Rapid Prototyping:Von obskurer Technologie zu einem Mainstream-Service

Rapid Prototyping:Von obskurer Technologie zu einem Mainstream-Service

Nicht das vor langer Zeit beides Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing schienen wie Science-Fiction-Begriffe. Heutzutage werden sie beide stark genutzt und stellen eine Standardmethode für die schnelle und kostengünstige Herstellung von Teilen dar.

Von 3D-Druckern bis hin zu Laser-Mikrofabrikationsmaschinen hat Rapid Prototyping viele gängige Formen angenommen. Die mathematischen Konzepte, die zu dieser Technologie führten, wurden von Professor Herb Voelker erdacht, der in den 1970er Jahren Informatik und Volumenkörpermodellforschung betrieben und in den 1980er Jahren Werkzeugmaschinen und numerische Computerprogrammierung studierte. Die Prinzipien wurden in den 1990er Jahren von Carl Deckard auf ein fertigungstechnisches, selektives Lasersintern übertragen. Damit begann der technologische Evolutionspfad, der zu 3D-Druck, Laser-Mikrofabrikation und Rapid Product Prototyping führte.

Bis vor kurzem waren diese Konzepte der Öffentlichkeit unbekannt. Heute sind einfache 3D-Drucker in Verbrauchergeschäften erhältlich. Präsident Barack Obama kündigte in seiner Rede zur Lage der Nation 2013 die Fähigkeiten, das revolutionäre Potenzial und die Verfügbarkeit von Rapid-Prototyping-Maschinen an. Die Technologie ist nicht länger obskur. Mittlerweile gibt es mehrere Techniken, darunter Stereolithographie, 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 Stereolithographiemodell umgewandelt und digital in Querschnitte zerlegt. Detaillierte Geometrie wird verwendet, um diese Schichten zu analysieren und die Daten in mechanische Aktionen zu übersetzen, die ein physisches Objekt bilden.

Rapid Prototyping ermöglicht es Unternehmen, die ersten Iterationen von Produkten schnell zu entwickeln und zu testen. Das Konzept ist jedoch nicht auf Prototypen beschränkt. Dank Techniken wie dem hochpräzisen selektiven Lasersintern werden auch viele Endprodukte auf diese Weise hergestellt. Mikrobearbeitungs- und Mikrofabrikationswerkzeuge werden durch Hochgeschwindigkeits-Femtosekundenlaser verbessert. Diese können einen sehr kleinen Bereich (so klein wie 1 Mikrometer) erwärmen und die umgebenden Bereiche nicht verändern. Die ultrahohe Präzision wird weiter durch komplexe, synchronisierte optische und Bewegungssteuerungssysteme und spezielle Software unterstützt.

Techniken wie die ablative Lasermikrobearbeitung sind so ausgereift, dass sie für die industrielle Mainstream-Produktion geeignet sind. Rapid Manufacturing wird zur Herstellung von Kraftstoffeinspritzdüsen und anderen Automobilteilen sowie OLEDs für die Unterhaltungselektronik eingesetzt. Mikrofertigung findet auch in drei Dimensionen statt. Die additive Mikrofertigung ermöglicht es Designern, Mikrostrukturen Schicht für Schicht aufzubauen, ohne Material von einem festen Objekt zu entfernen. Eine effizientere Nutzung von Materialien ist daher möglich, und Hersteller von elektronischen, biomedizinischen und dekorativen Strukturen profitieren davon. Auch mikroelektromechanische Systeme werden immer 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 den Herstellern leicht zur Verfügung. Vor nur Jahrzehnten begann die Arbeit von Experten, die zu optimierten Produkt-Prototyping-Prozessen führte, die heute in vielen Branchen eingesetzt werden.