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Ideen greifbar machen - Prototypen sorgen im Maschinenbau für schnell verfügbare Modelle, welche die Produktentwicklung beschleunigen, neue Konzepte anschaulich machen und Designfehler erheblich eliminieren. Neben Serienteilen hat igus viel Erfahrung mit der Produktion von Sonderteilen und Prototypen für die unterschiedlichsten Anwendungen in Bewegung und kann Sie bei Ihrem Projekt fachmännisch unterstützen.
Erfahren Sie mehr über den Prototypenbau mit igus
1. Rapid Prototyping: Laden Sie das 3D-Modell Ihres Funktions-Bauteils schnell und einfach in den online 3D-Druck-Service hoch. Hier sehen Sie sofort den Preis, die Lieferzeit, sowie die Materialauswahl. Außerdem wird parallel die Herstellbarkeit hinsichtlich Wandstärken und Bauteilgröße geprüft. igus verarbeitet im 3D-Druck ausschließlich die eigenen Gleitlagermaterialien, bei denen die Verschleißfestigkeit bis zu Faktor 50 höher ist gegenüber herkömmlichen 3D-Druckmaterialien.
2. Rapid Tooling (print2mold): Werden an das Material besondere Materialanforderungen gestellt, die mit den bestehenden 3D-Druck-Materialien nicht erfüllt werden können, kommt print2mold zum Einsatz. Außerdem wird print2mold gewählt, wenn Prototypen oder Vorserienbauteile aus dem späteren Serienmaterial bestehen sollen. Im print2mold Verfahren wird die Spritzgussform per additiver Fertigung aus Kunststoff oder Metall gefertigt, was bis zu 80% günstiger ist als herkömmlich hergestellte Spritzgussformen. Die so hergestellten Formen werden dann genutzt, um im Spritzguss Ihr Sonderverschleißteil ab 5 Werktagen herstellen zu können. Die Formen können für mehrere Aufträge verwendet werden, was eine weitere Kostenersparnis ermöglicht.
3. Rapid Manufacturing: Hat sich der Prototyp in Form und Material für Ihre Anwendung bewährt, können die gewünschten Bauteile mit dem für Sie am besten geeigneten Fertigungsverfahren nachbestellt werden. Dies kann Rapid Tooling (10 bis 10000 Stk), mechanische Fertigung aus Halbzeugen (10 bis 10000 Stk), regulärer Spritzguss (ab 3000 Stk) oder auch Lasersintern (1 bis 10000 Stk) sein. Wir beraten Sie gerne - igus unterstützt Sie bei allen Schritten der Produktentwicklung.
Mit „Matrix Charging“ hat Easelink, ein Unternehmen aus Graz, ein Ladesystem entwickelt, welches Elektroautos beim Parken über ihre Unterseite automatisch mit dem Stromnetz verbindet. Um die Anlage wirtschaftlich und zugleich hochwertig zu konstruieren, setzten die Konstrukteure auf additiv gefertigte Zahnrad-Prototypen aus igldiur Kunststoffen. Dank des 3D-Druck-Services von igus konnten Musterbauteile schnell bestellt, getestet und angepasst werden, bis die ideale Lösung gefunden wurde. Das besonders verschleißfeste und selbstschmierende SLS Pulver iglidur I6 eignet sich ideal für die Kontruktion von Zahnrädern, Ritzeln und anderen stark beanspruchten Bauteilen, die in der Regel regelmäßig geschmiert, gewartet und häufig ausgewechselt werden müssen.
Die über den 3D-Druckservice von igus bezogenen Gleitlager aus den bewährten iglidur-Werkstoffen ermöglichen uns durch die individuell gestaltbare Geometrie völlig neue Lösungsansätze für diverse Anwendungen in unseren Schneid- und Wickelmaschinen. Die gedruckten Bauteile werden mittlerweile auch in Serienkomponenten verwendet. Durch die in der Regel sehr kurzfristig verfügbaren Muster für Versuche können Neuentwicklungen außerdem schnell realisiert und erprobt werden.
Dipl.-Ing. Ulrich Vedder
Kampf Schneid- und Wickeltechnik GmbH & Co. KG
Die Spaltlampe beim Augenarzt muss sich sehr leicht bewegen lassen, die Achsen müssen dabei hochpräzise geführt werden, denn jede Unregelmäßigkeit teilt sich dem Arzt über das Mikroskop in 40-facher Verstärkung mit. Dafür hat das Unternehmen A.R.C. Laser in Zusammenarbeit mit igus eine individuelle Lösung erarbeitet: Aus dem iglidur J Halbzeug wurde ein Lager mit besonders dünner Wandstärke und Durchbrüchen für elektrische Leitungen gefertigt. Die intensiven Dauertests mit Prototypen, die A.R.C. über Monate durchgeführt hat, beweisen auch die Langlebigkeit des Präzisionslagers am Mikroskoparm.
Seit über 90 Jahren konstruiert das Unternehmen FELLA bereits Arbeitsmaschinen für Traktoren. Alle Schwader dieses Anbieters arbeiten ausschließlich mit der Kreiseltechnologie, die u.a. den Vorteil einer hohen Flächenleistung haben.
„Wenn es hier zu Schäden kommt, steht der Kreiselschwader. Und das darf während der Erntezeit auf keinen Fall passieren. Schon in der Erprobungsphase haben wir erkannt, dass wir eine zuverlässige Verdrehsicherung brauchten. Seit der Serieneinführung funktioniert das System reibungslos. Die Verdrehsicherung sorgt für einen hundertprozentigen Festsitz der Lagerbuchse in der Aufnahme. Die Reibpaarung stimmt, so dass wir davon ausgehen, diese Baugruppen noch über einen langen Zeitraum weiter einzusetzen“
Dipl. Ing. (FH) Jürgen Riedel, Konstrukteur
Definition Rapid Prototyping: Unter Rapid Prototyping wird im Maschinenbau die schnelle Fertigung von Musterbauteilen ausgehend von einem digitalen 3D Modell verstanden. Im allgemeinen Sprachgebrauch gehörte Rapid Prototyping früher zu den Überbegriffen für additive Verfahren, jedoch hat sich der Begriff insbesondere in der Produktentwicklung spezifisch als ein Verfahren für schnelle Designtests unter realen Bedingungen etabliert.
Vorteile von Rapid Prototyping:
Geschwindigkeit - schnelleres Feedback, schnellere Entwicklung, schnellerer Markteintritt
Wer zuerst kommt, mahlt zuerst - wer seine Produktentwicklungsprozesse optimiert, gewinnt im Wettlauf um innovative Lösungen. Mit Rapid Prototyping lassen sich neue Konzepte dank generativer Verfahren schnell und iterativ umsetzen, testen und unkompliziert anpassen. Designer und Stakeholder können den voll funktionalen Prototypen schneller und direkt in der Anwendung testen und Feedback geben, wodurch Zwischenschritte entfallen und das fertige Produkt früher als mit herkömmlichen Prototyping Methoden einsatzbereit ist.
Wirtschaftlichkeit - weniger Aufwand, weniger Fehler, weniger Kosten
Wer keine Anlagen braucht, kein spezielles Werkzeug herstellen lassen muss und keinen manuellen Aufwand betreibt spart Kosten. Rapid Prototyping basiert auf digitalen Modellen, die nicht aufwändig gelagert werden müssen und deren Anpassung keine Mehrkosten verursacht. 3D Modelle von Prototypen können schnell und kostengünstig als Einzelstücke oder Kleinserien von spezialisierten Dienstleistern hergestellt werden, die sowohl über die benötigte Expertise als auch über verschiedene Anlagen verfügen, um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen. Aber auch der Prototypenbau mit eigenen Anlagen kann sich bei häufigem Einsatz lohnen, da so die Herstellungszeit und die mit externen Dienstleistungen verbundenen Kosten wegfallen. Tests mit Funktionsprototypen oder technischen Prototypen bereits in der Entwicklungsphase senken das Risiko von Fehlern bei der Produktion der Endprodukte enorm, da Design, Material und Passform zu diesem Zeitpunkt bereits ausgiebig erprobt wurden.
Flexibilität - mehr Designfreiheit, mehr Optimierung, mehr Innovation
Dank additiver Fertigung und dem Rapid Prototyping Verfahren können Ideen und Konstruktionen umgesetzt werden, die früher entweder komplett undenkbar oder nur sehr schwierig umsetzbar waren. Auf diese Weise können innovative Lösungen schnell realisiert, getestet, optimiert und weiter entwickelt werden, bis sie so wie gewünscht funktionieren. Auch hinsichtlich der Materialauswahl eröffnen sich auf diese Weise zahlreiche neue Möglichkeiten, da Prototypen ohne viel Aufwand direkt aus dem benötigten Werkstoff oder aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt werden und in der Anwendung direkt miteinander verglichen werden können. Auf diese Weise ist es auch möglich direkt Prototypen aus mehreren Werkstoffen herzustellen, um direkt mehrere Funktionalitäten abzubilden.
Nachhaltigkeit - schnellere Prozesse, weniger Abfall, mehr Recycling
Generative Fertigungsverfahren produzieren im Gegensatz zu subtraktiven Verfahren deutlich weniger Abfälle und benötigen weniger Material. Während einige Verfahren es erforderlich machen Stützstrukturen zu bauen, die nach dem Druck entfernt werden müssen, kann das nicht verwendete Pulver z.B. bei Selektivem Lasersintern für weitere Prototypen wiederverwendet werden. Da mit Rapid Prototyping die Produktionsprozesse mit weniger zeitlichem und materiellen Aufwand verbunden sind, können die frei gewordenen Ressourcen für mehr Projekte verwendet werden.
--> Rapid Prototyping Verfahren
Mit welchem Verfahren die Prototypenfertigung erfolgt, hängt primär von den Anforderungen der Anwendung ab. Die mechanischen Eigenschaften eines Musters werden nicht nur durch das Material, sondern auch durch das Druckverfahren und die konkrete Umsetzung bestimmt. Auch Zeit und Menge der zu fertigenden Prototypen wirken sich auf die Wahl des Druckverfahrens aus.
SLS (Selektives Lasersintern)
Dieses Verfahren eignet sich sehr gut für die Fertigung von individualisierten Einzelteilen und Serien bis 10000 Stk. Bei diesem Verfahren schmilzt ein Laser Schicht für Schicht ein thermoplastisches Pulver, wobei das vorgegebene Modell entsteht. Prototypen, die in diesem Fertigungsverfahren entstehen, zeichnen sich durch besonders hohe Belastbarkeit aus. Es ist das bei igus meist verwendete additive Fertigungsverfahren, da Festigkeit, Präzision und Bauteilpreis überlegen sind. Zudem werden diverse Veredelungen, wie Einfärben oder Glätten, angeboten.
FDM (Fused Deposition Modeling)
Basierend auf speziellen Kunststoff-Filamenten, entstehen in diesem Verfahren besonders robuste Bauteile in kleinen Stückzahlen. Ein großes Vorteil des FDM Verfahrens ist die große Auswahl von Werkstoffen für besondere Anforderungen wie z.B. hohe Temperaturen oder Lebensmittelkontakt, sowie die vergleichsweise unkomplizierte Kombinierbarkeit unterschiedlicher Materialien bei der Produktion eines Prototypen. Mit diesem Verfahren können komplexe Geometrien nicht so flexibel abgebildet werden, wie mit SLS.
Rapid Tooling (print2mold): Spritzgussteile aus additiv gefertigten Spritzguss-Werkzeugen
Für industrial Prototyping, die Serienfertigung von Funktionsprototypen und bei besonderen Materialanforderungen, lohnt sich häufig die Herstellung mittels additiv gefertigtem Werkzeugs für den Spritzguss. Auf diese Weise kann auf eine größere Auswahl von Werkstoffen zurückgegriffen werden, da nicht jeder Kunststoff als 3D-Druck-Material verfügbar ist. Diese Technologie ermöglicht es einerseits technische Prototypen herzustellen, die mit dem Endprodukt weitgehend identisch sind, andererseits schränken die Besonderheiten des Spritzgussverfahrens die Designfreiheit im Gegensatz zu Prototypen aus dem 3D-Drucker ein. Die Spritzgussformen werden je nach Anforderung und benötigter Stückzahl aus Metall oder mit dem Verfahren Stereolithografie (SLA) aus Kunstharz gefertigt.
Subtraktive Verfahren: Halbzeuge
Aus Halbzeugen gefertigte Prototypen zeichnen sich ebenfalls dadurch aus, dass sowohl Werkstoff als auch mechanische Eigenschaften bereits im Teststadium abgebildet und in ihrer vollen Funktionalität getestet werden können. Bei diesem Verfahren wird Material mechanisch, zum Beispiel mit einer Fräse, abgetragen, um aus dem Rohmaterial das benötigte Werkstück zu fertigen. Der Vorteil bei dieser Technologie liegt darin, dass bestimmte Einschränkungen im Gegensatz zu 3D-Druck entfallen, wie zum Beispiel die minimale Wandstärke. Auch ist die Materialwahl beim Prototyping mit Halbzeugen größer als in der additiven Fertigung. Der Kostenvorteil bei diesem Verfahren liegt bei der Produktion von großvolumigen oder besonders einfachen Teilen.
Andere gängige Prototyping Verfahren
Während igus für die Herstellung von Kunststoffprototypen auf die oben genannten Verfahren zurückgreift, gibt es auf dem Gebiet der Prototypenfertigung verschiedene andere Verfahren für verschiedene Materialien, wie zum beispiel Vakuumguss, Contour Crafting, Laser Powder Forming, Space Puzzle Molding, Layer Laminate Manufacturing und Laser Powder Forming.
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