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Von 2D zu 3D - Wie 3D-Printing das Prototyping revolutioniert

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Am Anfang steht die Produktidee. Mit mehr oder weniger konkreten Details versehen, wird sie zunächst "zu Papier gebracht" In den meisten Fällen wird diese Aufgabe von einem Konstrukteur oder Produktdesigner übernommen.

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Auf den ersten Entwurf folgt nun eine Litanei von Vereinbarungen und entsprechenden Anpassungen zwischen Auftraggeber und Träger. Es kann Wochen dauern, bis der erste Prototyp fertig ist...

Andreas Zeeh, Konstrukteur bei GETT, kennt dieses langwierige und manchmal nervenaufreibende Szenario nur zu gut. Was hat seine Arbeit bei GETT revolutioniert? Der Kauf eines 3D-Druckers von Formlabs! Wie er damit arbeitet und welche Erfahrungen er dabei gesammelt hat, bündelt er in Teil 2 der GETTKNOWLOGY!

Von der Idee zum Prototyp ... Wie 3D-Drucktechnologie hilft

Bei der Realisierung eines HMI-Projektes haben viele unserer Kunden bereits eine grobe Idee, mit der sie uns konfrontieren. So geben sie uns zum Beispiel einen bestimmten Bauraum, ein bestimmtes Design oder eine Funktion vor. Dann bin ich als Konstrukteur gefragt - denn wo ein Konstrukteur ist, da ist auch ein Weg.

So fängt es an...

Der Prozess beginnt mit einem 3D-CAD-Programm auf meinem Computer. Zuerst analysiere ich die Anforderungen und Spezifikationen und entwickle einen Lösungsansatz.

Auf dieser Grundlage beginne ich damit, die Anforderungen und Ideen des Kunden in 3D umzusetzen. Hier entstehen die meisten Hürden. Manchmal lassen sich bestimmte Dimensionen im Gesamtdesign nicht realisieren, die Kundenanforderungen ändern sich oder es ist nicht klar, welche Lösung für das Unternehmen des Kunden die beste wäre.

Ich muss auch darüber nachdenken, wie das Teil später in Serie produziert werden kann, und - last but not least - darf ich den Preis nicht aus den Augen verlieren. Oftmals bringt hier ein Kompromiss oder eine geringfügige Änderung der Konstruktion klare Preis-, Qualitäts- oder Montagevorteile.

In der Zwischenzeit stehe ich in engem Kontakt mit den Projektleitern, der Qualitätssicherung, der Produktion und natürlich mit unseren Kunden. Wenn eine Herausforderung oder ein besserer Ansatz auftaucht, heißt es "ab ans Telefon" und der Kunde wird informiert. Diese transparente und ehrliche Kommunikation wird sehr geschätzt. Zu diesem Zweck werden in der Regel 3D-Modelle ausgetauscht und das "Tischtennisspiel" beginnt. Dies geht so lange, bis alle Parteien mit dem Ergebnis zufrieden sind.

Bis dahin existierte die Lösung nur "auf dem Papier", was nicht ausreicht, um sie ausreichend zu bewerten. Deshalb ist es notwendig, erste Prototypen herzustellen, an denen verschiedene Tests durchgeführt werden können. Dies können Installations- und Montageversuche oder sogar ganze Funktionsmodelle sein.

Ein kurzer Blick in die Vergangenheit...

In der Vergangenheit mussten wir mit Prototypen einen langen, komplizierten und oft teuren Weg zurücklegen.

Das bedeutete, dass ich Datensätze für verschiedene Anbieter erstellen musste. Dazu gehörten Zeichnungen mit Toleranzen oder Prüfmaßen. Das Verfahren war sehr zeitaufwändig und führte zu hohen Kosten. Ich musste sicherstellen, dass der Prototyp realisierbar war, was natürlich von der Produktionstechnologie des Lieferanten abhing. Sollte zum Beispiel das Werkstück aus Aluminium gefräst oder das "Gehäuse" mit Fügetechnik hergestellt werden? Muss ein externer Prototypenhersteller konsultiert werden? …

Häufig war dann eine zweite oder sogar dritte Revision notwendig.

Alles in allem ein zu kostspieliges und zeitaufwändiges Unterfangen.

Alles in allem ein zu kostspieliges und zeitaufwändiges Unterfangen.

Seit wir unseren 3D-Drucker gekauft haben, hat sich das Blatt gewendet.

Jetzt kann ich mir ein 3D-Konzept nach den Wünschen und Vorstellungen des Kunden ausdenken. Hier kann ich mich auf bestimmte Details konzentrieren, die erst ausgewertet werden müssen.

Dank unseres 3D-Druckers sind meinen Möglichkeiten kaum Grenzen gesetzt. Ich kann mehrere Lösungen erstellen und darüber sprechen, indem ich Teile verwende, die man anfassen kann, nicht nur "auf Papier" Ich kann immer schnell und flexibel auf Änderungen reagieren.

Die "heiße Phase

Sobald meine Ideen ausreichend gut durchdacht sind, geht die Arbeit erst richtig los. Nun muss ich meine Lösung für das Kundenprojekt so modifizieren, dass sie auch für den 3D-Druck geeignet ist.

Ja, es ist wahr - mit dieser Produktionstechnologie sind Sie frei von Formen, aber nicht frei von Regeln. Welches Material? Gibt es dünne Bahnen? Welches ist die "sichtbare Seite"? Wo kann ich die Tragwerke platzieren? ...

Apropos Material... Ich habe eine große Auswahl an geeigneten Materialien für unseren 3D-Drucker von Formlabs. Derzeit sind mehr als 20 verschiedene Materialien verfügbar.

Je nachdem, was die Konstruktion erfordert, kann ich ein Material wählen, das einem PC/ABS ähnlich ist (in den meisten Fällen Kunststoff, z.B. für Fernbedienungen usw.) oder ein Silikon.

Da wir häufig Schaltelemente aus Silikon verwenden, ist z.B. das Material "Elastic" eine gute Alternative für eine schnelle erste Beurteilung von Schlüsselgeometrien und Taktilität.

Im nächsten Schritt konzentriere ich mich auf die Software. Formlabs hat ein spezielles Programm entwickelt, das es mir erlaubt, das, was ich zu Beginn im CAD-Programm erstellt habe, auf der Druckplattform zu platzieren und die notwendigen Stützstrukturen zu installieren.

Die Idee wird lebendig

Jetzt wird es ernst! Alle Daten sind verfügbar und werden jetzt auf den Drucker übertragen.

Nach einigen Stunden Druckzeit, je nach Komplexität des Drucks, kann ich das fertige Teil aus dem 3D-Drucker herausnehmen. Das Objekt wird nun in eine so genannte "Waschmaschine" gegeben

Nun fragt man sich natürlich:

"Was macht er mit einer Waschmaschine in einer Entwicklungsabteilung?"

Das "Wash" von Formlabs ist keine normale Waschmaschine. Sie ist mit Isopropanol gefüllt und wäscht das restliche Material (Harz) ab. Dieser Vorgang dauert nur wenige Minuten.

Danach nehme ich den Prototyp und lege ihn noch einige Minuten in die "Kur". Dies ist eine weitere Spezialmaschine, die zum Aushärten des Materials verwendet wird.

Schließlich befreie ich den Prototyp vorsichtig von seiner tragenden Struktur. Er ist nun fertig und kann zum ersten Mal eingesetzt werden.

Nie wieder ohne sie!

Mein Fazit zu den neuen Möglichkeiten des 3D-Drucks ist sehr positiv.

Ich kann jetzt Prototypen, die für den 3D-Druck geeignet sind, zu einem Bruchteil der Kosten und der Zeit erstellen, die zuvor erforderlich waren. Die gedruckten Teile eignen sich zur Bewertung verschiedener Designs und bestimmter Funktionstests sowie für frühe Testphasen.