Nach dem Erhärten des Kunststoffes fährt die Trägerplattform um den Betrag einer Schichtstärke von 0,025 mm bis 1,25 mm herab. Bei überstehenden Bauteilen wird zusätzlich eine Stützkonstruktion aufgetragen, damit sich diese Teile nicht verformen. Diese Vorgehensweise wiederholt sich so oft, bis das Modell fertiggestellt ist.

Dieses Verfahren findet man auch wieder im medizinischen Sektor. Es ist möglich, menschliche Strukturen, wie Skelette, nachzubilden, um zum Beispiel Unfallverletzungen zu untersuchen. Auch in der Fahrzeugindustrie findet Fused Deposition Modeling seine Anwendung. Es können Armaturen, Lenkräder oder Felgen hergestellt werden.

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Bild 5: Schematischer Aufbau eines FDM Prototypers

4.4 Laminated Object Modeling (LOM)

Auch bei dem Verfahren Laminated Object Modeling können Werkstücke schnell und kostengünstig hergestellt werden. Diese Methode ermöglicht eine Herstellung besonders robuster Teile. Da diese Prototypen sehr groß sind, finden sie keinen Platz in normalen Büroräumen. Die Funktionsweise wird anhand von Bild 6 gezeigt.

Wie bei einem alten Schreibmaschinenband läuft hier auf zwei Rollen eine Kunststofffolie über einer Trägerplattform. Ein Laserstrahl wird mithilfe eines Spiegels in X und Y Richtung abgelenkt und trifft auf die Kunststoffoberfläche. Der Strahl schneidet nach Vorlage eines 3D-Modelles, das mit CAD vorher entworfen wurde, die Folie aus.

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Da diese Methode sehr robuste Prototypen herstellt, findet man es fast in jedem Anwendungsbereich wieder. Es wird gern im Maschinenbau oder in der Fahrzeugtechnik angewandt. Dadurch kann gleich geprüft werden, ob ein vorher erstelltes Zahnrad für seine Bestimmung richtig entworfen wurde.

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Bild 6: Schematische Funktionsweise des Laminated Object Modeling Prototypers

4.5 3D Printing (TDP)

3D Printing ist ein Bindeverfahren, bei welchem Kunststoffpulver mit einem Binder verklebt wird. Bei dieser Methode können auch Metallpulver oder Keramikpulver eingesetzt werden. Die Funktionsweise eines solchen Prototypers wird in Bild 7 verdeutlicht. Als Ausgangsmodell dient wieder eine CAD-Datei, die an den Prototyper gesendet wird.

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Bild 7: Schematische Funktionsweise eines 3D Printing Prototypers

Im Zufuhrbehälter befindet sich das Pulver, aus dem später das Modell entstehen soll. Eine kleine Plattform (im Bild links) drückt eine bestimmte Menge des Pulvers nach oben und die Walze verteilt das Pulver auf die große Plattform im Aufbaubehälter, die sich zunächst am oberen Rand des Aufbaubehälters befindet.

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Der Binder wird wieder mit dem Druckkopf verteilt und bindet sich mit diesem Pulver und der vorherigen Schicht. Das nicht gebundene Pulver im Aufbauraum bleibt bis zur Fertigstellung des Modells am Platz und dient zur Stützung der neuen Schicht. Nachdem der Vorgang bis zur Beendigung immer wieder wiederholt worden ist, wird das überschüssige Pulver mit einem Staubsauger abgesaugt.

Nachteil bei dieser Methode ist, dass das Modell nachbehandelt werden muss, wenn es längere Zeit im Einsatz ist. Mehrfarbige Musterstücke sind auch möglich, indem der Binder eingefärbt wird und mehrere Druckköpfe zum Einsatz kommen.

Wie beim selektiven Lasersintern kann auch hier Metallpulver eingesetzt werden. Davon profitieren der Maschinebau und die Fahrzeugtechnik am meisten. Es können größere Objekte, wie ganze Motoren oder Getriebe, hergestellt werden. Auch in der Architektur wird dieses Verfahren ein- und umgesetzt. Hier können sogar ganze Gebäude inklusive Wohneinrichtung erzeugt werden.

5 Zusammenfassung

Rapid Prototyping ist ein Sammelbegriff verschiedener Fertigungsverfahren, durch welche Prototypen verschiedenster Art hergestellt werden können. Die Grundlage der Herstellung bildet immer ein virtuelles 3D-Modell, das mit Hilfe von CAD erstellt wird. Der Aufbau der Prototypen erfolgt immer schichtweise.

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Die fünf wichtigsten Verfahren sind die Stereolithografie (STL), das Selektive Lasersintern (SLS), Fused Deposition Modeling (FDM), Laminated Object Modeling (LOM) und das 3D Printing (TDP). Beim STL wird eine photopolymere Flüssigkeit durch einen UV-Laserstrahl verfestigt, wohingegen das Ausgangsmaterial beim SLS pulverförmig ist und durch einen CO₂-Laserstrahl verfestigt wird.

FDM unterscheidet sich von den anderen Verfahren dadurch, dass ein Kunststoffdraht zuerst durch eine beheizbare Düse verflüssigt und dann an den gewünschten Stellen aufgetragen wird. Das Ausgangsmaterial beim LOM bildet eine Kunststofffolie, welche durch einen Laserstrahl geschnitten und ebenfalls schichtweise aufgetragen wird.

Das TDP zeichnet sich dadurch aus, dass eine Pulverschicht an den Stellen, die zum späteren Bauteil gehören, durch einen Binder verklebt wird, während der Rest des Pulvers am Ende abgesaugt wird.

Somit lässt sich abschließend feststellen, dass das Rapid Prototyping ein sehr zeitgemäßes Verfahren ist, welches viele unterschiedliche Möglichkeiten der Prototypenherstellung bietet.