Die menschliche Vorstellungskraft ist nur sehr begrenzt.Ab einer gewissen Komplexität ist es uns schlichtweg unmöglich, Gegenstände räumlich vorzustellen. Hier kommt das Rapid Prototyping (RP) Verfahren zum Einsatz. Beim Rapid Prototyping handelt es sich um sogenannte [[generative Fertigungsverfahren]].Bei diesem [Bildhttp://de.wikipedia.org/wiki/Urformverfahren Urformverfahren], werden die Werkstücke schichtenweise aufgebaut aus formlosem oder formneutralem Material unter Nutzung physikalischer und/oder chemischer Effekte, ganz im Gegensatz zu der Zerspanung, wo die Bauteile durch einen Werkstoffabtrag entstehen.Grundvoraussetzung für diesen Schichtenauftrag ist die lückenlose Volumenbeschreibung anhand von 3D-CAD Konstruktionsdaten des Bausteils.Rapid-Prototyping-Verfahren sind somit Fertigungsverfahren, die das Ziel haben, vorhandene CAD-Daten möglichst schnell und ohne manuelle Umwege direkt und schnell in Werkstücke umzusetzen.Wenn diese Grundvoraussetzungen vorhanden sind, kann ein Prototyp innerhalb von nur Minuten gefertigt werden.Die geistige Vorstellungskraft erhält somit eine Unterstützung des Tast- und Sehsinnes, so wie es die Menschen von der natürlichen Betrachtung seit Jahrtausenden jeglicher Art gewohnt sind.Entwickler und Konstrukteure haben vor allem ein Anliegen:Rapid_PrototypingSie möchten sich voll auf ihre zu entwickelnden Produkte konzentrieren und daher ihre Entwürfe schnell und gezielt ausprobieren.jpgUnd zwar nicht nur visuell am CAD System, sondern an einem physischen 3D-Modell. <br />Frei nach dem Motto: <br /><div style="text-align: center;">{{Mark|thumb|right|]]Eine Zeichnung sagt mehr als tausend Worte, aber ein 3D-Modell sagt mehr als tausend Zeichnungen.}}</div><br /><br /><br />----
Nach der Entwicklung der [http://de.wikipedia.org/wiki/Computer_Aided_Design CAD] /[http://de.wikipedia.org/wiki/Computer_Aided_Manufacturing CAM] -Technologien und der immer stärkeren Verbreitung von PC basierenden 3D-Programmiersystemen, ist der Grundstein für die direkte Modellherstellung auf der Basis von 3D-CAD Konstruktionsdaten gelegt wurden. Diese Modellherstellungsmethode wird von dem Rapid Prototyping-Verfahren, ein Oberbegriff für die schnelle Herstellung von Modellen und Prototypen, konsequent genutzt. Beim Rapid Prototyping kann auf den Einsatz von Formen und Werkzeugen verzichtet werden. Kompliziert geformte Bauteile, auch mit Hinterschneidungen und Hohlräumen, können mit diesem Verfahren innerhalb kürzester Zeit, d. h. in wenigen Stunden, aufgebaut werden. Die hierdurch erzielten Kosten- und Zeitreduzierung machen die Prototypenfertigung auch für kleine und mittelständische Unternehmen immer interessanter. Neben der schnellen Verfügbarkeit von Prototypen ist auch die Möglichkeit der kurzfristigen Änderungen und Verbesserungen während der Entwicklung gegeben. Bei allen bislang bekannten Verfahren zur Urmodellherstellung im Rahmen des Rapid Prototyping-Prozesses ist der generelle Ansatz das schichtweise Aufbauen von Bauteilen. Ein komplexes 3D-Volumenkörper wird dabei in viele einfache 2D-Schichten zerlegt. Das Modell wird dann schichtweise aufgebaut, wobei die Schichtdicke konstant bleibt. Sie beträgt je nach Verfahren 20 ... 300µm. Als Materialien für die Modelle stehen verschiedene Rohstoffe zur Verfügung, wobei die Wahl des Ausgangsmaterials durch das eingesetzte Verfahren bestimmt wird. Am häufigsten werden Kunststoffe, Harze, Wachs und Papier, aber auch Metall als Modellmaterial verwendet.
# Ein Modell oder eine Modellkomponente wird auf einem 3D-CAD/CAM-System entworfen. Das Volumenmodell, das das physikalische Bauteil repräsentiert, muss durch geschlossene Oberflächen dargestellt werden. Somit müssen die Daten die innere und äußere Kontur vollständig wiedergeben. Für einen sogenannten Vollkörper entfällt natürlich die Angaben der inneren Kontur, da die äußere Kontur bereits eindeutig das einzuschließende Volumen darstellt.
# Die 3D-CAD Modelldaten werden anschließend in ein Austauschdatenformat übertragen, das als [http://de.wikipedia.org/wiki/STL-Format STL-Format] bezeichnet wird (jedoch bedeutet STL an dieser Stelle nicht wie oft verbreitet »Stereolithografie« sondern »Standard Transformation Language«). Das STL-Datenformat nähert die Oberflächen durch Polygone an, wobei für komplexe Flächen sehr viele Polygone notwendig sind, um eine ausreichende Annäherung zu erhalten. STL- Dateien können eine sehr hohe Datenmengen beinhalten und somit den Datentransfer erschweren.
# Im letzten Schritt wird das 3D-Modell im Slice- Prozess in einzelne Schnittebenen (Schichten) zerlegt und sukzessive mit dem jeweiligen Verarbeitungsverfahren physikalisch aufgebaut. Die verwendeten Rapid Prototyping-Werkstoffe, die bei diesen Verfahren zum Einsatz kommen, wie z.B. Kunststoffe, Wachse, Harze und Papier, machen den Einsatz der für Funktionstests und auch für Absicherungen, insbesondere Falltests und Thermische Absicherungen, nur sehr eingeschrängt möglich. Hierfür eignen sich eher die gießtechnischen Nachfolgeverfahren, beispielsweise Kunststoff-Vakuumgießen mit Polyurethan- Gießharzen zur Herstellung von funktionsfähigen Prototypen in Kunststoff.
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Beim Rapid Prototyping handelt es sich um sogenannte generative Fertigungsverfahren.Bei diesem Urformverfahren, werden die Werkstücke schichtenweise aufgebaut aus formlosem oder formneutralem Material unter Nutzung physikalischer und=== <span style="color: blue">''Vorteile gegenüber konventionellen Verfahren''</oder chemischer Effekte, ganz im Gegensatz zu der Zerspanung, wo die Bauteile durch einen Werkstoffabtrag entstehen. Grundvoraussetzung für diesen Schichtenauftrag ist die lückenlose Volumenbeschreibung anhand von 3D-CAD Konstruktionsdaten des Bausteils in einem geeigneten Programmformat.Rapid-Prototyping-Verfahren sind somit Fertigungsverfahren, die das Ziel haben, vorhandene CAD-Daten möglichst schnell und ohne manuelle Umwege direkt und schnell in Werkstücke umzusetzen.Wenn diese Grundvoraussetzungen vorhanden sind kann ein Prototyp innerhalb von nur Minuten gefertigt werden.Je nach Verfahren werden die Teile als Funktionsteil oder als Anschauungsmodell verwendet.span> ===
Um wettbewerbsfähig zu bleiben, sind die Unternehmen der produzierenden Industrie immer stärker gezwungen, ihre technischen Innovationen schnell in marktreife Produkte umzusetzen. Hierbei entscheidet die Produktentwicklungszeit maßgeblich über die Zukunft der Unternehmen. Analysen zeigen, dass häufig mehr als 25 % der Produktentwicklungszeit auf die Herstellung von Prototypen und Mustern entfällt und somit die Fertigung der Prototypen und Prototypwerkzeuge meist sehr viel Zeit in Anspruch nimmt. Somit ist die schnelle Herstellung von Prototypen ein großes Potential zur Verkürzung der Produktenwicklungszeit und somit Einsparung von Personalkosten.
Dem Verfahren des Rapid Prototyping kommt hierbei eine wachsende Bedeutung zu. Die schnelle Verfügbarkeit von Rapid Prototyping Prototypen bietet den Entwicklern und Konstrukteuren bisher nicht gekannte Möglichkeiten und eröffnet neue Potentiale, die zur Verkürzung der Planungsphasen und/oder zur Verbesserung der Produkte genutzt werden können. Für Besprechungen, Einbauuntersuchungen etc. kann der Konstrukteur in nur wenigen Stunden einen Prototyp in seinen Händen halten, deren Fertigung auf konventionellem Wege Wochen, teilweise sogar Monate in Anspruch genommen hätte. Diese neuen Möglichkeiten der Prototypenherstellung tragen somit zur Verbesserung des Produktreifegrades bei
=== <span style="color: blue">''Allgemeine Vorteile und Nachteile''</span> ===
== <span style="color: red">Grundprinzip</span> =={| {{Tabelle}} ! Vorteile! Nachteile|-| Das Prinzip Objekte durch das Hinzufügen von Werkstoff-Bausteinen herzustellen| Treppeneffekte an der Oberfläche und damit begrenzte Oberflächengüte|-| Informationsschlüssige Kopplung von Konstruktion und Fertigung | Eingeschränkte Genauigkeit|-| Großer Freiheitsgrad der Formgebung der herzustellenden Objekte| Beschränkung auf verarbeitbare Werkstoffe und deren Eigenschaften|-| „Just in Time“ Erzeugung der Maschinensteuerdaten| 3D CAD Daten erforderlich|-| Verfahren verlangt keine Überwachung||}
Nach der Entwicklung der CAD/CAM-Technologien und der immer stärkeren Verbreitung von PC basierenden 3D-Programmiersystemen, ist der Grundstein für die direkte Modellherstellung auf der Basis von 3D-CAD Konstruktionsdaten gelegt wurden. Diese Modellherstellungsmethode wird von dem Rapid Prototyping-Verfahren, ein Oberbegriff für die schnelle Herstellung von Modellen und Prototypen, konsequent genutzt. Bei diesem Verfahren kann auf den Einsatz von Formen und Werkzeugen verzichtet werden. Die hierdurch erzielten Kosten- und Zeitreduzierung machen die Prototypenfertigung auch für Kleine und mittelständische Unternehmen immer interessanter. Neben der schnellen Verfügbarkeit von Prototypen ist auch die Möglichkeit der kurzfristigen Änderungen und Verbesserungen während der Entwicklung gegeben.
Bei allen bislang bekannten Verfahren zur Urmodellherstellung im Rahmen des Rapid Prototyping-Prozesses ist der generelle Ansatz das schichtweise Aufbauen von Bauteilen. Ausgangspunkt ist jeweils die Bereitstellung von komplett beschriebenen Geometrien auf der Basis von CAD-Daten. --
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== <span style="color: red">Allgemeine Vorgehensweise'''Rapid Prototyping-Verfahren'''</span> ==1.) Ein Modell oder eine Modellkomponente wird auf einem 3D-CAD</CAM-System entworfen. Das Volumenmodell, das das physikalische Bauteil repräsentiert, muss durch geschlossene Oberflächen dargestellt werden. Somit müssen die Daten die innere und äußere Kontur vollständig wiedergeben. Für einen sogenannten Vollkörper entfällt natürlich die Angaben der inneren Kontur, da die Äußere Kontur bereits eindeutig das einzuschließende Volumen darstellt. 2.) Die 3D-CAD Modelldaten werden anschließend in ein Austauschdatenformat übertragen, das als STL-Format bezeichnet wird (jedoch bedeutet STL an dieser Stelle nicht wie oft verbreitet »Stereolithografie« sondern »Standard Transformation Language«). Das STL-Datenformat nähert die Oberflächen durch Polygone an, wobei für komplexe Flächen sehr viele Polygone notwendig sind, um eine ausreichende Annäherung zu erhalten. STL- Dateien können eine sehr hohe Datenmengen beinhalten und somit den Datentransfer erschweren. 3.) In letzten Schritt wird das 3D-Modell im Slice- Prozess in einzelne Schnittebenen (Schichten) zerlegt und sukzessive mit dem jeweiligen Verarbeitungsverfahren physikalisch aufgebaut. Die verwendeten Rapid Prototyping-Werkstoffe, die bei diesen Verfahren zum Einsatz kommen, wie z.B. Kunststoffe, Wachse, Harze und Papier, machen den Einsatz der für Funktionstests und auch für Absicherungen, insbesondere Falltests und Thermische Absicherungen, nur sehr eingeschrängt möglich. Hierfür eignen sich eher die gießtechnischen Nachfolgeverfahren, beispielsweise Kunststoff-Vakuumgießen mit Polyurethan- Gießharzen zur Herstellung von funktionsfähigen Prototypen in Kunststoff.div>
=== <p><span style="color: blue">''Systemübersicht der gängigsten Rapid Prototyping''</span></p> ===
[[Bild:Klassifizierung.JPG|800x800px|Klassifizierung von Prototyping Verfahren nach dem Aggregatzustand des Ausgangsmaterials (Gebhardt, 2000, S. 76)]]
'''''<u> Im folgenden wird ein kurzer Überblick über die kurze Beschreibung der bedeutendsten Rapid Prototyping-Verfahren gegeben.</u>'''''
=== <span style="color: blue">Stereolithografie ''Stereolithographie (STL)''</span> ===[[Bild:STL 1.jpg|thumb|right|100x100px|STL Beispiel]]Das Stereolithographieverfahren ist das Rapid Prototyping-Verfahren mit der weitesten Verbreitung. Das Verfahren zeichnet sich besonders durch einen Grad an Präzision aus.Ein Behälter der Stereolithographiemaschine enthält ein flüssiges, lichthärtendes Polymer, das Punkt für Punkt in Schichten ausgehärtet wird. Dies geschieht durch eine rechnergesteuerte Laser-Scanneinheit, welche die Schichtkontur der Querschnittsgeometrie auf die Oberfläche des Harzbades zeichnet. Die ausgehärtete Schicht wird auf einem in z-Richtung verschiebbare Trägerplatte , die sich auf dem sogenannten Tisch befindet , ca. um 0,1mm abgesenkt, und darauf wird anschließend eine nächste Querschnittsschicht gebildet. Jede neue Schicht verbindet sich mit der unteren. Dieser Vorgang wiederholt sich solange bis der Prototyp als sogenanntes Grundteil vollständig aufgebaut ist.Die jeweilige Kontur der Prototypen wird durch Ablenken des Laserstrahls mittels einer Spiegelablenkeinheit erzeugt. In der Nachbearbeitung wird dieses Grundteil unter UV-Bestrahlung vollständig ausgehärtet, eventuell maschinell nachgearbeitet und falls noch erforderlich gespachtelt und lackiert.
Das Solid Ground Curing-Verfahren arbeitet ebenfalls mit einem flüssigen, lichthärtendem Harz.
Die Aushärtung erfolgt jedoch durch eine Flächenbelichtung.
Ein rechnergesteuerter Maskengeneator Maskengenerator erzeugt für jede neue Schicht ein Negativ des jeweiligen Bauteilquerschnitts auf einer mit Toner beschichteten Glasplatte.Diese sogenannte Maske wird über der Harzschicht positioniert und wenige Sekunden mit UV-Licht belichtet. Dabei dringen das UV-Licht in den durchsichtigen Maskenbereichen durch und härtet den Harz aus. Im nächsten Schritt wird das flüssig gebliebene Harz abgesaugt und durch Wachse ersetzt. Ein anschließendes Überfräsen sorgt für eine genaue Schichtdicke. Diese Oberfläche dient wiederum als Grundfläche für die nächste SichtSchicht. Nach der Fertigstellung des gesamten Prototyps wird das noch übriggebliebene stützende Wachs ausgelöst. Mit diesem Verfahren können nicht nur Hinterschnitte sonder sondern auch ineinander verschachtelte und zueinander bewegliche Bauteile gefertigt werden.
Ein Laserstrahl härtet schichtweise polymere Schichtweises Belichten und Aushärten einer polymeren Flüssigkeit aus.
<u>Postprozess:</u>
Reinigen mit Chemikalien[[Bild:Sgc.gif|thumb|right|]]NachhärtenManuelles FinishenAuswaschen der Teile aus Wachsblock
<u>Vorteile:</u>
Relativ hohe Genauigkeit und OberflächengütenHohe Produktivität
Geeignet für komplizierte Strukturen und dünne RippenKeine Supportstruktur
Kontinuierliche ProzessverbesserungenKein Nachhärten (somit kein Verzug)
<u>Nachteile:</u>
Schwierig quantifizierbares Schrumpfen und VerziehenNotwendige SupportstrkturenMaterial-ResriktionUmfangreiche Anlagentechnik
Aufwendiger PostprozessKeine unbemannte Fertigung
Aufwendiger Postprozess und Aufand für Recyling
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=== <span style="color: blue">''Fused Deposition Modelling Modeling (FDM)''</span> ===[[Bild:FDM 2.jpg|thumb|right|100x100px|FDM Beispiel]]Hierbei wird der Modellwerkstoff in Drahtform einem verfahrbaren, temperaturgeregelten Heiz- und Förderkopf, auch als Förderdüse bezeichnet, zugeführt und auf Schmelztemperatur gebracht. Durch eine Düse wird dann ein sehr dünner Faden auf die jeweils vorige Querschnittsschicht aufgetragen und kühlt dort wieder ab (erstarterstarrt). Bei diem diesem Auftragen der sogenannten Filmente entstehen Bindenähte, Kerben und kleine Hohlräume, die im in dem Finalen den finalen Prototypen Schwachstellen
Ein Laserstrahl härtet schichtweise polymere Flüssigkeit aus.Schichtweises Auftragen geschmolzener Drahtmaterialien mit unmittelbarem Aushärten
<u>Postprozess:</u>
Reinigen mit Chemikalien[[Bild:Fdm.jpg|thumb|right|]]Nur Finishen
NachhärtenManuelles Finishen<u>Vorteile:</u>
<u>Vorteile:</u>Gutes Preis- und Leistungsverhältnis
Relativ hohe Genauigkeit und OberflächengütenFür Büroeinsatz geeignet
Geeignet für komplizierte Strukturen Kein Nachhärten und dünne Rippengeringe Nacharbeit
Kontinuierliche ProzessverbesserungenTypisch für CAD-Verifikation
<u>Nachteile:</u>
Schwierig quantifizierbares Schrumpfen und VerziehenNotwendige SupportstrkturenMaterial-ResriktionAufwendiger Postprozess=== <span style="color: blue">Selektives Lasersintern (SLS)</span> ===Weniger geeignet für kleine Details, dünne Wände etc.
ist ein VerfahrenUngenauigkeit, um räumliche Strukturen durch Sintern aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff herzustellen.insbesondere in z-Richtung
Es ist ein generatives Schichtbauverfahren: das Werkstück wird Schicht für Schicht aufgebaut. Durch die Wirkung der Laserstrahlen können so beliebige dreidimensionale Geometrien auch mit Hinterschneidungen erzeugt werden, z. B. Werkstücke, die sich in konventioneller mechanischer oder gießtechnischer Fertigung nicht herstellen lassen.Aufwendiger Oberflächen-Finish<br /><br /><br /><br /><br /><br />
=== <span style="color: blue">''Selective Laser Sintering (SLS)''</span> ===[[Bild:SLS 1.jpg|thumb|right|150x150px|SLS Beispiel]]Das Pulver Selective Laser Sintering ist ein Verfahren, um räumliche Strukturen durch Sintern aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff herzustellen. Hierbei wird auf ein CO2 Laser verwendet, der eine Bauplattform mit Hilfe sehr dünne Schicht eines pulverförmigen Materials sintert und somit ebenfalls generativ ein Prototyp aufbaut. Dieser gesamte Prozessablauf läuft unter einer Rakel oder Walze vollflächig in einer Dicke von 0,001 bis 0,2 mm aufgebrachtSchutzgasatmosphäre ab. Die Schichten werden durch eine Ansteuerung des Laserstrahles entsprechend der Kontur des Bauteils schrittweise in das Pulverbett gesintert oder eingeschmolzen. Die Bauplattform wird nun geringfügig abgesenkt und eine neue Schicht aufgezogen. Das Pulver wird durch Anheben einer Pulverplattform oder als Vorrat in der Rakel zur Verfügung gestellt. Die Bearbeitung erfolgt Schicht für Schicht in vertikale Richtung, dadurch ist es möglich, auch hinterschnittene Konturen zu erzeugen. Die Energie, die vom Laser zugeführt wird, wird vom Pulver absorbiert und führt zu einem lokal begrenzten Sintern oder Verschmelzen von Partikeln unter Reduktion der Gesamtoberfläche (Sintern). Die jeweilige Kontur der Prototypen wird durch Ablenken des Laserstrahls mittels einer Spiegelablenkeinheit erzeugt. Das somit aufgebaute Modell hat sehr gute mechanische Eigenschaften, jedoch sind die Oberflächen sehr rau.Momentan stehen Pulvermaterialen wie ABS, PA, PC, PS und elastomere Werkstoffe zur Verfügung.
Schwierig quantifizierbares Schrumpfen und VerziehenMechanische Eigenschaften verwendeter Materialien, schlechter im Vergleich zu traditionellen Prozessen Oberflächengüte eingeschränkt
Notwendige SupportstrkturenPostprozess und Finishen relativ aufwendig<br /><br /><br /><br /><br />
Material=== <span style="color: blue">''3D-ResriktionPrinting''</span> ===[[Bild:3D-Printing 1.JPG|thumb|right|100x100px|3D-Printing Beispiel]]Auch als Three Dimensional Printing (TDP oder 3DP) bekannt.Das Prinzip dieses Verfahrens ist dem des [[#Selective Laser Sintering (SLS)|Selective Laser Sintering (SLS)]] ähnlich, jedoch werden beim Three Dimensional Printing die Körner des pulverförmigen Ausgangsmaterials mit Hilfe einer Flüssigkeit, auch als Bindemittel bekannt, verklebt. Das Auftragen des Binders erfolgt dabei über einen Ink-Jet-Düsenkopf, der von einer XY-Verfahreinheit, entsprechend der zuvor vom Slice-Rechner berechneten Steuerdaten, geführt wird. Durch die Verarbeitung von Keramikpulvern lassen, sich mit diesem Verfahren verlorene Formen und Kerne für das Feingießverfahren herstellen.
Schichtweises Verkleben von pulverförmigen Material (Prinzip Tintenstrahldrucker)
<u>Postprozess:</u>
=== <span style=Sintern der "color: bluegünen Teile">3D Printing</span> ===Das 3D Drucken ist ein Verfahren zum schnellen Erstellen von Prototypen ,bei dem Zellulosepulver durch Einspritzen eines Bindemittels gezielt an einzelnen Stellen verfestigt werden. Dieses Funktionsprinzip wird für unterschiedliche Anwendungsfälle eingesetzt.
So verwenden einerseits Maschinen, die in einer Büroumgebung betrieben werden können, dieses Prinzip zur Herstellung von Proportionsmodellen. Andererseits gibt es aber auch Anlagen, die für die Fertigung von Prototypen oder sogar von Produktionswerkzeugen ausgelegt sind, und daher dem Bereich Rapid Tooling zuzuordnen sind.<u>Vorteile:</u>
Diese Verfahren unterscheiden sich hauptsächlich durch die verwendeten Ausgangswerkstoffe. Das Grundprinzip des Modellbauprozesses ist jedoch immer gleich und wird im folgenden zunächst am Beispiel einer "bürotauglichen" Anlage beschriebenKeramikformen dirkt für Feinguß nutzbar
<u>Bauprozess:</u>Keine Supportstruktur
Ein Laserstrahl härtet schichtweise polymere Flüssigkeit aus.Relativ einfacher und zuverlässiger Prozess
<u>PostprozessNachteile:</u>
Reinigen mit Chemikalien[[Bild:Sls.jpg|thumb|right|]]Zweistufiger Prozess
=== <uspan style="color: blue">Vorteile:''Laminated Object Manufacturing (LOM)''</uspan>===[[Bild:LOM1.jpg|thumb|right|100x100px|LOM Beispiel]]Hierbei handelt es sich um einen kombinierten Schneide- und Klebeprozess. Die Geometrie des Modells wird aus Papier- oder Kunststofffolien schichtweise aufgebaut, die jeweils mit einem Schmelzkleber beschichtet sind. Die Folie wird mit einer beheizten Anpressrolle auf die jeweils vorhandenen Schichten angepresst, wodurch sich der Schmelzkleber mit der dieser unteren Sicht verbindet. Anschließend wird die gewünschte Kontur mit Hilfe eines CO2 Lasers aus der jeweils obersten Folienschicht heraus. Die jeweilige Kontur der Prototypen wird durch Ablenken des Laserstrahls mittels einer Spiegelablenkeinheit erzeugt. Der Finale Prototyp hat ähnliche Eigenschaften wie ein Holzmodell.
Relativ hohe Genauigkeit und Oberflächengüten<u>Bauprozess:</u> [[Bild:LOM Prozess.JPG|thumb|right|250x250px|LOM Prozess]]
Geeignet für komplizierte Strukturen Papierfolie wird schichtweise verklebt und dünne RippenSchichtkontur von Laser ausgeschnitten
<u>Nachteile:</u>Entfernen der Reststücke des Teileblockes
Schwierig quantifizierbares Schrumpfen und VerziehenFinishen
Notwendige Supportstrkturen<u>Vorteile:</u>
Material-ResriktionKeine Supportstruktur
Aufwendiger PostprozessKein Nachhärten (somit kein Verzug)
Geringe Wartungskosten
Keine inneren Spannungen
<u>Nachteile:</u>
=== <span style="color: blue">Laserstrahl-Generieren</span> ===ist ein generatives Fertigungsverfahren auf Pulverbasis. Beim Generieren wird der pulverförmige Werkstoff kontinuierlich mittels Zufuhrdüsen in den fokussierten Laserstrahl eingebracht. Der Aufbau von Bauteilen erfolgt schichtweise. Das Pulver wird mit dem Laserstrahl aufgeschmolzen und schmelzmetallurgisch mit der unteren Schicht verbunden. Beim Laserstrahl-Generieren können nahezu alle metallischen Legierungen verwendet werden.Oberflächengüte eingeschränkt
Es kann unter anderem als Verfahren für Rapid Prototyping, Rapid Tooling und Rapid Manufacturing eingesetzt werden.Verzuggefahr in feuchter Atmosphäre
Als Strahlquelle kommen CO2-, Nd:YAG- Teilestabilität variiert in Abhängigkeit von Orientierung und Diodenlaser im gepulsten und kontinuierlichen Betrieb mit Laserleistungen von 100 W bis mehreren kW zum Einsatz. Als Handhabungssysteme werden kartesische Anlagen mit 3 - 5 Achsen oder Roboter verwendet. Die erreichbare Bauteilkomplexität sowie die Maßgenauigkeit ist beim Laserstrahl-Generieren signifikant geringer als beim SLM-Verfahren, die Aufbaurate ist jedoch deutlich höher.Geometrie<br /><br /><br /><br /><br />
=== <span style="color: blue">''Direct Metal Laser Sintering (DMLS)''</span> ===
Das Verfahrensprinzip beim direkten Metall-Lasersintern ähnelt zwar dem des Lasersintern von Kunststoffen, unterscheidet sich jedoch im Detail. Der Werkstoff und die Anwendung für den Werkzeugbau verlangen eine wesentliche höhere Detailauflösung und selbstverständlich wesentlich höhere Laserleistung. Durch dieses Verfahren können mechanisch und thermisch belastbare metallische Bauteile erstellt werden. Es wird ein feines pulverförmiges Metall durch einen CO2 Laser lokal aufgeschmolzen. Nach dem Abkühlen verfestigt sich das Metall wieder. Die jeweilige Kontur der Prototypen wird durch Ablenken des Laserstrahls mittels einer Spiegelablenkeinheit erzeugt. Auch hier erfolgt ein schichtweiser Aufbau durch Absenken des Bauraums.
Ein Laserstrahl härtet schichtweise polymere Flüssigkeit aus=== <span style="color: blue">''Oldies (generelle Einsatzgebiete)''</span> ===[[Bild:RP-Autom..jpg|thumb|right|100x100px|RP-Automobilindustrie]]In den Designbüros, dem Maschinenbau, dem Werkzeug- und Spezialmaschinenbau, der Automobilindustrie, im Flugzeugbau, in der Raumfahrt, bei der Waffenindustrie und dem Militär oder in der Feinmechanik und Elektroindustrie ist das Rapid Prototying Verfahren schon seit Jahren nicht mehr wegzudenken. In diesen Bereichen wurden die ersten Erfahrungswerte mit dem Rapid Prototying Verfahren gesammelt und immer neue, genauere, kostengünstigere und schnellere Verfahren entwickelt.<br /><br /><br />
=== <uspan style="color: blue">''Architektur / Bauplanung''</span>Postprozess===[[Bild:RP-Arch.jpg|thumb|right|100x100px|RP_Architektur]]Weil sich bei der CAD-Planung auch in der Architektur 3D-Modelle mehr und mehr durchsetzen, lassen sich die dabei entstehenden 3D-Daten ebenfalls komfortabel für den dreidimensionalen und präzisen Architektur-Modellbau nutzen. Das Rapid Prototyping dient in der Architektur nicht nur als Vorstellungshilfe bei einer komplexen Fassade, sondern können auch bei der inneren Raumgestaltung von sehr großen Nutzen sein. Somit können z.B. kleine Räume effektiver ausgenutzt werden. Anstatt ein Modell erst am Ende der Planung zu bauen, können bereits in der Konzeptionsphase erste Entwürfe über Nacht zu geringen Kosten hergestellt werden. So kann der Bauherr viel mehr in die Planung einbezogen werden und die Idee verstehen. Auch bei der Städteplanung ist das Verfahren von sehr großem Vorteil. So gewinnt man einen ersten Gesamtüberblick (aus der Vogelperspektive) über alle wichtigen Knotenpunkte.<br /><br /><br /u>
Reinigen mit Chemikalien=== <span style="color: blue">''Medizintechnik''</span> ===[[Bild:Medizin 1.JPG|thumb|right|100x100px|Medizin 1.JPG]][[Bild:LOMMedizin 2.jpgJPG|thumb|right|100x100px|Medizin 2.JPG]]Speziell in der Medizin hat man es mit sehr komplizierten Strukturen zu tun. Durch die sogenannten bildgebundende Verfahren, wie z.B. Röntgen, Computertomographie oder Ultraschall, war es bislang den Medizinern nur sehr eingeschränkt möglich, sich einen Überblick über die Krankheit zu schaffen. Genau an dieser Stelle greift nun das Zusammenspiel von Informatik und Maschinenbau ein. Mit deren Hilfe ist es nun möglich, aus den zweidimensionalen Bilddaten ein dreidimensionales Abbild (Modell) am Computer zu generieren und dieses dann mit den unterschiedlichen Rapid Prototyping Verfahren physisch herzustellen. Somit erhält man ein Referenzmodell und kann es anfassen, drehen und weiter bearbeiten. Mit RP-Verfahren erstellte Modelle bieten somit den Ärzten die Möglichkeit, die Anatomie des Patienten genauer kennenzulernen. Anhand dieser neuen „Einblicke“ ist es nun möglich z.B. eine komplexe Operation besser und genauer zu planen.<br /><br /><div style="text-align: center;">Grob können die Anwendungen in der Medizin in zwei Gebiete unterteilt werden.</div># In die Erstellung von identischen Modellen von Körperteilen.# In die Erstellung von Implantaten mit Hilfe der zuvor digitalisierten dreidimensionalen Patienteninformationen<br /><br /><br />
Nachhärten=== <span style="color: blue">''Hörgeräteschalen''</span> ===[[Bild:Hoergeraete-Schalen.JPG|thumb|right|100x100px|Hoergeraete-Schalen.JPG]]Von den meisten unbemerkt, werden bereits heute schon mehr als 40 Prozent aller Hörgeräteschalen weltweit mit generativen Fertigungsverfahren hergestellt. Anhand dieser Daten mussten die Ärzte sich gedanklich vorstellen, wie eine Serie von Querschnittsaufnahmen räumlich aussehen könnte. Oft war dies jedoch schlichtweg unmöglich, besonders dann, wenn die Strukturen zu komplex waren. <br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />
Manuelles Finishen=== <span style="color: blue">''Hobby / Modellbau''</span> ===[[Bild:Nationalelf.JPG|thumb|right|100x100px|Nationalelf.JPG]]Ob die Lieblingsfigur aus einem Rollenspiel, Ersatzteile für die Modelleisenbahn oder sogar ein Originalabbild seines Eigenheims für die Modellbahnstrecke.Der Fantasie sind beim 3D- Drucken keine Grenzen gesetzt.<br /><br /><br /><br /><br /><br />
=== <uspan style="color: blue">''Branchen "Übersicht"''</span>Vorteile===Verteilung nach Branchen (Stand 2000)<div style="text-align:center;">[[Bild:Branchen.JPG|300x300px|Branchen]]</div><br /><br /><br /><br /><br /u>
Relativ hohe Genauigkeit und Oberflächengüten=== <span style="color: blue">''Verbreitung "Übersicht"''</span> ===Installierte Systeme im Kontinentenvergleich (Stand 2000)<div style="text-align: center;">[[Bild:Verbreitung.JPG|300x300px|Verbreitung]]</div><br /><br /><br /><br /><br />
Geeignet für komplizierte Strukturen und dünne Rippen----<div style="text-align: center;">
=== <uspan style="color: blue">''Vision (Zeichnen, Drucken, fertig)''</span> ==="Der Trend zur Mass Cusomization ist nur als Etappe zu verstehen.In dem eingeschlagenen Prozess erlangt der Prosumer mehr und mehr die Kontrolle über das Produkt, das sich bis in zum Individualprodukt (built-to-order) entwickeln lässt.''Andreas Neef/Klaus Burmeister/Stefan Krempl, Hamburg 2005''<br />Nachteile:<br /u>
Schwierig quantifizierbares Schrumpfen === <span style="color: blue">''Szenario 1''</span> ===Jeder kann in Zukunft seine Wunschprodukte schnell und Verziehenkostengünstig als 3D-Modell über seinen Online Shop um die Ecke ausdrucken lassen. Keine Lieferkosten/Peronalkosten usw.<br />
Notwendige Supportstrkturen=== <span style="color: blue">''Szenario 2''</span> ===Die dezentrale Mini-Fabrik:Die Industrie richtet dezentrale Mini-Fabriken ein. Der Kunde gestaltet gemeinsam mit einem Firmenberater am Bildschirm „sein Produkt“ und wird so zum Mitentwickler.<br />
Material=== <span style="color: blue">''Szenario 3''</span> ===Der 3D Copyshop:Der Kunde scannt im „Fabbig-ResriktionService-Center“ um die Ecke seinen kaputten Teller ein,bringt am gemieteten Rechner die beschädigten Tellerdaten wieder in Ordnung und druckt sich einen neuen heilen Teller aus.<br />
Aufwendiger Postprozess=== <span style="color: blue">''Szenario 4''</span> ===Die Heim-Fabrik:Im Wohnzimmer des Kunden steht ein „Personal Fabricator“ . Der Konsument wird so zum Produzenten. Und der Produkthersteller liefert nur noch die Daten, die sich der Kunde aus dem Internet einfach herunterladen kann. <br />
Ein „Personal Fabricator“ steht auf einem entfernten Planeten. Die Pioniere haben somit die Möglichkeit alle benötigten Gegenstände selbst ohne fremde Hilfe herzustellen.
=== <span div style="colortext-align: bluecenter;">Directe Metal-Laser-Sintering (DMLS){{Mark|'''Sience Fiction lässt grüßen<br /span> === Das Verfahrensprinzip beim direkten Metall-Lasersintern ähnelt zwar dem des Lasersintern von KunststoffenBeam me up, unterscheidet sich im Detail jedoch grundlegend.Scotty'''}}Der Werkstoff und die Anwendung für den Werkzeugbau verlangen eine wesentliche höhere Detailauflösung und selbstverständlich wesentlich höhere Laserleistung. Überarbeiten</div>
Ein Laserstrahl härtet schichtweise polymere Flüssigkeit ausIn sämtlichen Entwicklungsphasen - von der Produktidee bis zur Markteinführung - werden Prototypen benötigt.Jedoch unterscheiden sie sich in den einzelnen Entwicklungsphasen hinsichtlich der Stückzahl, der Werkstoffeigenschaften, der geometrischen, optischen, haptischen und funktionalen Anforderungen. Dementsprechend vielfältig sind die Einsatzfelder des Prototypenbaus im Bereich der Produkt- und Prozessplanung: Verifikation der Konstruktion, Design- und Ergonomiestudien, Kommunikations- und Informationsmittel, Überprüfung der Herstell- und Montierbarkeit, Marktanalyse, Überprüfung des Arbeitsprinzips und der Funktion, Dauerbelastbarkeitstests sowie Planung von Fertigung und Montage. Mit Bezug auf diese Merkmale, Anforderungen und Einsatzfelder, lassen sich die Prototyparten unterscheiden in: Designmodelle, geometrische Prototypen, Funktionsprototypen, technische Prototypen sowie Vorserienbauteile. <br /><br />Im Jahr 1988 wurde als erstes Rapid Prototyping Verfahren die Stereolithographie (STL) kommerzialisiert. Inzwischen werden viele weitere Technologien wie das Solid Ground Curing (SGC), das Laser Sintering (SLS), das Layer Laminated Manufacturing (LLM), das Fused Deposition Modeling (FDM), und das Three Dimensional Printing (3DP) industriell genutzt. Neben den genannten, bereits heute kommerziell verfügbaren Rapid Prototyping Verfahren, befinden sich derzeit zahlreiche weitere Verfahren in der Entwicklung, die nach verschiedenen Wirkprinzipien arbeiten und zum gegenwärtigen Zeitpunkt zum Teil deutlich unterschiedliche Technologiereifegrade aufweisen.<br /><br /><br /><br /><br />----
<u>Vorteile=='''Quellen:'''==*Gunter Erhard Konstruieren mit Kunststoffen , Hanser Verlag, 3 Auflage ISBN 3-446-22589-7*Oberbach/Baur/Brinkmann/Schmachtenberg, Saechtling Kunststoff-Taschenbuch, Hanser Verlag, 29 AuflageISBN 3-446-22670-2*Keller/Kilgus/Klein/Winkow, Der Werkzeugbauer, Europa-Lehrmittel Verlag, 13 AuflageISBN 3-8085-1203-2<br /u>*Rapid Prototyping, Einführung von P. Köhler Relativ hohe Genauigkeit und Oberflächengüten[[Media:Rapid_Prototyping-P.Köhler.pdf]] Geeignet für komplizierte Strukturen und dünne Rippen<br />
Kontinuierliche Prozessverbesserungen=== <span style="color: blue">''Weiterführende Literatur''</span> ===*Andreas Neef/Klaus Burmeister/Stefan Krempl, Vom Personal Computer zum Personal Fabricator, Murmann Verlag, 01 Auflage ISBN 3-9380-1739-2 *Gebhardt, Rapid <span style=>Prototyping</span>, Werkzeuge für die schnelle Produktentwicklung, Hanser Verlag, 2 AuflageISBN 3-446-21242-6
<ubr /><br />Nachteile:<br /u>
Schwierig quantifizierbares Schrumpfen [[Kategorie:Entwicklung und VerziehenKonstruktion]][[Kategorie:Fertigungstechnik]]