Was ist der Unterschied zwischen 3D-Druck und Rapid Prototyping?

Definition von Rapid Prototyping (RPT)

Rapid Prototyping (RP), das Ende der 80er Jahre in die Fertigung eingeführt wurde, ist eine aufstrebende Technologie zur Materialbeschichtung und gilt als beeindruckender Durchbruch für diese Generation von Herstellern. Durch die Kombination von Maschinenbau, CAD-Konstruktionssoftware, Reverse-Engineering-Techniken, additiver Fertigungstechnologie, numerischer Steuerungstechnik, materialwissenschaftlicher Forschung und Lasertechnologien kann das Rapid Prototyping Designideen schnell in funktionale Prototypen umwandeln oder Teile direkt herstellen und so eine wirtschaftliche Methode für die Prototypisierung neuer Designs und die Validierung potenzieller Projekte bieten.

Definition von 3D-Druck

Der 3D-Druck entstand Mitte der 1990er Jahre als innovatives Verfahren zur schnellen Herstellung von Prototypen unter Verwendung von Technologien wie Lichthärtung und Papierlaminierung. Ähnlich wie beim herkömmlichen Druck werden die Drucker mit "Druckmaterialien" wie Flüssigkeiten oder Pulvern gefüllt. Sobald sie an ein Computersystem angeschlossen sind, können diese "Druckmaterialien" Schicht für Schicht aufgetragen werden, bis schließlich ein virtueller Entwurf in ein physisches Objekt verwandelt wird - dieses Verfahren ist als 3D-Stereolithographie-Drucktechnologie bekannt.

In der heimischen Medienbranche wird die Rapid-Prototyping-Technologie derzeit gewöhnlich als "3D-Druck" bezeichnet, da dieser Begriff anschaulicher und anschaulicher ist. Diese Terminologie bezieht sich jedoch nur auf einen Zweig des Rapid Prototyping - einige Rapid-Prototyping-Verfahren fallen unter den Begriff "dreidimensionaler Druck".

Unterschiede

3D-Drucker sind einfachere Formen von Rapid-Prototyping-Maschinen; sie erzeugen weniger Abfall und haben geringere Kapazitätsanforderungen.

Rapid Prototyping wird in der Automobil- und Luftfahrtindustrie seit langem als effiziente Methode zur schnellen Herstellung funktionaler Teile eingesetzt.

3D-Drucker sind in der Regel kleiner und tragbarer als ihre RP-Pendants, wodurch sie sich für Büroumgebungen eignen und weniger Strom und Platz benötigen. 3D-Drucker sind auf die Reproduktion von Objekten aus Nylon oder anderen Kunststoffen in kleinen Stückzahlen spezialisiert und produzieren daher kleinere Teile als ihre Vorgänger.
Rapid-Prototyping-Maschinen haben in der Regel einen Bauraum von mindestens 10 Zoll auf einer Seite, während 3D-Drucker in der Regel weniger als 8 Zoll in einer Dimension haben. Beide Technologien können jedoch alle Funktionen von Rapid-Prototyping-Maschinen übernehmen, z. B. die Validierung von Entwürfen, die Erstellung von Prototypen und die gemeinsame Nutzung von Informationen aus der Ferne.

3D-Drucker sind unglaublich benutzerfreundlich und einfach zu bedienen und zu warten, und es gibt auf dem Markt leicht erhältliche Bausätze, um sie selbst zu bauen. Sie sind billiger als professionelle Rapid-Prototyping-Maschinen und können sogar für weniger als $1.000 erworben werden; professionelle Rapid-Prototyping-Designs beginnen normalerweise bei $50.000.

3D-Drucker erreichen nicht die Präzision von Rapid-Prototyping-Maschinen, und ihre Materialauswahl kann aufgrund ihrer Einfachheit eingeschränkt sein.

Erkundung der Formgebungsprinzipien, Vorteile und Nachteile gängiger Rapid-Prototyping-Verfahren

1. Selektives Laser-Sintern (SLS)

Mit SLS-Anlagen ist es möglich, schnell speziell geformte Heißkanalsysteme für Metallformen und Spritzgussformen mit hoher Rockwell-Härte und Schmiedeleistung zu erstellen sowie spezielle und komplexe Funktionsteile mit schneller Fertigungsfähigkeit für kleine Chargen, die spezielle und komplexe Funktionsteile erfordern, direkt herzustellen. Die SLS-Technologie hat sich aufgrund ihrer schnellen Produktionsfähigkeit für solche Funktionsteile sowie ihrer vielfältigen personalisierten Kleinserienfertigung durchgesetzt - Eigenschaften, die dazu geführt haben, dass diese Technik in vielen Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, dem Militär, der Prüfung und Entwicklung von Automotoren, der Medizin usw. weit verbreitet ist.

2. Vakuum-Spritzgießen Rapid Tooling (VCM - Selektives Laser-Sintern)

Beim Vakuum-Spritzgießen, auch Vakuum-Spritzgießen genannt, wird eine Originalvorlage verwendet, um eine Silikonform unter Vakuumbedingungen herzustellen, bevor sie mit Polyurethanmaterial gegossen wird, wodurch eine exakte Nachbildung der Vorlage entsteht. Das Vakuumgießen hat sich zu einer der am häufigsten eingesetzten Technologien für die schnelle Herstellung von Werkzeugen entwickelt, mit denen Produkte hergestellt werden können, die technischen Kunststoffen ähneln und gleichzeitig verschiedene funktionelle Eigenschaften aufweisen.

Mit einer VCM-Silikonform können 20 Sätze von Produkten hergestellt werden. Diese Prozesstechnologie eignet sich besonders für die Nachbildung von kleinen und mittelgroßen Feinteilen, die in der Instrumenten- und Automobilproduktion verwendet werden. Die kurze Zeit, die niedrigen Kosten und die hohe Geschwindigkeit machen es außerdem zu einer effektiven Methode für die Herstellung von Produktversuchen.

Der allgemeine Prozessablauf umfasst 3DP/SLA Rapid Prototyping (Herstellung von Handmodellen und Reproduktion von Prototypen), VCM Vakuum-Spritzgießmaschine Rapid Mold Production, gefolgt von Small Series Replication und Produktion.

3. Niederdruck-Reaktionsspritzgießen (RIM)

Die Niederdruckinfusion (LPI) ist ein aufstrebendes Verfahren für die Herstellung schnell geformter Produkte. Nachdem das Zweikomponenten-Polyurethanmaterial gemischt und bei normaler Temperatur und niedrigem Druck in eine Schnellform gespritzt wurde, wird das Produkt durch chemische und physikalische Prozesse wie Polymerisation, Vernetzung und Aushärtung des Materials geformt. Durch die Verwendung von flüssigen Rohstoffen können RIM-Werkzeuge mit geringem Druck schnell die Formhohlräume füllen, wodurch die Schließkraft und die Werkzeugkosten im Vergleich zu herkömmlichen Methoden erheblich reduziert werden. RIM-Formen haben sich bei der Herstellung von großformatigen Teilen wie Stoßstangen, Armaturenbrettern und Heckklappen mit geringerer Schließkraft und geringeren Kosten bewährt; ihre Anwendungen reichen von Produktionsversuchen in der Automobilforschung und -entwicklung bis hin zu Instrumenten, kreativen Skulpturen und architektonischen Designprojekten und vielen anderen.

Der allgemeine Prozessablauf für das Rapid Prototyping mit SLS/CNC Rapid Prototyping umfasst die Herstellung von Handmodellen auf SLS/CNC-Rapid-Prototyping-Maschinen, die Herstellung von Rapid-Moulds mit RIM-Rapid-Moulding-Methoden und das Spritzgießen (Replikation oder Produktion von Kleinserien);

4. Numerische Computersteuerung (CNC)

CNC steht für computernumerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen und wird durch Programme mit symbolischen Anweisungen oder Steuercodes gesteuert, die in einen Computercode für die Werkzeugmaschine übersetzt werden. Durch Werkzeugschneiden können Rohmaterialien zu Halbfertig- und Fertigteilen verarbeitet werden. Seit der Entwicklung der ersten CNC-Werkzeugmaschine durch das Massachusetts Institute of Technology im Jahr 1952 hat sich der Einsatz von CNC-Werkzeugmaschinen in der gesamten verarbeitenden Industrie, einschließlich der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in militärischen Produktionsstätten, verbreitet, da sich die Technologie sowohl in Bezug auf die Hardware als auch auf die Software rasch weiterentwickelt hat.

Die CNC-Technik bietet gegenüber herkömmlichen Werkzeugmaschinen mehrere Vorteile: Digitalisierung, hohe Effizienz der Produktion und die Möglichkeit der Massenproduktion. Darüber hinaus ermöglicht die Digitalisierung die problemlose Bearbeitung von Werkstücken mit komplexen strukturellen Formen. Obwohl sie von einigen nicht streng als Rapid-Prototyping-Technologie eingestuft wird, wird sie von Branchenkollegen häufig als Rapid-Manufacturing-Technologie eingestuft.