Rapid Prototyping bei FKM

Prototypen in Rekordzeit aus Kunststoff und Metall

Mit Rapid Prototyping per SLS (Selektives Lasersintern) und SLM (Selektives Laserschmelzen) erhalten Sie zeiteffiziente, funktionsfähige und belastbare Funktionsprototypen. Auf diese Weise werden Probleme und Schwächen entwicklungsbegleitend frühzeitig erkannt und das Design oder die Funktion kann entsprechend digital verändert werden. Durch Rapid Prototyping-Bauteile werden Projekte Schritt für Schritt realisiert, während gleichzeitig das Risiko von Fehlerquellen im Endprodukt und so auch das Investitionsrisiko minimiert werden.

FKM bietet schon beim Rapid Prototyping eine interessante Zusatzleistung, die über die reinen Additive Manufacturing-Verfahren hinausgeht: Das Mitdenken im Konstruktionsprozess des Kunden. Auch als Projektpartner.

Ob spezifikationsabhängige Empfehlung zur Werkstoffauswahl, Alternativen des Finishings oder Fertigmontage von Baugruppen – FKM unterstützt jede noch so „unmöglich“ erscheinende Idee mit SLS- und SLM-Lösungen und kümmert sich mit Leidenschaft um deren Realisierung. Das reduziert das Entwicklungsrisiko und sichert weitere Investitionsschritte.

Durch die einzigartige FKM-Fertigungskapazität und die den SLS- und SLM-Verfahren zugrundeliegenden technologischen Fertigungsvorteile ist echtes Rapid Prototyping – also schnelle Prototypen in absoluter Rekordzeit – nicht Ausnahme, sondern zuverlässiger Leistungsstandard.

Rapid Prototyping – unsere Leistungen

FKM Sintertechnik bietet ein breites Leistungsspektrum rund um additive Fertigungsverfahren an. Das Rapid Prototyping, das vor allem in der Entwicklung neuer Bauteile eine große Rolle spielt, ist ein Oberbegriff für verschiedene Technologien, mit deren Hilfe dreidimensionale Objekte und Werkstücke im aufbauenden Verfahren hergestellt werden. Auch diverse Schritte zur optimalen Nachbearbeitung zählen dazu. Zu unserem FKM-Leistungsportfolio gehören SLS, SLM, Rapid Tooling, die Nachbearbeitung der Werkstücke sowie 3D-Fräsen
und 3D-Kontrollscans. Unsere Kernleistungen im Rapid Prototyping liegen in den beiden Verfahren SLS und SLM.

Die Vorteile des Prototypenbau mit 3D Druck?

Rapid Prototyping ist ein Verfahren, bei dem möglichst schnell funktionsfähige Prototypen und verkaufsfertige Werkstücke dreidimensional hergestellt werden. Insbesondere bei der Entwicklung von neuen oder optimierten Formen und Bauteilen wird dieses Verfahren eingesetzt. Verschiedene Techniken, abhängig von den zu Grunde liegenden Ausgangswerkstoffen, sammeln sich unter diesem einen Begriff: Kunststoffe werden im selektiven Lasersinter-Verfahren, Metalle mittels selektivem Laserschmelz-Verfahren zu dreidimensionalen voll funktionsfähigen Werkstücken. Bereits 1987 wurde erstmals das gewerbliche 3D-Prototyping in den USA vorgestellt. Seitdem ist dieses Verfahren aus industriellen und medizinischen Bereichen nicht mehr wegzudenken und wurde immer weiter optimiert. Das Rapid Prototyping punktet mit einigen Vorteilen gegenüber der herkömmlichen Herstellung von Prototypen oder bei der Herstellung von Kleinserien.

Als erster Punkt ist die Geschwindigkeit der Herstellung zu nennen. Dadurch kann zeitnah eine Idee realisiert werden und bei Bedarf können in kurzer Zeit Veränderungen durchgeführt werden, bis das perfekte Produkt entstanden ist. Fehler und Schwachstellen können am realen Modell schneller entdeckt werden. Gleichzeitig wird der Materialeinsatz erheblich minimiert, denn dank des generativen bzw. additiven Aufbaus des Werkstücks entstehen weitaus kleinere Mengen an Materialabfall als bei der spanenden oder fräsenden Produktion. Das Pulver, das nicht zu einem Objekt verschmolzen bzw. gesintert wurde, kann beim nächsten Prototyping verwendet werden. Die verkürzten Produktionszeiten bei gleichzeitig geringeren Materialkosten sind wirtschaftlich also ein nicht zu unterschätzender Vorteil.

Rapid Prototyping Verfahren

Das SLS und SLM gehören zu unseren Kernkompetenzen. Beide Verfahren arbeiten mit der gleichen zugrunde liegenden technologischen Idee. Beides sind Schichtbauverfahren, die ein Objekt oder Werkstück aufbauend herstellen, im Gegenzug zu spanenden Herstellungsprozessen, bei denen Stücke aus einem Block herausgearbeitet werden.

Selektives Lasersintern

Selektives Lasersintern, kurz SLS genannt, ist ein additives Schichtbauverfahren, bei dem die Objekte schichtweise durch das punktgenaue Verschmelzen von speziellen Kunststoffpulvern entstehen. Dank dieses Verfahrens ist auch das Erschaffen komplizierter Geometrien möglich. Auch bewegliche Bauteile und innenliegende Hohlräume, wie sie beispielsweise konturnahe Kühlung notwendig ist, sind im SLS möglich. Nahtstellen entstehen nicht, denn die Werkstücke können, je nach Größe, in einem Arbeitsgang erstellt werden. Beinahe unbegrenzte Designfreiheit ist einer der Vorteile des SLS. Daneben auch Kosten- und Zeiteffizienz.

Selektives Laserschmelzen

Ein weiteres Leistungsangebot, das wir bieten, ist das Selektive Laserschmelzen, auch SLM (englisch: selective lasermelting) genannt. Hierbei werden verschiedene Metallpulver ähnlich wie mit Kunststoffen beim selektiven Lasersintern durch ein Schichtbauverfahren zu einem funktionsfähigen Objekt verschmolzen. So entstehen auch Werkstücke mit integrierten Funktionalitäten wie konturnahe Kühlkanäle. Auch filigrane und komplexe Geometrien können im SLM produziert werden. Die zugrunde liegende Technologie ist die gleiche wie beim Lasersintern, nur dass hier verschiedene Metalle die Grundwerkstoffe sind.

Rapid Prototyping Materialien

Bei FKM werden insgesamt 17 verschiedene Materialien beim Rapid Prototyping verwendet. Die Wahl richtet sich nach dem Einsatz des Endproduktes. Ist Zugfestigkeit, Flexibilität, Leichtigkeit oder sind Temperaturbeständigkeit sowie Bruchsicherheit gefordert?

Kunststoffe

Je nach Funktionalität und Einsatzzweck haben wir 10 verschiedene Kunststoffe. Diese liegen in Pulverform vor und werden dann durch das Lasersintern punktgenau aufgeschmolzen. Die verwendeten Kunststoffe sind:

• PA 12 weiß, natur und grau
• PA 12 GF (mit Glas)
• PA 11
• PA 6
• Alumide (PA 12 mit Aluminium)
• PA 12 FR (mit Flammschutz)
• TPU
• PEEK HP3

Metalle

Für das SLM, das Laserschmelzverfahren, bietet FKM Sintertechnik im Augenblick eine Auswahl von 7 Metallwerkstoffen an. Die unterschiedlichen Materialien erlauben eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten, je nach Einsatzgebiet. Selbst die Herstellung von additiv hergestellten Objekten für Bereiche, in denen diese Werkteile hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt sind – wie in der Luft- und Raumfahrt – ist dank spezieller Metalle machbar. Unsere Metalle sind:

• Aluminium AlSi10mg
• Edelstahl 1.4404 und 1.4542
• Werkzeugstahl 1.2709
• Inconel 718
• Kupfer CuNi2SiCr
• Cobalt-Chrom
• Titan Ti6Al4V

Anwendungsbereiche

Die Anwendungsmöglichkeiten des Rapid Prototyping sind vielfältig, da beinahe jede Form und Kontur realisierbar ist. Auch bewegliche und geometrisch komplexe Teile können hergestellt werden. In Rekordzeit entstehen werkzeuglos funktionsfähige Werkstücke bedarfsorientiert und forschungsbegleitend in der Industrie, dem Gesundheitswesen und der Automotivbranche sowie in der Luft- und Raumfahrt. Auch Architekten bedienen sich der Prototyping-Techniken, um verkleinerte Modelle von Entwürfen zu erstellen und Baukonstruktionen anschaulicher vorliegen zu haben. In der Planung von verschiedenen Flugzeugherstellern wird ebenfalls dieses dreidimensionale additive Druckverfahren eingesetzt. Besonders im medizinischen Bereich hat der Einsatz von 3D-Drucken großes Potenzial. So können Prothesen oder Implantate patientenspezifisch angefertigt werden. Auch in der Raumfahrt ist das Rapid Prototyping von unschätzbarem Wert, gerade was zukünftige Projekte angeht. Astronauten beispielsweise könnten Ersatz- und Bauteile irgendwann einmal selbst anfertigen, statt kostspielige Fracht von der Erde aus mitzunehmen.

Produktionsprozess

Am Anfang eines Prototypings steht immer die Idee, um entweder ein bestehendes Produkt zu optimieren oder um neue Ideen zu realisieren. Mit Hilfe von CAD wird das Bauteil zunächst digital erstellt und anschließend mit einem Rapid Prototypingverfahren gedruckt. Nach Bedarf können nun Veränderungen vorgenommen werden, bevor eine Kleinserienproduktion gestartet wird.

Wir prüfen oder erstellen die CAD-Daten und besprechen mit Ihnen die Realisierbarkeit Ihrer Idee. Dies erste Visualisierung bildet einen ersten wichtigen Schritt im Rapid Prototyping.

Stimmen die 3D-Visualisierungen, wird ein erster Prototyp in unserem Maschinenpark hergestellt. Ein Prototyp dient in erster Linie dazu, die realisierte Idee auf Fehler oder Unstimmigkeiten hin zu testen und zu untersuchen. Liegen die Toleranzen im akzeptablen Rahmen? Müssen Veränderungen in der CAD-Datei vorgenommen werden, etc? Wir erstellen so oft einen Prototypen, bis genau das Produkt entstanden ist, das Sie sich erdacht haben.

Ist ein Prototyp bis ins kleinste Detail optimiert, führen wir bei Bedarf nun den 3D-Druck von Kleinserien durch. Gerade bei hochspezialisierten Werkstücken ist ein Druck sinnvoller als zunächst Werkzeuge herzustellen, um dann die Kleinserie zu produzieren. Sie sparen Zeit und Kosten.

Wofür eignet sich das Rapid Prototyping?

Das Rapid Prototyping eignet sich insbesondere während einer Projektentwicklung. Durch das schnelle Ausdrucken von Modellen lassen sich potenzielle Fehlerquellen direkt erkennen, die CAD-Daten können entsprechend angepasst werden. Auf diese Weise erhält man am Ende ein voll funktionsfähiges ausgereiftes Werkstück. Unter realistischen Bedingungen können Funktionstests durchgeführt und die Passform überprüft werden. Das Arbeiten mit realitätsnahen Prototypen minimiert das Investitionsrisiko, denn das Endprodukt ist bereits voll tauglich.