Hier kommt der Masterplan

9. Mai 2005, 11:26
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Dank Rapid Prototyping können Produkte, die bisher nur in großer Stückzahl wirtschaftlich herstellbar waren, auch in Kleinserien auf den Markt geworfen werden

Mithilfe von neuen Technologien wächst das Produkt gleichsam Schicht für Schicht. Was in der Autoindustrie begann, hat mittlerweile auch die Medizintechnik erreicht. Der Bericht über eine Technologie-Revulution in der Industrie
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Nach Jahrtausenden der Einzelanfertigung veränderte die Serienproduktion unsere Konsumgesellschaft nachhaltig. Nun steht der nächste Schritt bevor: Mithilfe der Methoden des so genannten Rapid Prototyping ist es möglich, viele Produkte, die bisher nur in riesigen Stückzahlen wirtschaftlich herstellbar waren, auch in Kleinstserien auf den Markt zu bringen.

So können etwa Brillengestelle ohne die üblichen Werkzeuge produziert werden: Direkt von der dreidimensionalen Darstellung am Bildschirm gelangen die Daten in eine Maschine, die die Brille vollautomatisch produziert. Und das geht so: Auf einer Grundplatte werden mittels Laser-Technologie viele dünne Materialschichten übereinander aufgetragen und miteinander versintert oder verklebt, bis das Ding fertig ist. Rohmaterial ist entweder ein Pulver, es werden aber auch Folien oder flüssiges Kunstharz verarbeitet. Überwiegend handelt es sich um Kunststoffe, mittlerweile können auch Metalle, Holz oder auch Papier auf diese Weise direkt vom Entwurf zum fertigen Produkt verarbeitet werden.

Kern der Sache: Hier muss weder etwas gebogen, gesägt, gegossen oder sonstwie in Form gebracht werden. Das Produkt wächst praktisch Schicht für Schicht wie von selber. Weil nicht eigens spezielle Werkzeuge oder Formen gebaut werden müssen, ist diese Methode ganz besonders bei geringen Stückzahlen interessant. Aus dem ursprünglichen Rapid Prototyping ist also mittlerweile ein zusätzlicher Begriff entstanden, nämlich Rapid Manufacturing.

Angefangen hat alles in den Achtzigerjahren in der Autoindustrie, weil man nach Möglichkeiten suchte, Modelle und Styling-Studien für die Arbeit der Designer und zur Ausstellung auf Autosalons billiger und schneller herzustellen. Immerhin hatte man bereits 3-D-Daten zur Verfügung und ein Auto in herkömmlicher Weise einzeln anzufertigen kostete nicht nur enorm viel Geld, sondern auch Zeit. Wurden anfangs nur Modelle zur Überprüfung ihrer optischen Qualität hergestellt, können heute auch konkrete Bauteile produziert werden. Man spricht von Rapid Manufacturing und denkt hier auch an das Geschäft mit Ersatzteilen, sodass man diese auch Jahre nach Auslaufen der Serienproduktion noch nach Bedarf herstellen kann. Ein eifriger Anwender ist etwa die Formel 1, wo von Maßstabs-Windkanal-Modelle über Unterböden bis zu Karosserieteilen auf diese Weise schnell und vergleichsweise kostengünstiger entstehen.

Rapid Prototyping basiert also auf den Daten aus dem Konstruktionsprogramm, und deren Verarbeitung erfolgt mittels Lasertechnologie. Wobei der Laser sowohl die Energie zum Sintern der Werkstoffschichten einbringt als auch für die exakte Formgebung zuständig ist, schließlich wird das Teil ja ohne äußere Form hergestellt. Die Materialschichten werden auf einer beweglichen Platte aufgebracht, die sich mit jeder neuen Schicht genau um dieses Maß vom Laser wegbewegt, womit immer der gleiche Abstand zum Laser herrscht. Die zwei am häufigsten angewendeten Verfahren sind dabei die Stereolithografie, bei der ein Modell aus flüssigem Kunstharz aufgebaut wird, und die jüngere Methode ist das Lasersintern, wo pulverförmige Ausgangsmaterialien verwendet werden, und zwar nicht nur Kunststoff, sondern unter anderem auch Metalle. Durch die Flexibilität in der Verwendung unterschiedlicher Materialen wird dem Lasersintern eine große Zukunft vorausgesagt.

So bietet etwa einer der Führenden am Markt, die Firma EOS in München, bereits drei Produktlinien zur Verarbeitung verschiedener Werkstoffgruppen an. Einerseits das Kunststoff-Lasersintern, bei dem Teile aus Polyamid und Polystyrol (das klassische Styropor, etwa zum Einsatz als verlorenes Gussmodell) produziert werden können.

Ein weiteres Gerät dient zur Verarbeitung von Metallen, sowohl zu Prototypen als auch zu Endprodukten. Darüber hinaus gibt es auch die Möglichkeit, Gussformen und -kerne aus Sand Zeit sparend herzustellen.

Schneller produzieren

Für den heimischen Mittelstand eröffnen sich durch Rapid Prototyping neue Chancen, schneller und günstiger zu produzieren. Nicht zuletzt in Niederösterreich, unter anderem durch die Regionalen Innovationszentren (RIZ) und ihr Fortbildungsprogramm (siehe Bericht unten). Beispiele von Anwendungen gibt es bereits genug: Die in St. Andrä-Wördern ansässige Bibus Austria GmbH hat kürzlich Fertigungssysteme in ihr Vertriebsprogramm aufgenommen, die mithilfe dreidimensionaler Computerdarstellungen plastische Modelle der zu produzierenden Werkstücke direkt aus dem Projektstadium heraus erstellen können. Die Systeme bezieht sie von der Z Corporation in Massachusetts.

Der Kreativität sind kaum Grenzen gesetzt. So erwartet man auch große Fortschritte in der Medizintechnik. Dabei ist die einfachste Aufgabe noch die Herstellung von Anatomie-Modellen. Als wichtiges Anwendungsgebiet von Rapid Prototyping erscheint auch die Produktion von Prothesen und der Einsatz in der plastischen Chirurgie. Sogar an Knochenersatz durch die Verwendung von Werkstoffen, die keine Abstoßungsreaktionen der Immunabwehr hervorrufen, wird gearbeitet.(Rudolf Skarics/DER STANDARD, Print-Ausgabe, 2. 5. 2005

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    Durch Rapid Prototyping lassen sich Einzelstücke günstig herstellen, sie enstehen Schicht für Schicht durch moderne Technologien

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