Additive Manufacturing & Rapid Prototyping – die Trends

Eine technische Revolution ist im Anmarsch: Additive Manufacturing stellt die Industrie auf den Kopf. Doch was ist Additive Manufacturing eigentlich, wo kommt es zum Einsatz und wie gestaltet es die industrielle Zukunft mit?

Die Themen hier im Überblick:

Additive Manufacturing & Rapid Prototyping – die Trends

Additive Manufacturing & Rapid Prototyping - die Trends

Additive Manufacturing & Rapid Prototyping – die Trends

Was bedeutet eigentlich «Additive Manufacturing»?

Fällt in der Industrie der Begriff Additive Manufacturing oder additive Fertigung, so bezieht er sich auf den 3D-Druck. Eine Hauptrolle spielt er im Rapid Prototyping, also bei der Herstellung von Anschauungs- und Funktionsprototypen. Doch auch für den Feinschliff bei Endprodukten (Rapid Manufacturing) oder für Werkzeuge und Formen (Rapid Tooling) ist das innovative Verfahren zuständig.

Rapid Prototyping (RP)

Wörtlich übersetzt bedeutet Rapid Prototyping nichts anders als schneller Modellbau. Und genau darum geht es der technischen Innovation. Sie zielt auf eine schnellere und einfachere Prototypenherstellung ab.

Die Idee: Schnell und günstig kommt ein möglichst massstabsgetreues 3D-Modell zustande. Dieses bildet entweder eine ganze Baugruppe oder einen kleinen Teil einer Baugruppe ab.

Rapid Prototyping geniesst ein hohes Ansehen in der industriellen Fertigung. Genau genommen gilt es sogar als eines der erfolgreichsten Anwendungsgebiete unter den additiven Fertigungstechnologien.

Der grosse Vorteil: Sowohl das Design als auch die Funktionalität eines Rapid Prototyps lassen sich aussergewöhnlich schnell, einfach und bequem überprüfen.

Umso kürzer fallen die Durchlaufzeiten der einzelnen Modelle aus. Und je kürzer die Durchlaufzeiten, desto niedriger die Produktionskosten.

Rapid Tooling (RT)

Beim Rapid Tooling (RT) liegt der Fokus auf der Herstellung von Maschinen- oder Fertigungswerkzeugen, die mithilfe von additiver Fertigung zu Leben erwachen. Der additive Formenbau reiht sich ebenfalls unter die RT-Aufgabengebiete. Dies gilt insbesondere für die Herstellung von Formeinsätzen für Spritzgussteile.

Die Werkzeugbranche macht dankend Gebrauch von Rapid Tooling. Aus gutem Grund: Traditioneller Werkzeugbau ist oft teuer, zeitintensiv und komplex. Da kommen additiv gefertigte Tools wie gerufen. Die schnelle Produktion, die kurzen Prozessketten und der minimale Materialverbrauch krempeln die gesamte Werkzeugbranche um.

Das grösste Plus: die überraschend niedrigen Produktionskosten.

Rapid Manufacturing (RM)

Beim Rapid Manufacturing (RM) dreht sich alles um die rasche und günstige Herstellung von Endprodukten. Innerhalb kürzester Zeit nehmen die einzelnen Bauteile Gestalt an und ergeben ein harmonisches Ganzes.

Die Besonderheit beim Rapid Manufacturing: Die 3D-Teile lassen sich mithilfe von selektiven Lasersintern oder der Stereolithographie direkt aus CAD-Daten gewinnen. Werkzeuge sind nicht mehr nötig. Und je weniger Werkzeuge benötigt werden, desto schneller geht der Produktionsprozess vonstatten.

Die Geschichte der additiven Fertigung

Die Geschichte der additiven Fertigung

Es war einmal …

Die Geschichte der additiven Fertigung

Gestehen wir uns ein: Noch vor 50 Jahren kannten wir den 3D-Druck nur aus Science-Fiction-Filmen. Das hat doch nichts mit der Realität zu tun, oder?

Wer hätte damals schon gedacht, dass Rapid Prototyping Verfahren ein halbes Jahrhundert später zum Alltag gehören?

  • 1990er Jahre

    Der Startschuss für die additive Fertigung fällt in den 1990er-Jahren.

    Die ersten 3D-Druckgeräte erblicken das Licht der Welt. Doch ihre Drucke sind alles andere als perfekt. Da ist noch Luft nach oben. Mit Hochdruck tüfteln industrielle Forscher an der Druckqualität – mit beneidenswertem Erfolg. Jahr für Jahr wächst die Qualität der 3D-Drucke über sich hinaus.

  • 1999

    1999 erzielt die 3D-Branche einen technischen Meilenstein

    – ausgerechnet in der Medizin. In den USA findet eine erfolgreiche Organtransplantation statt. Das an sich ist aber natürlich noch nichts Revolutionäres.

    Das Revolutionäre ist die Tatsache, dass das verwendete Skelett aus dem 3D-Drucker stammt.

    Erst später wird dieser 3D-Druck mit den eigenen Zellen des Patienten bedeckt. Nur ein Jahr später wartet bereits die nächste medizinische Revolution: Angesehene Forscher drucken eine echte, funktionierende Niere, die im Körper einer Ratte ein würdiges und langfristiges Zuhause findet.

    2008 gelingt der nächste Durchbruch: Mit dem Darwin-Drucker lassen sich nahezu alle Prototypen kopieren. Selbst eine Beinprothese klont der fortschrittliche 3D-Drucker ohne Probleme. Und das Beste: Die einzelnen Elemente müssen dafür noch nicht einmal miteinander verbunden werden.

    1999

  • 2011

    2011 kommt das erste Flugzeug aus dem 3D-Drucker

    – in nur einer Woche. Gleichzeitig erobert in Kanada ein neues umweltfreundliches Automobil den Markt, dessen Karosserie grösstenteils aus dem 3D-Drucker stammt.

  • Das Potenzial von Additive Manufacturing ist noch lange nicht am Ende.

    Ganz im Gegenteil: In naher Zukunft erwarten uns sowohl Zahnersatz als auch Ersatzteile aus dem 3D-Drucker. Und wer weiss? Vielleicht ziehen schon bald die ersten 3D-Lebensmittel in den Supermarkt von nebenan an. Die additive Fertigung ist schliesslich immer für eine Überraschung gut.

Geschichte und Entwicklung gehen weiter

Rapid Prototyping Verfahren: Was sind die Vorteile?

Rapid Prototyping Verfahren: Was sind die Vorteile?

Rapid Protoyping entwickelt sich

Rapid Prototyping Verfahren: Was sind die Vorteile?

Die neue Gestaltungsfreiheit

Geht nicht, gibt es in der additiven Fertigung nicht – zumindest fast nicht.

Dank des innovativen technischen Verfahrens lassen sich nahezu unendlich komplexe Geometrien herstellen.

Mehr Individualität bitte

Auf Wiedersehen Einheitsprodukte, willkommen Individualprodukte:

3D Prototyping stösst schlichte nullachtfünfzehn-Lösungen endlich vom Thron. An ihre Stelle rücken individuelle Lösungen, die sich flexibel an Bedürfnisse und Probleme anpassen.

Ein Beispiel?

Additiv gefertigt Herzklappen. Diese sind nicht nur hochkomplex, sondern auch noch hochflexibel. Nahtlos passen sie sich den persönlichen Bedürfnissen des Patienten an. So bekommt er genau die medizinische Lösung, die sein Körper verlangt.

Sparen leicht gemacht

Eines der Hauptargumente für Rapid Prototyping Verfahren ist der Preis. Denn Hand aufs Herz: Welches Unternehmen wird bei den Worten schnelle Produktionszeit, kurze Prozesskette und geringer Materialverschleiss nicht hellhörig? Noch nicht einmal Guss-Werkzeuge oder CAM-Programme sind beim 3D Prototyping nötig. Kein Wunder, dass sich die Kosten endlich in Grenzen halten.

Als Vorbild lässt sich eine bekannte spanische Grossbrauerei anführen. Sie nutzt die additive Fertigung zum Beispiel für ihre Werkzeuge und spart damit um bis zu 80 Prozent.

Rekordtempo

Die klassische Produktionskette setzt auf viele kleine Einzelschritte und diese vielen kleinen Einzelschritte kosten Zeit. Muss das denn sein? Nicht unbedingt, mit additiven Produktionstechniken fallen die zeitintensiven Zwischenschritte weg. Und zack, fertig ist der Prototyp.

Ein Luftfahrt-Forschungsprojekt zeigt, wie es geht. Dank Rapid Manufacturing produzierte es 500 präzise Bohrkappen in sportlichen 48 Stunden. Auf klassischem Weg hätte dies gleich mehrere Wochen gedauert.

3D Prototypen herstellen lassen – wohin geht der Trend?

Gute Neuigkeiten:

Ein aktueller Industriebericht sagt der additiven Fertigung eine rosige Zukunft voraus. Laut der Studie Additive Manufacturing Market – Forecasts from 2022 to 2027 darf sie sich auf ein jährliches Wachstum von 29,86 Prozent freuen. In Zahlen gesprochen: Bis 2027 soll der Gewinn durch Rapid Prototyping Verfahren von 10.459,014 Mio. US-Dollar im Jahr 2020 auf 65.148,103 Mio. US-Dollar ansteigen.

Besonders gross ist die Nachfrage nach additiven Herstellungsverfahren in der Automobil-, Gesundheits- und Fertigungsindustrie.

Doch auch die Elektronikindustrie meldet Bedarf an, insbesondere die florierende Unterhaltungselektronikindustrie im asiatisch-pazifischen Raum. Sie kann gar nicht genug bekommen von 3D-gedruckten Solarzellen, Leitern, Widerständen, elektronischen Leiterplatten oder dielektrischen und Halbleitertinten. Und das war noch lange nicht alles: Erst im Februar 2022 sprach das Ministerium für Elektronik und Informationstechnologie (MeitY) von einem neuen nationalen Plan für die additive Fertigung in Indien. Das Ziel: Die moderne Technologie soll die Zusammenarbeit zwischen der Regierung, der Forschung und der Lehre fördern. Nur so kann sich Indien innerhalb kürzester Zeit als ein starkes globales Zentrum für Design, Innovation und Implementierung für 3D-Druck etablieren.

Auch in den USA herrscht technische Aufbruchsstimmung. Markforged, ein öffentliches amerikanisches Unternehmen für additive Fertigungsprozesse, hat erst im September 2021 seine sogenannte Eiger-Flotte präsentiert. Das cloudbasierte Softwaresystem hat Grosses vor: Nachhaltig will es das Rapid Prototyping von Konzernen ausbauen und beschleunigen. Mitsubishi Electric tut es Markforged gleich. Im Februar 2022 brachte der renommierte japanische Automobilhersteller gleich zwei brandneue Versionen seines gelobten AZ600 Drahtlaser-Metall-3D-Druckers an den Start.

Doch die Studie betont natürlich nicht allein das wachsende Engagement für den 3D-Druck. Gleichzeitig hebt sie den starken Nachhaltigkeitsgedanken unserer Zeit heraus. Als Vorzeigebeispiel gilt hier Mitsubishi.

Die japanische Automarke lässt mithilfe von additiven Fertigungsmethoden Prototypen herstellen, um ihre CO2-Emissionen in der Metallfertigung spürbar zu reduzieren. Denn je weniger Material vergeudet wird, desto besser für Mutter Natur.

Aber nicht nur die alten Hasen der Weltindustrie wie Mitsubishi machen von Rapid Prototyping-Methoden Gebrauch. Auch Start-ups sind überzeugt. Glowforge, Mighty Buildings, NTopology, Multiple Labs und Additive Industries sind nur ein paar wenige dieser leidenschaftlichen 3D-Befürworter.

Endlich können sie schneller und günstiger Prototypen herstellen und ihre Visionen besser vermarkten. Denn je greifbarer ihre Ideen, desto höher die Bereitschaft der Investor*innen.

© industrie-produkte.ch, 20.3.2023, Autorenteam, Jana Winter

Weiterführende Tipps zum Thema Additive Manufacturing & Rapid Prototyping im Web

Rapid Manufacturing

Rapid Manufacturing (RM): Die Generativen Verfahren, auch bekannt als Rapid Prototyping Verfahren und deren zugehörige Materialien haben heute einen technischen Stand erreicht, welcher es erlaubt, die Technologie zu den Produktionsverfahren zu zählen. Allen voran die Stereolithographie (SLA) und das Selective Laser Sintering Verfahren (SLS).

KMU-Marketing-Blog.ch: Wie entsteht ein Produkt? Von der Produktidee zum fertigen Produkt

Die heutigen Kunden können von einer Vielfalt an Produkten auswählen. Diese werden massgeschneidert entwickelt, um individuelle Kundenbedürfnisse zu befriedigen. Gleichzeitig wächst das Bewusstsein für wichtige Schritte, die den Prozess der Produktplanung und -entwicklung begleiten. Darunter folgen ein paar praktische Hinweise. Mehr Infos auf KMU-Marketing-Blog.ch.

Buch-Tipps.ch: Spritzgiessen für Praktiker – Christoph Jaroschek

Spritzgiessen gehört zu den Themen, mit denen ich mich immer mal wieder beschäftige. Grund: Viele praktische Dinge wie ein Telefon, Haushaltgeräte, der Föhn etc. haben eine einzigartige Form. Für uns ist das alles selbstverständlich. Doch irgendwann habe ich mich gefragt: Wie entstehen diese Formen überhaupt? Wie funktioniert das Spritzgiessen, wie stellt man die Maschine ein, wie erzeugt man ein qualitativ hochwertiges Spritzgussteil? Mehr Infos auf Buch-Tipps.ch.

Raeber-Blog.ch: Vapor Smoothing – von A bis Z

Vapor Smoothing? Was ist das denn? Etwas was in der Kunststoffprototypen-Herstellung relevant ist – ja die übliche Qualität revolutioniert! Was ist das Geheimnis einer erfolgreichen Serienproduktion? Lange Zeiten waren es schnelle und effiziente SLS-Anlagen sowie eine grosse Materialvielfalt. Mehr Infos auf raeber-blog.ch.

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