum Beispiel Karosserie-Bauteile von Kfz- Prototypen. Die Kombination der Mammut-Anlagen mit Tetra Shell ermöglicht die Herstellung großformatiger Feingussmodelle mit hochwertigen, glatten Oberflächen. AUSBILDUNGSINITIATIVE RP für Hochschulen Die Organisation RM-Plattform arbeitet derzeit daran, Kenntnisse zum Rapid Manufacturing verstärkt in die Ausbildung einzubringen. Zu diesem Zweck erarbeitet das Netzwerk Konzepte zur Veröffentlichung relevanter Inhalte in den Lehrbüchern von Universitäten, Fachhochschulen und Berufsschulen. Im Fokus der akademischen Zielgruppen stehen dabei hauptsächlich Ingenieur- und Designstudiengänge, um sowohl das technische als auch das gestalterische Potenzial der Rapid-Technologien auszuschöpfen. Das Ziel der RM-Plattform ist es jedoch, das Wissen über Generative Fertigung als festen Teil von Forschung und Lehre nicht nur an den deutschen Universitäten und Fachhochschulen zu integrieren, die bereits auf diesem Gebiet tätig sind, sondern auch an allen anderen Universitäten und Fachhochschulen, die Maschinenbau und Konstruktion anbieten. SLS-SERVICE Leistungsvermögen erweitert Werkzeugbau mit Laser: bei LBC produzierte Werkzeugkomponente auf einer Bauplattform. Bild: LBC Seine Kapazitäten beim Lasersintern hat das LBC (Laser- Bearbeitungs-Center) in Kornwestheim ausgebaut. Seit Ende 2009 sind drei Maschinen des Typs EOS M270 für die Fertigung lasergenerierter Werkzeuge und Bauteile verfügbar. Durch diese Investition will LBC weiterhin kurze Lieferzeiten ermöglichen und auch größere Werkzeugprojekte für hochfachige Werkzeuge schnell umsetzen können. Mit diesem Ausbau ist das 2002 gegründete LBC nach eigenen Angaben der Dienstleister mit der größten Fertigungskapazität für lasergenerierte Werkzeuge in Europa. Neben dem Lasergenerieren mit Beratung und Konstruktion gehören zu den LBC-Dienstleistungen die 3D-Lasergravur zur Freiformflächen- Beschriftung und die Texturierung von Werkzeugen.

11 rapidx BRANCHE 11 Peter Ernst (l.) und Josef Faigle, Geschäftsführer bei Quality Analysis:»Wir stellen nicht nur Tomografie- oder Messdaten bereit, wir erarbeiten auf Wunsch auch Lösungen für gefundene Bauteilefehler.«Bild: Quality Analysis BÜCHER GENERATIVE FERTIGUNGSVERFAHREN. In der dritten Auflage dieses Fachbuchs von Andreas Gebhardt sind ausführliche Beschreibungen zu den Bereichen Rapid Prototyping, Rapid Tooling und Rapid Manufacturing enthalten. An die Adresse des Praktikers gerichtet, werden die allgemeinen Grundlagen der generativen Fertigungstechnik (Rapid Technology) behandelt und daraus die Eigenschaften und Besonderheiten der industriell verfügbaren Maschinen (Prototyper und Fabrikatoren) abgeleitet. Von der Datengenerierung bis zu den Abformverfahren wird der Weg der vollständigen Prozesskette praxisnah dargestellt. 516 Seiten, 99,- Euro. PRAXIS RAPID TECHNOLOGIEN. Das Buch von Volker Grießbach enthält eine systematische Darstellung folgender Punkte: die Darstellung und den Einsatz von Modellen, Mustern und Prototypen entlang der gesamten Prozesskette; die Definition der fünf Anforderungskriterien an Rapid-Technologien; Prinzipien der Schichtbauverfahren einschließlich der Schichterzeugung für die unterschiedlichen Technologien in einer Übersicht; Informationen zu Rapid- Werkstoffen und Werkstoffauswahl sowie ein System zur einheitlichen Kennzeichnung der Werkstoffe. 108 Seiten, 200,- Euro. QUALITÄTSDIENSTLEISTUNGEN Partikelprüfung in Nanometern Der Dienstleister Quality Analysis in Dettlingen/Teck bietet neben Prüf- und Messtechnik auf Basis der industriellen Computertomografie auch Services im neuen Geschäftsbereich Technische Sauberkeit an. Mit CT-Anlagen der Leistungsklassen 225 kv und 450 kv deckte Quality Analysis schon bisher ein breites Spektrum in der industriellen Computertomografie ab. Es reichte von Kleinobjekten aus Kunststoff und anderen Werkstoffen bis zu großen Leichtmetall-Gusswerkstücken. Mit der Rasterelektronenmikroskopie (REM) erweitert das Unternehmen sein Portfolio bis in den Nanobereich. Dabei sind zukünftig auch Elementanalysen nach dem EDX-Verfahren möglich (EDX: Energy Dispersive X-Ray). Die Prüfungen finden unter Reinraumbedingungen statt. Das Unternehmen kann damit Prüfungen nach allen gängigen Normen und Spezifikationen ausführen. Die Anmeldung zur Zertifizierung nach ISO-Norm für akkreditierte Prüflabore wurde bereits eingereicht. Bei Bedarf wird die Sauberkeit der Prozesse in Produktionsunternehmen vor Ort untersucht. Quality Analysis bietet seine Dienstleistungen an für Branchen wie Automobil, Kunststoffe, Leichtmetallguss, Pharma und Werkzeugbau. SIMULATIONSUMGEBUNG Für virtuelle Prototypen Die französische ESI Group hat Visual Environment, eine Simulationsumgebung für verschiedene Aufgaben, in Version 5.5 freigegeben. Visual Environment enthält Tools zur Gestaltung und Automation von Simulationsabläufen sowie zur CAD-Bereinigung und Netzgenerierung sowie den Visual Viewer für das Auswerten von Ergebnissen. Es lassen sich verschiedene Applikationen einbinden, insbesondere PAM Crash und Visual Crash Dyna für die Crash- Simulation. Für diesen Aufgabenbereich bietet das neue Release auch neue Funktionen. Hierzu gehört ein Tool zur Positionierung von Barrieren, auf die ein virtuelles Fahrzeug stößt. Ein weiteres Tool dient zum Vergleich zweier Modelle auf Basis von Merkmalen wie Fläche, Volumen und Masse. Änderungen an Fahrzeugen lassen sich damit schneller in die Simulation übernehmen. Der Visual Viewer wurde an aktuelle Schadensberichte und Sicherheitsvorschriften für Fahrzeuge nach US-Vorschriften angepasst. Version 5.5 erweitert auch die Möglichkeiten zur Einbindung anderer Software von ESI. So lassen sich mit Visual CEM elektromagnetische Tests mit 3D-Modellen für metallische Strukturen durchführen. Visual Composites bietet sich an als Werkzeug für die Simulation der Verarbeitung von Verbundwerkstoffen.

12 12 RAPID TECHNOLOGIEN rapidx IMAGE

13 RAPID TECHNOLOGIEN 13 GESINTERTE DESIGNLAMPE»Ich zeige nur die kreativen Möglichkeiten der Adaption und Personalisierung auf, welche die digitale Herstellungsweise hergibt«, so erklärt der Designer Lionel T. Dean seine Kreationen. Eine davon ist diese Lampe aus lasergesintertem Nylon, die für die Mailänder Design-Schmiede Kundalini hergestellt wurde. Damit setzt die Firma als Rapid- Prototyping-Hersteller einen wichtigen Meilenstein in der Designindustrie.

14 14 RAPID TECHNOLOGIEN Additive Manufacturing Rapid Prototyping oder Generative Fertigungstechnik waren schon immer eine Technologie, die wesentlich durch die Aktivitäten der Hersteller und Anwender vorangetrieben wurde. Das begann bereits mit der Entwicklung und Vorstellung der ersten Stereolithografiemaschine 1987 durch die Firma 3D Systems, USA, und findet seine Fortsetzung heute in Deutschland. Die eigentlichen Technologietreiber sind heute Hersteller wie EOS (Elektro Optical Systems, München), aber auch kleinere wie Concept Laser (Lichtenfels), Voxeljet Technology (Augsburg), Realizer (Borchen) oder Envisiontec (Gladbeck) sowie industrielle Anwender und Dienstleister. International sind es vor allem Objet Geometries (Israel) und Optomec (USA). Die Hochschulen stehen auf den ersten Blick dahinter eher etwas zurück. Bei genauer Betrachtung wird allerdings deutlich, dass sie den Start einiger der oben genannten Firmen begleitet oder gar erst ermöglicht haben und heute mehr denn je in die Entwicklung eingebunden sind. Forschungskooperationen zwischen Industrie und Hochschulen prägen das Bild. Bei der Integration des Additive Manufacturing oder der Verfahren der Generativen Fertigung in die industrielle Praxis spielen diverse Aspekte eine Schlüsselrolle so im Teil eins dieses Beitrags: Normung und fertigungsgerechte Konstruktion. KONTAKTINFO CP - Centrum für Prototypenbau GmbH Tel

15 RAPID TECHNOLOGIEN 15 Bilder: Realizer WICHTIGE WEB-LINKS 3D Systems, USA: Concept Laser GmbH: EOS GmbH (Elektro Optical Systems, München): Fruth GmbH (FIT): Objet Geometries Ltd. (Israel): Optomec (USA): Realizer GmbH: Voxeljet Technology GmbH: Europäische RM-Plattform: RM-Plattform Deutschland: Prof. Witt, Rapid Technology Center Duisburg: Prof. Emmelmann, Universität Hamburg-Harburg: html Prof. Drummer, Lehrstuhl für Kunststofftechnik: Prof. Schmidt, Lehrstuhl für Photonische Technologien: lpt.uni-erlangen.de Prof. Feldhusen (RWTH Aachen): Fraunhofer IPA, Stuttgart: Festo Didactic: NC-Gesellschaft: Messe Rapid Tech: Mitteldeutscher Kunststofftag: Selektives Laser-Schmelzen (SLM): Durch dieses Verfahren wurden diese Hohlstrukturen aus Gold direkt hergestellt. Deren minimale Wandstärke beträgt 150 Mikrometer. Nach dem Bauprozess mit Stützen (Bild oben) werden sie manuell poliert (Bild links). Seitdem sich vor einigen Jahren die Ausschreibungsstrategien der Förderprogramme geändert haben, sind Forschungsnetzwerke entstanden, die sich schließlich erst bei dem letzten Schritt in das Produkt zu bilateralen Beziehungen entwickeln, die vorzugsweise projektgebunden agieren und deren Ergebnisse dann von einem Hersteller als Produkt am Markt präsentiert werden. Diese Strategie hat Deutschland in den letzten 20 Jahren in eine führende Position auf dem Gebiet der generativen Fertigungsanlagen versetzt, die beispielsweise dadurch gekennzeichnet ist, dass hierzulande eine weltweit wahrnehmbare Kompetenz auf dem Gebiet der direkten Herstellung von Metallbauteilen vorhanden ist. Was tut sich also im Bereich Forschung und Entwicklung? Die großen und wichtigen Handlungsfelder sind schnell aufgezählt: Ausbildung und Normung, Entwicklung und Verbesserung von Materialien, Multi-Materialprozesse, Beschleunigung der Prozesse, Verbesserung der Oberflächen und Genauigkeiten, vor allen Dingen aber die Reproduzierbarkeit, Qualitätssicherung, Prozessbeobachtung und In-Process-Control. Jede zusammenfassende Darstellung muss zwangsläufig unvollständig bleiben. Das liegt nicht nur an der großen Anzahl der Akteure und ihrer unterschiedlich intensiven Beziehungen zueinander. Sondern auch daran, dass viele, vor allen Dingen größere Betriebe, auf diesem Gebiet tätig werden, sich aber in der aktuellen Diskussion nicht ständig zu Wort melden. Additive Manufacturing (AM) als neue Technologie gilt erst dann als etabliert, wenn verbindliche Standards dafür vereinbart sind, sie also angemessen genormt ist. Das liegt auch daran, dass die in der Normung aktive Industrie erst dann diesen Aufwand treibt, wenn eine Verfahrensfamilie auch ökonomisch einen gewissen Reifegrad erreicht hat. Die Normung des Rapid Prototypings hat in Deutschland schon Anfang der 1990er-Jahre unter dem Dach der NC-Gesellschaft (NCG, Ulm) erste Gehversuche unternommen, die in der zweiten Hälfte der 1990er-Jahre wieder aufgenommen, aber trotz eines Gründruckes einer NCG-Empfehlung nicht zur Norm wurden. Erst um 2006 gelang es, den VDI von der Notwendigkeit einer entsprechenden Richtlinie zu überzeugen. Unter Mitwirkung vieler Vertreter aus Industrie und Hochschulen entstand die VDI-Richtlinie 3404 Generative Fertigungsverfahren Rapid Technologien /1/. Ziel dieser Richtlinie VDI 3404 ist es, dem Anwender (Auftraggeber) und dem Hersteller (externen wie internen Dienstleistern) praxiserprobte Hinweise und Empfehlungen zu geben, die Kommunikation zwischen Kunde und Lieferant zu verbessern und so zu einer verbindlichen Leistungsgestaltung und einer reibungsfreien Abwicklung beizu-

16 16 RAPID TECHNOLOGIEN tragen. Der Weißdruck, von der Industrie aber wiederum nicht besonders gefeiert, erschien Davon wenig beeindruckt, vermutlich an den Geschehnissen in Deutschland auch kaum interessiert, hat die American Society for Testing and Materials (ASTM) in Zusammenarbeit mit der American Society of Mechanical Engineers (ASME), ein Komitee (Committee F42.91) gegründet und damit beauftragt, Standards für die sogenannte Rapid Technology and Additive Manufacturing Community (RTAM) zu formulieren. Dazu sollte zunächst die Terminologie erarbeitet werden. Das erste, zurzeit medial gefeierte Ergebnis ist eine Veröffentlichung (F2792, 9/2009) mit dem Titel Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies. Danach heißt die Technologie der Generativen Fertigungsverfahren nun Additive Manufacturing, kurz AM. Man ist so zwar dem Ziel näher gekommen, die Begriffsvielfalt um die im Gewand des Rapid Prototypings in den späten 1980er-Jahren erschienenen generativen Verfahren zu kanalisieren, hat sich aber auf eine eher ungeeignete Bezeichnung festgelegt. Additive Manufacturing bezeichnet in der angloamerikanischen Terminologie eine Teilmenge der Gesamtheit der Fertigungsverfahren, die in Additive, Subtraktive und Formative Fertigungsverfahren unterschieden werden (eine systematische Strukturierung entsprechend der deutschen DIN 8550 kennt man in den USA nicht). AM bezeichnet die Gesamtheit der Additiven Laser-Cusing-Verfahren: Hier ist die multiple Kleinserienfertigung einer Dental-Anwendung auf einem Bauteilträger realisiert worden. Fertigungsverfahren und schließt demnach beispielsweise das Laserbeschichten oder das Laminieren von Composits ein. AM ist aber nach ASTM F2792 gleichzeitig der Oberbegriff für alle Verfahren, die bisher unter Rapid...ing (Rapid Prototyping, Rapid Manufacturing etc.) subsumiert wurden, bezeichnet also eine Untermenge des Additive Manufacturing. Daneben werden weitere 18 Begriffe definiert, von denen einige eingetragene Markenzeichen sind, so zum Beispiel DMLS (Direct Metal Laser Sintering) für das Sinterverfahren von EOS. Es findet also keine Unterscheidung zwischen generischen- und Markennamen statt. Dies ist aber eine Grundanforderung an eine Norm. Es gibt auch einige handwerkliche Fehler. So wird der Begriff 3D-Printer definiert, aber nicht, was unter 3D-Printing zu verstehen ist. Gerade der Begriff 3D-Printing wäre dringend zu definieren. Einerseits bezeichnet er das (vom MIT, Boston, USA) patentierte Basisverfahren für Pulver-Binder-Prozesse mit Druckköpfen. Andererseits wird er mehr und mehr als Oberbegriff für die additiven Verfahren insgesamt verwen-

17 RAPID TECHNOLOGIEN 17 Bilder: Concept Laser, Festo-Didaktik Fin Ray : Ein nach den Prinzipien der Bionik entwickelter Greifer (Lasergesintert) zum Manipulieren von vielen unterschiedlichen freiformberandeten Körpern, wie zum Beispiel Glühbirnen. det, weil man (insbesondere Laien) 3D-Printing (als erweiterte Variante des 2D-Printings, das jeder vom Computerdrucker her kennt) viel schneller und einprägsamer vermitteln kann als Stereolithografie oder sogar Additive Manufacturing. Alle Kritik sollte letztlich an die ja noch tagenden Ausschüsse herangetragen werden. Dazu sind vor allem die deutschen Akteure aufgerufen, denn mit dieser Norm und ihrer weiteren Ausarbeitung werden wir alle leben müssen und vor allem wollen, weil eine auch international anerkannte Normung für die gesamte Branche notwendiger ist denn je. Die organisatorischen Orte dafür sind der VDI-Arbeitskreis und die Rapid- Manufacturing (RM)-Plattform Deutschland, ein Zweig der europäischen RM-Plattform, über die im Weiteren noch berichtet wird. Zuständig für die Normung ist Professor Witt, Universität Duisburg-Essen. Die Ausbildung in einer neuen Technologie ist zuerst Sache der Hochschulen. In viele Lehrpläne und zunehmend auch in einschlägige Fachbücher ist Additive Manufacturing, wenn auch mit der unterschiedlichsten Terminologie, bereits als das eingegliedert, was es ist: eine Fertigungstechnologie. Allerdings ist AM eine Querschnittstechnologie und taucht je nach Hochschule nicht nur in den Grundlagenvorlesungen der Fertigungstechnik auf, sondern auch in Spezialvorlesungen zur Kunststofffertigung, Gießereitechnik oder Lasertechnologie. Wenn dies mit den Grundlagen abgestimmt ist, ist es richtig und wichtig. Falls nicht, wird den Studierenden nicht die Fähigkeit vermittelt, die Verfahren des Additive Manufacturings richtig einzuordnen und ihre Bedeutung angemessen abzuschätzen. Während das Thema bereits auf den Technikerschulen und in einschlägigen gewerblichen Lehrbüchern präsent ist, wird es von einigen Hochschulen immer noch eher stiefmütterlich behandelt. Um die Ausbildung insgesamt zu ordnen und zu unterstützen, hat die RM-Plattform einen Zweig Ausbildung definiert, für den Professor Emmelmann, Universität Hamburg-Harburg, zuständig ist. Eine abgestimmte und optimierte Konstruktion berücksichtigt Vor- und Nachteile, Möglichkeiten und Grenzen für jedes Fertigungsverfahren. Dennoch ist man, vom Phänomen Rapid Prototyping kommend, beim Additive Manufacturing einen anderen Weg gegangen, der erst seit Kurzem korrigiert wird. Die ersten Rapid-Prototyping-Anwendungen (und das ist auch heute häufig noch der Fall) betrafen Konstruktionen, die für den Kunststoff-Spritzguss erstellt wurden und nach der Ausentwicklung auch so hergestellt werden sollten. Der Konstruktion lagen also die Regeln der Formteilkonstruktion zugrunde, und die Konstrukteure waren in deren Umsetzung erfahren. Rapid Prototyping erlaubte es dann, sehr schnell einen geometrisch exakten Prototyp aus Kunststoff herzustellen und damit die Konstruktion zu evaluieren. Die Bauteile waren zwar aus Kunststoff, ihre Eigenschaften wichen aber teilweise sehr von denen der späteren Spritzgussbauteile ab. Die weitere Entwicklung der Materialien verkleinerte diese Lücke, sodass heute generative Bauteile herzustellen sind, die spritzgegossenen gleichwertig sind. Was aber bleibt, ist ein Missverständnis: Additive Manufacturing ist kein Verfahren zur Substitution von Kunststoff- Spritzguss, Metall-Druckguss oder anderen traditionellen, nichtgenerativen Fertigungsverfahren. AM ist eine selbständige Fertigungstechnologie mit neuen, ungekannten Möglichkeiten, aber auch mit Schwächen. Das Schichtbauprinzip eliminiert Restriktionen, die für den Kunststoff- Werkzeugbau (und analog auch für den Metall-Druckguss) gelten. Entformungsschrägen, Trennfugen oder -flächen, Auswerfer, Schieber, durchgetauchte Kerne und Wandstärkensprünge sind konstruktiv keine Probleme mehr. Sowohl komplexe, spanend nicht herstellbare Bauteile, als auch innen hohle Schmuckstücke wie bespielsweise die abgebildeten (Seite 14) lassen sich problemlos herstellen. Diese Geometriefreiheit bildet auch die Basis für neue, ungewöhnliche und bisher nicht realisierbare Konstruktionen. Um diesen Vorteil vor traditionellen Fertigungsverfahren auch zu nutzen, ist eine intensive Auseinandersetzung mit den konstruktiven Perspektiven notwendig, die die Generative Fertigung eröffnet. Das Fraunhofer IPA, Stuttgart, widmet sich diesem Aspekt und führt integrierte Greifersysteme vor. Diese bestehen vorzugsweise aus einem Stück und nutzen zum Beispiel die Flexibilität des Kunststoffmaterials, um über konstruktiv integrierte Feder- und Dämpfungselemente komplexe Funktionalitäten zu realisieren. Auf der industriellen Seite haben Fruth (FIT) und Festo Didaktik solche integrierten, aus bionischen Untersuchungen abgeleitete Greifer (Bild oben) realisiert. Mit bionischen Ansätzen, vorzugsweise zur Modellierung von Knochenstrukturen, befaßt sich auch die TU-HH. Diese für Generative Verfahren elementar wichtige enge Verzahnung von Konstruktion und Fertigung muss für eine erfolgreiche Verbreitung in allgemeine Konstruktionsregeln überführt werden. Um diesen interdisziplinären Prozess zwischen Konstruktion und Fertigung zu fördern, hat die Rapid Tech, die Fachmesse und Anwendertagung für Rapid Manufacturing, Erfurt, einen kongressbegleitenden Konstrukteurstag ins Leben gerufen, der 2010 zum fünften Mal stattfindet und vom Mitteldeutschen Kunststofftag und den ihn tragenden Unternehmen und Instituten gestaltet wird. Systematische Ansätze gibt es auch von Professor Feldhusen (RWTH Aachen) und Professor Grothe (Uni Magdeburg). Andreas Gebhardt Artikel unter RX110212

18 18 RAPID PRODUCT DEVELOPMENT Mit Power zum Prototyp Am Ende des Entwicklungsprozesses steht bei vielen Unternehmen immer noch der Bau maßstabsgetreuer Musterbauteile. Zwar lassen sich diese Prototypen mithilfe von digitalen Analysen und Simulationen optimieren und somit ihre Anzahl reduzieren, dennoch wird dem Rapid Prototyping nach wie vor ein hoher Stellenwert beigemessen. Die Anbieter von 3D-Software tragen diesem Anspruch Rechnung. Fast alle auf dem Markt verfügbaren Programme bieten standardmäßig die für das Rapid Prototyping notwendige STL-Schnittstelle an. Der Formatname hat seinen Ursprung in der Stereolithografie und bedeutet so viel wie räumliches Drucken. Bei dieser Form des Rapid Prototyping werden die Modelle aus Duromeren oder Elastomeren schichtweise auf Basis der Konstruktionsdaten und unter Verwendung von physikalischen und/oder chemischen Effekten aufgebaut. Auch die 3D-CAD-Software Solid Works ermöglicht Anwendern per Knopfruck das Konvertieren ihrer 3D- Modelle in das STL-Format. Die Konvertierung führen Solid-Works-Benutzer einfach durch die Auswahl der Menüfunktion Speichern unter aus und legen die Rapide Produktentwicklung benötigt leistungsfähige 3D-CAD-Software. Diese bietet Multiprozessor-Support sowie 64bit-Unterstützung für große Datenvolumen und sorgt damit für hohe und stabile Rechenleistung. 3D-CAD-Software Solid Works: Sie konvertiert die Konstruktion (Bild oben) in das STL- Format (Bild unten). Aus den STL-Daten fertigen dann 3D-Drucker oder Lasersinteranlagen die gewünschten Prototypen oder Produkte sowie Anschauungs- oder Funktionsmodelle.

19 RAPID PRODUCT DEVELOPMENT 19 Bilder: Solid Works, Z Corporation Modelldatei anschließend unter dem entsprechenden Format ab. Dabei haben sie die Wahl, Teile und Baugruppen unter Verwendung des binären oder des ASCII-Formats als STL-Datei zu speichern. Beim Konvertieren wird die Oberfläche das 3D-Modells durch sogenannte Dreiecksfacetten aufgeteilt, die jeweils durch die drei Eckpunkte und das zugehörige Flächennormale des Dreiecks beschrieben sind. Die Darstellung gekrümmter Oberflächen erreicht über diese Dreiecksfacetten nur eine Annäherung. Grundsätzlich wird die Abweichung vom Originalmodell immer größer, je weniger Dreiecke die Oberfläche beschreiben. Umgekehrt bedeutet das: Je genauer der spätere Prototyp werden muss, desto kleiner werden die Dreiecke. Gleichzeitig steigt jedoch mit einer höheren Genauigkeit auch die Datenmenge an, selbst wenn binäre Dateien verwendet wurden. Diese sind zwar kleiner als ASCII-Dateien, werden aber nicht von jedem CAD-System unterstützt. Bei komplexen Teilen und Baugruppen eine echte Herausforderung für das CAD-System. Damit die Performance nicht in die Knie geht, eignen sich Lösungen wie die Solid-Works-Software, die durch ihren Multiprozessor- Support und 64bit-Unterstützung für große Datenvolumen die notwendige hohe und stabile Rechenleistung liefert. Eine Besonderheit der Solid-Works-Software ist zudem die Möglichkeit, sogenannte E-Drawings aus der STL-Datei zu generieren. Über den kostenlosen Viewer können Modellansichten einfach per verschickt und vom Empfänger mit Kommentaren versehen werden. Der Empfänger muss dabei keine CAD-Software auf seinem Rechner installiert haben, um die Datei öffnen und bearbeiten zu können. Die fertige STL-Datei geht im Anschluss meist an einen Stereolithografie-Dienstleister, der an dem Modell Stützkonstruktionen hinzufügt, je nachdem ob die Baugruppe überhängende Teile aufweist und diese beim noch warmen Material nach unten absacken könnten. Da der zeitliche Aufwand für die Erstellung von Stützen sehr hoch ist, sollte man ihre Anzahl minimieren. Zudem sind sie am Ende wieder zu entfernen. 3D-Drucker: Damit können Anwender die Rapid-Prototyping- Technologie nutzen. Als bürotaugliche Beispiele sind hier der 3D-Monochromdrucker Z-Printer 350 (links) und der Mehrfarbdrucker Z-Printer 450 (rechts) von Z Corporation zu sehen. Diese erzeugen Prototypen und Modelle mit einem Bauformat von 203 x 254 x 203 mm schnell (vertikale Bauhöhe: 20 und 23 mm/stunde) und hochauflösend (300 x 450 dpi). Ist die Baulage festgelegt, darunter fallen die Teilebauzeit, die Oberflächenqualität und die Teilegröße, werden über das Slicen die für den jeweiligen 3D- Drucker benötigten Steuerdaten generiert. In diesem Prozess werden die Dreiecke geschnitten, hieraus die waagrechten Schnitte in Z-Richtung berechnet und die 2D-Konturen erzeugt. Da sich die Anlagen aufgrund ihrer hohen Anschaffungskosten gerade für kleinere Unternehmen kaum oder nie amortisiert hätten, erfolgte das Rapid Prototyping bis vor einigen Jahren noch überwiegend über spezialisierte Dienstleister. Heute finden sich auch weniger kostenintensive 3D-Drucker auf dem Markt, die Modelle bis zu einer bestimmten Größe aufbauen können. Ein 3D-Drucker erstellt Schicht für Schicht dreidimensionale Bauteile aus STL-Datensätzen bis zu einer Größe, die von den Abmessungen des Druckers abhängig ist. Anwender können mit einem 3D-Printer in kurzer Zeit Konzept- oder auch Funktionsmodelle in verschiedenen Farben aufbauen. Kombiniert liefern die 3D-CAD-Software Solid Works und ein 3D-Drucker dem Anwender eine flexible Basis für seine Rapid-Prototyping-Vorhaben. Carola von Wendland Artikel unter RX KONTAKTINFO Solid Works Deutschland GmbH Tel

20 20 RAPID PRODUCT DEVELOPMENT Prototypen, Design- und Funktionsmodelle: Sie lassen sich nur dann schnell und kostengünstig direkt auf dem Schreibtisch erzeugen, wenn man die richtige Software und den dazu geeigneten 3D-Drucker hat. Entwicklung und Design Die komplette Prozesskette aus Rapid Manufacturing und Rapid Tooling mit verschiedenen Technologien bildet ein CAD/CAM-Systemhaus in seinem Produktportfolio ab. Das Ergebnis kann sich sehen lassen. Seit mehr als zehn Jahren versorgt Encee CAD/CAM-Systeme einen festen Kundenstamm in den Branchen Werkzeug- und Formenbau, Kunststofftechnik, Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Schmuckindustrie mit speziellen Angeboten für die Bereiche Industrie-Design, Rapid Prototyping, Konstruktion und CAM-Programmierung. Mit dem integrierten CAD/CAM-System VX lassen sich sehr einfach komplexe 3D-Bauteile entwickeln und erstellen. Die Software unterstützt den Anwender mit unzähligen Funktionen für die Freiformflächenerstellung sowie Baugruppen- und Variantenkonstruktion. Auch das Arbeiten mit Volumen ist kein Problem dank der Hybrid-Technologie UPG2 von VX. Die erstellte Geometrie kann anschließend mit der integrierten STL-Schnittstelle sofort für Rapid Prototyping ausgegeben werden. Auch ein Import von STL-Daten aus 3D Scannern stellt für VX kein Problem dar. Die STL- oder Scandaten lassen sich mit verschiedenen Morphing Tools (Verformungs- oder Verwandlungswerkzeuge, die freies zupfen und ziehen von Punkten auf Oberflächen ermöglichen) verändern und für einen weiteren Versuch optimieren. Das CAD-Paket VX Innovator soll bereits ab 995 Euro erhältlich sein.

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