Bild 1: Grobe 3D Darstellung eines Modells mit dem schichtweisen Aufbau

3      Vor- und Nachteile

Die verschiedenen Fertigungsverfahren haben alle unterschiedliche Vor- und Nachteile.

Vorteile bestehen beispielsweise darin, dass Prototypen schnell und kostengünstig hergestellt werden können. Im Gegensatz zu anderen Herstellungsverfahren ist eine Kostenersparnis bis zu 50 % und eine Zeitersparnis bis zu 70 % möglich. Das hat zur Folge, dass das fertige Endprodukt früher auf den Markt kommen kann.

Die Musterwerkstücke haben große Freiheitsgrade, welche komplexe Formen ermöglichen, wie das nachfolgende Bild 2 darstellt.

Bild 2: Komplexes Designerkunststück, mit Rapid Prototyping hergestellt

Des Weiteren ist es mit Rapid Prototyping möglich, Prototypen ohne Überwachung herzustellen.

Die Fertigungsverfahren des Rapid Prototypings haben auch einige Nachteile. Durch den schichtweisen Aufbau des Werkstückes ist es nicht möglich, eine glatte Oberflächenstruktur zu erhalten, was sich in Treppeneffekten widerspiegelt. Somit haben die Musterwerkstücke nur eine eingeschränkte Genauigkeit.

Außerdem sind Kenntnisse im CAD-Bereich notwendig, um überhaupt ein 3D-Modell am Computer entwerfen zu können. Zur Fertigstellung des Prototyps können nur ausgewählte Materialien verwendet werden, wie z. B. Polymere, Metallpulver oder Thermoplaste.

Trotz der zahlreichen Nachteile sprechen die Vorteile für das Rapid Prototyping.

Ein Laser (1) schickt einen UV-Laserstrahl zu einem Scanner (2), der den Laserstrahl ablenkt. Dieser Laserstrahl trifft auf die flüssige photopolymere Schicht und härtet an dieser Stelle das Material aus. Nach der Aushärtung der ersten Schicht fährt die Plattform um den Betrag einer Schichtstärke, welche hier eine Dicke von etwa 0,02 mm aufweist, nach unten.

Ein Rakel (Wischer) (3) verteilt die nächste Schicht. Das geschieht alles in einer sehr hohen Geschwindigkeit und wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das Bauteil fertig ist.

Mit dieser Methode ist es möglich, jede Art von Form herzustellen. Anwendung findet sie zum Beispiel im Haushaltsbereich (Schüsseln, Messbecher, ..), oder in der Industrie (Gehäuse für Taschenrechner, ..).

Bild 3: Schematische Funktionsweise des Verfahrens der Stereolithografie

4.2      Selektives Lasersintern (SLS)

Selektives Lasersintern ist, genau wie die Stereolithografie, ein Verfahren um Prototypen mit wenig Zeitaufwand zu erstellen. Die Vorgehensweise richtet sich stark nach der Funktionsweise der Stereolithografie, siehe Bild 4. Der Unterschied besteht darin, dass der Prototyp aus einem pulverförmigen Ausgangsmaterial gefertigt wird.

Durch den CO₂ Laserstrahl wird das pulverförmige Ausgangsmaterial angeschmolzen und gesintert. Das ungesinterte Pulver (4) bleibt bis zur Fertigstellung im Bauraum und stützt das Modell (5) bei überstehenden Kanten. Nachdem das Pulver angeschmolzen ist, wird die Plattform um den Betrag der Schichtstärke nach unten gefahren.

Der Beschichter trägt nun eine neue Schicht des Pulvers auf, die anschließend gesintert werden kann. Diese Vorgänge wiederholen sich Schicht für Schicht, in einer hohen Geschwindigkeit, bis der Prototyp vollendet ist.

Da die Prototypen auch aus Metall hergestellt werden können, bietet sich ein Einsatz in der Medizintechnik an. Dort können zum Beispiel Knochenverlängerungen oder Zahnprothesen für Lehrzwecke entwickelt werden.

Bild 4: Schematische Funktionsweise des Verfahrens vom Selektiven Lasersinterns

4.3      Fused Deposition Modeling (FDM)

Fused Deposition Modeling (deutsch: Schmelzschichtung) ist ein günstiges und schnelles Verfahren um Prototypen zu erstellen. Wie bei jedem Rapid Prototyping Verfahren, bildet auch hier ein CAD-Modell die Basis. Bild 5 zeigt die Funktionsweise des Verfahrens. Auf einer Rolle befindet sich ein drahtförmiger Kunststoff.