Alles, was Sie über Rapid Tooling und Prototyping wissen müssen Februar 5, 2025Februar 4, 2025 Die Entwicklung und Herstellung von Werkzeugen und Prototypen kann eine schwierige Aufgabe sein. In einem hart umkämpften Fertigungsumfeld kann die richtige Fertigungsmethode darüber entscheiden, ob ein Pipeline-Projekt auf den Markt kommt oder nicht. Die Gründe dafür sind vielfältig, da traditionelle Fertigungsverfahren wie Spritzguss, Thermoformen oder Gießen große Herausforderungen mit sich bringen können: Hohe Vorlaufkosten zur Finanzierung von z. B. Prototypen, Formen oder Mustern. Lange Vorlaufzeiten (Wochen oder Monate), um die Teile von den Anbietern zu erhalten. Hindernisse bei der Produktentwicklung, die den Prozess verzögern und zu einem Wettbewerbsnachteil führen können. Heutzutage bieten Rapid Prototyping und Rapid Tooling mit industriellen 3D-Druckern eine zeitgemäße Möglichkeit der unternehmensinternen Fertigung, die schneller, kostengünstiger und autonomer ist. Werfen wir einen kritischen Blick auf diese moderne Fertigungsmethode. Vesta, ein weltweit führendes Unternehmen im Bereich nachhaltiger Energielösungen, stellt Werkzeuge für die Installation des Blitzschutzsystems her. Was ist Rapid Production Tooling? Rapid Production Tooling ist eine Technik zur Herstellung von Werkzeugen und Prototypen mithilfe der 3D-Drucktechnologie wie der Fused-Filament-Fabrication-Methode (FFF). Im Vergleich zum Rapid Prototyping, bei dem es um die Iteration von Teilen geht, konzentriert sich das Rapid Tooling auf die Herstellung von Werkzeugen wie Vorrichtungen, Halterungen, Formen, Mustern oder Matrizen. Diese Werkzeuge werden in traditionellen Verfahren verwendet, um anschließend die endgültigen Teile herzustellen. Das Rapid Production Tooling schließt eine wichtige Lücke zwischen dem Prototyping und der endgültigen Produktion von Endverbrauchsteilen. Laden Sie das eBook herunter und erfahren Sie, wie Ford seine Vorlaufzeiten für die Werkzeugproduktion um 94 % gesenkt hat. Welche Vorteile bietet der Einsatz von 3D-Druck für die Werkzeugproduktion? Es gibt mehrere Aspekte, die die Vorteile von Rapid Prototyping und Tooling mit der 3D-Drucktechnologie deutlich machen: 3D-Druck ist schneller. 3D-Drucker ermöglichen deutlich schnellere Produktionszeiten als herkömmliche Verfahren. Dies ist der Produktion im eigenen Haus, einem reduzierten Logistikaufwand und einer schnellen Technologie zu verdanken. Mit Rapid Tooling-Diensten dauert die Herstellung von Teilen lediglich Stunden oder Tage statt Wochen oder Monate. Diese Zeitersparnis ist für Produktentwickler wertvoll, um Design, Material und Benutzerfreundlichkeit zu überprüfen – und sie bei Bedarf anzupassen. 3D-Druck ist wirtschaftlich. Durch die schnellere Fertigung sinken die Gesamtentwicklungs- und Projektkosten. Insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Methoden wie der CNC-Bearbeitung sind die Anschaffungskosten für kleinere Stückzahlen oder Prototypen oft geringer. Auch komplexe Geometrien lassen sich mit Rapid Tooling einfacher und kostengünstiger herstellen. 3D-Druck hat Premiumqualität. Moderne industrielle 3D-Drucker ermöglichen qualitativ hochwertige Ergebnisse sowie Präzision und Konsistenz auf Produktionsniveau. Das Ergebnis: Es ist wenig bis gar keine Nachbearbeitung erforderlich. 3D-Druck ist flexibel. Ob Ingenieure bei der Prototypenentwicklung unterschiedliche Designs, Materialien oder Größen ausprobieren möchten oder Hersteller die Akzeptanz eines neuen Produkts auf dem Markt testen möchten, um ihr Produktangebot zu erweitern: Das Rapid Tooling ermöglicht dank der Flexibilität von 3D-Druckern die einfache Herstellung modifizierter Duplikate in kleinen Stückzahlen. Das spart wertvolle Zeit und Geld. 3D-Druck ist griffbereit. Industrielle 3D-Druckmaschinen sind in verschiedenen Größen erhältlich, sodass Ingenieure und Designer problemlos das richtige Format auswählen können, das ihren Anforderungen und dem verfügbaren Platz am besten entspricht. Dadurch, dass der 3D-Drucker im Haus verfügbar ist, können Sie problemlos damit arbeiten und die gedruckten Artikel sofort erhalten – anstatt wie bei herkömmlichen Herstellungsverfahren und Outsourcing wochenlang zu warten. Mithilfe des 3D-Drucks produziert der Automobilhersteller Ford Handvorrichtungen in 2–3 Tagen und Befestigungen werden über Nacht gedruckt. Dies wiederum ermöglicht Ford schnellere Innovationen und senkt die Kosten drastisch. Welche 3D-Druckmaterialien und -methoden eignen sich gut für den Werkzeugbau? Es gibt zahlreiche Materialien und Methoden, die für das Rapid Tooling mit einem industriellen 3D-Drucker anwendbar sind. Die folgende Tabelle ist nur ein kleiner Auszug. Materialien Methoden Kunststoffe Kunststoffe Photopolymere – durch UV-Licht ausgehärtet, für Prototypteile verwendet; ideal für das Soft-Tooling (z. B. schnelle Designtests) Stereolithography (SLA), Digital Light Processing (DLP), Continuous Liquid Interface Production (CLIP) Polyamide – Nylon mit starken, aber flexiblen Eigenschaften; ideal für harte Werkzeuge (z. B. höhere Produktionsmengen) Fused Filament Fabrication (FFF), Multi Jet Fusion (MJF), Selective Laser Sintering (SLS), Stereolithography (SLA) Kunststoffe Photopolymere – durch UV-Licht ausgehärtet, für Prototypteile verwendet; ideal für das Soft-Tooling (z. B. schnelle Designtests) Stereolithography (SLA), Digital Light Processing (DLP), Continuous Liquid Interface Production (CLIP) Polyamide – Nylon mit starken, aber flexiblen Eigenschaften; ideal für harte Werkzeuge (z. B. höhere Produktionsmengen) Fused Filament Fabrication (FFF), Multi Jet Fusion (MJF), Selective Laser Sintering (SLS), Stereolithography (SLA) Metalle Metalle Edelstahl – langlebiges Metall, das Hitze, Kraft oder Feuchtigkeit ausgesetzt ist Binder Jetting, Selective Laser Melting (SLM), Direct Metal Laser Sintering (DMLS) Kobalt-Chrom – wird für medizinische Prototypen und Produktionswerkzeuge verwendet Electron beam melting (EBM), Selective Laser Melting (SLM), Direct Metal Laser Sintering (DMLS) Metalle Edelstahl – langlebiges Metall, das Hitze, Kraft oder Feuchtigkeit ausgesetzt ist Binder Jetting, Selective Laser Melting (SLM), Direct Metal Laser Sintering (DMLS) Kobalt-Chrom – wird für medizinische Prototypen und Produktionswerkzeuge verwendet Electron beam melting (EBM), Selective Laser Melting (SLM), Direct Metal Laser Sintering (DMLS) Verbundwerk-stoffe Verbundwerk-stoffe Silikonkautschuk – flexibles Material für weiche Werkzeuge, das die einfache Entnahme von Prototypteilen ermöglicht Stereolithography (SLA), Fused Deposition Modeling (FDM), Multi Jet Fusion (MJF) Infiltrierte Metalle – Wolframkarbid verstärkt mit Nickel- oder Kobaltbinder für abriebfeste, präzise Oberflächen Binder Jetting (BJ), Metal Injection Molding (MIM), Selective Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM) Verbundwerk-stoffe Silikonkautschuk – flexibles Material für weiche Werkzeuge, das die einfache Entnahme von Prototypteilen ermöglicht Stereolithography (SLA), Fused Deposition Modeling (FDM), Multi Jet Fusion (MJF) Infiltrierte Metalle – Wolframkarbid verstärkt mit Nickel- oder Kobaltbinder für abriebfeste, präzise Oberflächen Binder Jetting (BJ), Metal Injection Molding (MIM), Selective Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM) Welche Werkzeugtypen profitieren vom 3D-Druck? Da die Liste der Typen, die vom 3D-Druck profitieren, umfangreich ist, konzentrieren wir uns hier nur auf die gängigsten. Werkzeug Verwendung Warum 3D-Druck 1. Gussform für Guss- und Spritzguss Gussformen bringen Materialien in die gewünschte Form, z. B. Metalle, Kunststoffe, Gummi. Ermöglicht die schnelle und kostengünstige Herstellung komplexer Gussformen, nützlich für Kleinserien oder Prototypteile. Materialien z. B. Fotopolymere, metallgefüllte Harze. 2. Vorrichtungen und Halterungen Werkzeuge zum Halten, Stützen oder Führen eines Werkstücks während der Fertigungs-, Montage- oder Inspektionsprozesse. Ermöglicht benutzerdefinierte Vorrichtungen und Halterungen mit komplexen Geometrien, die auf die Form der zu bearbeitenden Teile zugeschnitten sind, um den Produktionsprozess zu beschleunigen, Fehler zu reduzieren und die Genauigkeit zu verbessern. Erlaubt die Herstellung leichter und ergonomischer Werkzeuge, die besonders für Handgeräte nützlich sind. 3.Prototyping-Tools und Endverbrauchsteile Wird zum Testen und Validieren von Designs verwendet, bevor mit der Serienproduktion begonnen wird. Ermöglicht Herstellern, schnell funktionsfähige Prototypen oder Endverbrauchsteile zu Testzwecken zu bauen. Dies ist insbesondere in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Medizintechnik wichtig, wo Designiterationen ausgewertet werden müssen, bevor mit der Serienproduktion begonnen wird. 4. Thermoformwerkzeuge Wird in Prozessen verwendet, bei denen ein Material erhitzt und durch Pressen gegen eine Gussform in eine bestimmte Form gebracht wird. Ermöglicht die schnelle Herstellung von Gussformen mit komplexen Oberflächendetails, wodurch der Nachbearbeitungsbedarf verringert und die Qualität des Endprodukts verbessert werden kann. Ideal für Kleinserien oder Prototypen, bevor auf herkömmliche Werkzeuge für die Großserienproduktion umgestiegen wird. Vom Drucker auf die Rennstrecke – ein Praxisbeispiel 1. Eine große Gussform wurde 3D gedruckt und… 2. …als Laminierwerkzeug verwendet (beschichtet und nachbearbeitet)… 3. …für eine Verbundstruktur, beschichtet mit Kohlenstofffaserplatten… 4. …um das Endteil herzustellen (per Harzinjektion). 5. Das Ergebnis: Das Teil wurde als voll funktionsfähiges Stück in einem Rennfahrzeug verbaut. Welche Aspekte und Einschränkungen sollte man beim 3D-Druck für Werkzeuge berücksichtigen? Obwohl Rapid Prototyping und Tooling mit 3D-Druckern verschiedene Vorteile mit sich bringen, sollten Nutzer einige Herausforderungen berücksichtigen, die mit dieser Fertigungsmethode einhergehen. Kosten Das Wichtigste zuerst: Ein industrieller 3D-Drucker ist eine große Anschaffung, die hohe Anschaffungskosten (z. B. für Drucker, Materialien, Software, Service) mit sich bringt. Es wird einige Zeit – und mehrere Drucke – dauern, bis er sich amortisiert. Auf lange Sicht wird ein industrieller 3D-Drucker Geld sparen, da er eine flexible, sofort einsatzbereite Inhouse-Lösung ohne weitere große Ausgaben ist. Alternativ bieten Rapid-Tooling-Dienste Zugang zu erschwinglichen Rapid-Tooling-Lösungen. Sehen Sie sich das Webinar an, in dem Ford erklärt, wie es bereits nach 3 Drucken einen ROI erzielt hat. Haltbarkeit Mit additiven Verfahren hergestellte Teile können schneller versagen als solche, die mit konventionellen Werkzeugen hergestellt werden. Die Gründe dafür sind unterschiedlich: Materialbeschränkungen: Einige Materialien (z. B. Kunststoffe) haben eine geringere mechanische Festigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit als Metalle. Mehrlagige Struktur: Da 3D-gedruckte Werkzeuge Schicht für Schicht aufgebaut werden, gibt es schwache Schnittstellen zwischen den Schichten, die zur Delaminierung führen können. Thermische und mechanische Belastung: Teile aus additiver Herstellung mit einer schlechten Wärmeleitfähigkeit können bei Temperaturschwankungen reißen, sich verziehen oder schwächer werden. Im Hinblick auf die Lebensdauer eines Werkzeugs kann das Rapid Tooling durch schnelle Designzyklen und Iterationen die Gesamtkosten senken. Oberfläche Im Vergleich zu konventionell gefertigten Werkzeugen erfordert die Oberfläche von im 3D-Drucker hergestellten Teilen oft zusätzliche Aufmerksamkeit. Nach einer Nachbehandlung wie Polieren oder Schleifen erhalten die Werkzeuge und Prototypen jedoch eine plane Oberfläche. Ein Wendepunkt in der Fertigung Insgesamt haben das Rapid Tooling und Prototyping die Art und Weise verändert, wie Hersteller ihre Pipeline-Produkte planen, produzieren und auf den Markt bringen. Mit verschiedenen industriellen 3D-Druckern und Filamenten für unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten ermöglicht BigRep Ingenieuren und Designern, ihre Fertigungsziele erfolgreich zu erreichen, darunter: 3D-Drucker für Rapid Tooling und Prototyping Automatisierte Produktion im großen Maßstab bis zu 1 m3 Flexibilität bei Open-Source-Materialien Intelligente, benutzerfreundliche Softwarelösungen Weltweite Schulungen und Expertensupport auf Knopfdruck Was ist Ihr nächstes Werkzeugprojekt? Lassen Sie uns darüber sprechen und gemeinsam herausfinden, wie unsere industriellen 3D-Druckmaschinen Ihre Ideen Wirklichkeit werden lassen können. JETZT ANGEBOT ANFORDERN Über den Autor: Yücel Uzunoglu Gastautor Wenn Sie Yücel fragen, braucht jede gute Geschichte eine Hauptzutat: die Neugier eines 6-Jährigen. Die hat der Werbetexter auch nach über einem Jahrzehnt in der Kommunikationsbranche nicht verloren. Seine Geschichte geht nun bei BigRep weiter, wo der „Tausendsassa“ seine Neugier für den 3D-Druck mit Gleichgesinnten teilt.