Rapid Prototyping – mit schnellen Prototypen die Entwicklung beschleunigen

Rapid Prototyping erlaubt eine schnelle Umsetzung von Ideen. Gerade in der Forschung und Entwicklung scheinen keine Grenzen gesetzt. Aber was genau ist Rapid Prototyping? Und warum ist das Verfahren gerade in der Produktentwicklung von Vorteil?

Im Jahr 2004 trennten Chirurgen in Dallas, Texas, erfolgreich die zweijährigen ägyptischen Zwillinge, welche am Kopf zusammengewachsen waren. Die 34-stündige Operation war ein voller Erfolg. Der komplizierte Eingriff war nur möglich, weil die Chirurgen die komplexe Operation anhand von exakten anatomischen Modellen der Schädel der Zwillinge und Gefäßstrukturen ihrer Gehirne planen konnten. Eine Vielzahl dieser Modelle werden mittels Rapid Prototyping gefertigt. Dabei wurden die Schädel der Jungen in einem 3D-Druckverfahren mit transparentem Acryl nachgebaut. Das ermöglichte den Chirurgen einen bisher nie da gewesenen Einblick.

Die Technik, welche damals als Sensation galt, ist heute, 18 Jahre später, aus dem Alltag vieler Forschungs- und Entwicklungsabteilungen nicht mehr wegzudenken und sorgt weiterhin für faszinierende Ergebnisse.

Was genau ist Rapid Prototyping?

Rapid Prototyping, was zu Deutsch so viel wie das schnelle Fertigen eines Prototyps heißt, bezeichnet eine Gruppe von Fertigungsverfahren. Die Verfahren stellen in kurzer Zeit ein skalierbares Modell eines Werkstücks oder Produkts mithilfe dreidimensionaler CAD-Daten her. Die Fertigungsverfahren werden neben Rapid Prototyping auch als 3D-Druck oder additive Fertigungsverfahren bezeichnet. Hierbei wird durch schichtweises Auftragen von Materialien ein Werkstück oder Produkt geschaffen. Das geschieht meist mittels physikalischer oder chemischer Effekte in Form von Wärme oder elektromagnetischen Wellen.

Das wohl bekannteste Verfahren im Bereich Rapid Prototyping ist wohl der 3D-Druck mittels Fused Deposition Modeling (FDM). Hierbei wird fadenförmiger Kunststoff, welcher auch als Filament bekannt ist, in einer Düse durch Wärme geschmolzen und schichtweise auf das sogenannte Druckbett aufgetragen. Diese Form des 3D-Drucks überzeugt besonders durch den geringen Kostenaufwand und Geschwindigkeit in der Umsetzung. Somit eignet sie sich gut für den Einsatz in frühen Phasen der Entwicklung.

Durch Rapid Prototyping können gerade Entwickler und Konstrukteure ihre Ideen schnell greifbar machen. Erste Entwürfe und Ideen erscheinen somit nicht nur in Skizzen und Simulationen, sondern sind auch haptisch zu begutachten.

Vorteile von Rapid Prototyping

• Ersparnis von Geld und Zeit: Beim 3D-Druck werden keine Herstellungskosten für Werkzeuge fällig. Die Geräte können nach einer sehr kurzen Einrichtungszeit unmittelbar loslegen. Zudem lassen sich mit ein und demselben Gerät die verschiedensten Geometrien produzieren.
• Besseres Feedback durch physische Modelle: Die schnellen Prototypen können viel detaillierter und von allen Seiten haptisch begutachtet werden. Auch für Präsentationszwecke können sie eingesetzt werden.
• Optimieren des Produkts in einer frühen Phase: Die Fertigung der Prototypen erfolgt bereits in einer sehr frühen Phase der Entwicklung. Das Feedback kann so schon von Anfang an in der Entwicklung berücksichtigt werden. Die Verwendung der Prototypen in Tests gibt zudem Aufschluss über Funktion.
• Reduzierung von Abfall: Im Vergleich zu subtraktiven Fertigungsverfahren, wie zum Beispiel Fräsen oder Drehen, bei welchen Material von einem Rohmaterial abgetragen wird, wird beim Rapid Prototyping erheblich Ausschussmaterial vermieden bzw. reduziert.

Rapid Prototyping in der Produktentwicklung

Besonders im Bereich der Produktentwicklung kann die schnelle und unkomplizierte Produktion eines Prototyps von großem Vorteil sein. Denn der Druck in 3D reduziert die Zeit zwischen einer 3D-Konstruktionsdatei bis hin zu einem serienreifen Produkt maßgeblich. Entwickler und Produktdesigner erlangen in einer frühen Phase des Projekts ein umfassendes Produktverständnis und können das Produkt quasi durch reale Erfahrungen im Umgang mit dem Produkt optimieren. Dank der schnell verfügbaren Prototypen können zudem mehrere Entwicklungsschritte eingeleitet werden, was sich ebenfalls sehr positiv auf den Entwicklungszeitraum auswirkt. Auch Kunden und Projektpartner erlangen einen frühen Eindruck des Produkts und können Änderungswünsche schon bevor hohe Kosten entstehen einbringen.

Quelle: Siamesische Zwillinge dank 3D-Druck-Modell erfolgreich getrennt