Rapid Prototyping: Von Nischen-Innovation zum Industriestandard

Rapid Prototyping: Von obskurer Technik zum Mainstream-Service

Nicht so lange her schienen sowohl Rapid Prototyping als auch Rapid Manufacturing wie Science-Fiction-Begriffe. Heutzutage werden beide hochfrequent genutzt und stellen einen Standardweg dar, Teile schnell und kosteneffizient herzustellen.

Von 3D-Druckern bis zu Lasermikrofertigungsmaschinen hat Rapid Prototyping viele Mainstream-Formen angenommen. Die mathematischen Konzepte, die zu dieser Technologie führten, wurden von Professor Herb Voelker entwickelt, der in den 1970ern Informatik und Festkörpermodellierung erforschte und in den 1980ern Werkzeugmaschinen und numerische Computerprogrammierung studierte. Die Prinzipien wurden in den 1990ern von Carl Deckard auf eine Fertigungstechnik, das selektive Lasersintern, angewendet. So begann der technologische Evolutionspfad, der zu 3D-Druck, Lasermikrofertigung und Rapid Product Prototyping führte.

Bis vor kurzem waren diese Konzepte der Öffentlichkeit fremd. Heute sind einfache 3D-Drucker in Verbraucherläden erhältlich. Präsident Barack Obama lobte in seiner State of the Union Address 2013 die Fähigkeiten, das revolutionäre Potenzial und die Verfügbarkeit von Rapid Prototyping-Maschinen. Die Technologie ist nicht mehr obskur. Mehrere Techniken existieren nun und umfassen Stereolithografie, CNC-Bearbeitung, Spritzguss, Blechumformung, Aluminium- und Kunststoffextrusion und viele mehr.

Viele der heutigen Prozesse beinhalten ein 3D-Computer-Aided-Design (CAD) Modell. Dies wird oft in ein Stereolithografie-Modell umgewandelt und digital in Querschnitte geschnitten. Detaillierte Geometrie wird verwendet, um diese Schichten zu analysieren und die Daten in mechanische Aktionen zu übersetzen, die ein physisches Objekt formen.

Rapid Prototyping ermöglicht es Unternehmen, initiale Produktiterationen schnell zu entwickeln und zu testen. Das Konzept ist jedoch nicht auf Prototypen beschränkt. Viele Endverbrauchsprodukte werden auf diese Weise hergestellt, dank Techniken wie selektivem Lasersintern, das hochpräzise ist. Mikrobearbeitung und Mikrofertigungswerkzeuge werden durch Hochgeschwindigkeits-Femtosekundenlaser verbessert. Diese können einen sehr kleinen Bereich (so klein wie 1 Mikrometer) erhitzen, ohne umliegende Bereiche zu verändern. Die ultrahohe Präzision wird durch komplexe, synchronisierte optische und Bewegungssteuerungssysteme und spezialisierte Software weiter unterstützt.

Techniken wie ablative Lasermikrobearbeitung sind so weit gereift, dass sie für die Mainstream-Industrieproduktion geeignet sind. Rapid Manufacturing wird zur Herstellung von Kraftstoffdüsen und anderen Automobilteilen sowie OLEDs für Unterhaltungselektronik eingesetzt. Mikrofertigung erfolgt auch in drei Dimensionen. Additive Mikrofertigung ermöglicht Designern, Mikrostrukturen Schicht für Schicht aufzubauen, ohne Material von einem Festkörper zu entfernen. Eine effizientere Materialnutzung ist somit möglich, und Hersteller von Elektronik, Biomedizin und Dekorstrukturen profitieren. Mikroelektromechanische Systeme werden ebenfalls schneller produziert.

Rapid Prototyping und Manufacturing sind daher Mainstream in der heutigen technologischen, schnelllebigen Welt. Die Werkzeuge, um produktiv, effizient und wettbewerbsfähig zu sein, stehen Herstellern bereit. Vor nur Jahrzehnten begann die Arbeit von Experten, die zu gestrafften Produktprototyping-Prozessen führte, die heute in vielen Branchen verwendet werden.