Rapid Prototyping

Mit Einführung der CAD/CAM-Technologien und der starken Verbreitung von PC basierenden 3D-Programmiersystemen, ist die Möglichkeit der direkten Modellherstellung auf der Basis von Konstruktionsdaten gegeben. Diese Methode wird von den so genannten Rapid Prototyping Verfahren, ein Oberbegriff für die schnelle Herstellung von Modellen und Prototypen, konsequent genutzt. Primär kann beim Rapid Prototyping auf den Einsatz von Formen und Werkzeugen verzichtet werden, so dass eine wesentliche Kosten- und Zeitreduzierung bei der Prototypenfertigung erzielt wird. Neben dem erheblichen Potenzial durch die schnelle Verfügbarkeit von Prototypen ist auch die Möglichkeit zu kurzfristigen Änderungen während der Entwicklung gegeben.

Sämtlichen Verfahren zur Urmodellherstellung im Rahmen des Rapid Prototyping Prozesses ist der generelle Ansatz des schichtweisen Aufbaus von Bauteilen gemeinsam. Ausgangspunkt ist jeweils die Bereitstellung von Geometrien auf der Basis von CAD-Daten. Der Fertigungsablauf gestaltet sich in drei Schritten.

1. Ein Modell oder eine Modellkomponente wird auf einem 3D-CAD/CAM-System entworfen. Das Modell, das das physikalische Bauteil repräsentiert, muss durch geschlossene Oberflächen dargestellt werden. D. h. die Daten geben die innere und äußere Kontur wieder. Für Vollkörper entfällt die Angabe einer inneren Kontur, da die Äußere bereits eindeutig das einzuschließende Volumen darstellt.
2. Das Modell wird anschließend in ein Datenformat übertragen, das als STL-Format bezeichnet wird (STL bedeutet an dieser Stelle nicht wie oft angenommen »Stereolithografie« sondern »Standard Transformation Language«). Das STL-Format nähert die Oberflächen durch Polygone an, wobei für stark gekrümmte Flächen relativ viele Polygone notwendig sind, um eine ausreichende Näherung zu erhalten. STL- Dateien können hohe Datenmengen umfassen und somit den Datentransfer erschweren.
3. In einem dritten Schritt wird das Modell im Slice- Prozess in Schnittebenen zerlegt und sukzessive mit dem jeweiligen Verarbeitungsverfahren physikalisch aufgebaut.

Die verwendeten Werkstoffe, die bei den kommerziell verfügbaren Verfahren zur zeitreduzierten Modellgenerierung zum Einsatz kommen (Kunststoffe, Wachse, Papier) machen den Einsatz der so hergestellten Muster für Funktionstests nur bedingt möglich. Die Folge sind gießtechnische Nachfolgeverfahren, beispielsweise Kunststoff-Vakuumgießen mit Polyurethan- Gießharzen zur Herstellung von funktionsfähigen Prototypen in Kunststoff.