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Profile: Rapid Prototyping

3D-Druck Prototypen aus elastischem Silikon-Druckmaterial

  • Flexible Prototypen
  • Wasserstrahlgeschnittene Profilabschnitte
  • Das aufwändige Herstellen Extrusionswerkzeugen entfällt
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3D-Druck Prototypen aus elastischem Silikon-Druckmaterial

Vorschaubild Video Dichtungen und Formteile für 3D-Druck
3D-Druck

Im 3D-Druck-Verfahren können Abschnitte von Profilen, schichtweise nach CAD-Datensätzen aufgebaut werden.

Der 3D-Druck von Profil-Prototypen ist mittlerweile neben dem Wasserstrahlschneiden das wichtigste der beiden Rapid Prototyping Verfahren. Das aufwändige Herstellen von Extrusionswerkzeugen entfällt; der 3D-Drucker erschafft einen Profilabschnitt quasi aus dem Nichts.

Mit der 3D-Drucktechnologie kann KREMER flexible Prototypen aus einem silikonähnlichen Material in den Härtegraden 35 Shore A oder 65 Shore A drucken. Die wahlweise aus einem der beiden Materialien hergestellten Prototypen sind der Funktionsweise eines Silikonprofils schon recht ähnlich.

Weitere 3D-Druck-Verfahren

3D-Druck ist ein Oberbegriff für unterschiedliche Verfahren, die nach ähnlichem Prinzip funktionieren. Allen gemein ist der schichtweise Aufbau des Werkstücks aus formneutralen oder formlosen Werkstoffen auf Basis dreidimensionaler CAD-Konstruktionsdaten. Dazu gehören das Selektive Lasersintern (SLS) und die Stereolithografie (STL oder SLA). Diese Verfahren kommen je nach kundenspezifischen Vorgaben an einen Prototyp zum Einsatz, die Bandbreite der nutzbaren Werkstoffe ist enorm breit und vielseitig.

Dank langjähriger Erfahrung und Kompetenz im Rapid Prototyping ist KREMER in der Lage, Entwicklungszeiten – die „Time to Market“ – auf ein Minimum von wenigen Wochen bis Tagesfrist zu verkürzen.

Selektives Lasersintern

Das Selektive Lasersintern (SLS) ist ein Verfahren, um räumliche Strukturen durch Sintern aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff herzustellen.

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.

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Verwendung von seriennahen Werkstoffen wie Polyamid, Polystyrol (PS) und Polypropylen (PP). Diese Werkstoffe lassen sich ihren Eigenschaften entsprechend in unterschiedlichste Entwicklungsprozesse einbinden.

Stereolithografie

Stereolithografie (abgekürzt STL oder SLA) ist ein technisches Prinzip des Rapid Prototypings und des Rapid-Manufacturings, in dem ein Werkstück durch frei im Raum materialisierende (Raster-)Punkte schichtenweise aufgebaut wird. Die Fertigung eines Teils oder mehrerer Teile gleichzeitig erfolgt üblicherweise vollautomatisch aus am Computer erstellten CAD-Daten.

Die Stereolithographie wurde kontinuierlich weiterentwickelt. Es stehen eine Vielzahl von Werkstoffen mit unterschiedlichsten Eigenschaftsprofilen zur Verfügung.

Für Anschauungsmuster mit einer hohen Anforderung an Detailwiedergabe und Oberflächenqualität ist die Stereolithographie (SLA) die erste Wahl.

Vakuumguss-Technik

Das Vakuumgießen ist eines der am weitest verbreiteten Verfahren zur schnellen und kostengünstigen Vervielfältigung von Urmodellen. Kleine bis mittelgroße Bauteile entstehen im „klassischen“ Vakuumguss. D. h., hier wird sowohl das Werkzeug als auch das Polyurethan evakuiert. Dies geschieht mit Hilfe einer Form aus Silikonkautschuk unter Nutzung einer Vakuumkammer zur Vermeidung von Lufteinschlüssen in Form und Werkstück. Die Gussform aus Silikon ermöglicht sehr viele, im Durchschnitt ca. 25 Abgüsse.

Die Vakuumguss-Technik setzen wir schwerpunktmäßig für das Vergießen von Polyurethan und Silikon ein.

Dank der sehr großen Auswahl und Verfügbarkeit von unterschiedlichsten Eigenschaftsprofilen der PU-Werkstoffe können nahezu alle Kunststoffteile sehr schnell in Form und Funktion getestet werden. Bei kleineren Stückzahlen sind diese Werkstoffe auch für Serienanwendungen eine Alternative zu Spritzgussteilen.

Silikon steht in vielen Shore-A-Härten zur Verfügung. Das so hergestellte Vakuumgussteil kann serienmäßig eingesetzt werden.

Wasserstrahlgeschnittene Prototypen

Mit dem Verfahren des Wasserstrahlschneidens schneiden wir sehr schnell Prototypen aus serienmäßigen Materialien.

Der Werkstoff spielt dabei keine entscheidende Rolle. Für das Wasserstrahlschneiden benötigen wir nur DXF-Dateien, und schon können wir Prototypen aus

  • Gummi (Vollgummi),
  • Zellkautschuk (Schaum- oder Moosgummi) und
  • Kunststoff oder Kunststoffschaum

innerhalb weniger Tage herstellen.

Wesentlicher Vorteil des Verfahrens: Die Schnittbilder der aus Dichtungs- und Isoliermaterialien hergestellten Prototypen fallen nicht konkav aus.

Zahlen – Daten – Fakten

Informatives aus dem Hause KREMER

4.040.000

Icon: Anzahl gelieferter Profile in 2020

Anzahl gelieferter Profile in 2020

2.357

Icon: Realisierte Zeichnungsteile

Realisierte Zeichnungsteile

188

Icon: Anzahl aktiver Kunden in 2020

Anzahl aktiver Kunden in 2020

7,3

Icon: Umsatzanteil größter Kunde in %

Umsatzanteil größter Kunde in %

Anfrage Prototypen

Schritt 1
Erlaubte Dateitypen: pdf, jpg, dxf, stp, step, igs, tif, dwg, x_t, zip
Maximale Größe pro Datei: 6,00 MB
Hochgeladene Dateien (0 von 5):
+

Anwendungsbeispiele für Rapid Prototyping

Glasauflageprofil für Wintergärten

Anforderungen an die Produktfunktionalität

Eine kleine Maßänderung des Alu-Strangprofils führte bei einem Wintergartenhersteller zu unerwarteten Montageschwierigkeiten des gelieferten EPDM-Glasauflageprofils. Durch eine gezielte Anpassung des Fuß- und Klemmbereichs des Glasauflageprofils an das Aluprofil sollte KREMER eine problemlose Montage und Stabilität gewährleisten. Größtes Problem: der Zeitdruck – wir mussten schnell eine Lösung realisieren.

Die Lösung

Die KREMER-Techniker haben den CAD-Datensatz des Glasauflageprofils angepasst und einen 20 cm langen und 60 Shore A weichen Profilabschnitt im Prototypen-Druckverfahren hergestellt. So konnten wir die Montierbarkeit und die Funktionalität des toleranzausgleichenden Fuß- und Klemmbereichs analysieren.

Drei Tage nach Korrektur der CAD-Daten lagen die Ergebnisse vor: Durch die Prüfung des Prototyps erzielten wir Erkenntnisse, die wir für den Bau des Extrusionswerkzeuges verwenden konnten. Die gedruckten 3D-Prototypen beschleunigten das Ergebnis. Schnelligkeit lag für unseren Kunden ganz klar im Fokus.

Hohlkammerprofil als Fugendichtung

Anforderung

Erstellung eines Angebotes einer Fugendichtung für eine Spaltbreite von 20 mm. Der Kunde benötigte eine serienmäßig hergestellte Musterlänge eines aus EPDM extrudierenden Profils für Demonstrationszwecke. Die Zeitvorgabe war sehr knapp bemessen.

Problemstellung

Kurz vor Auftragsvergabe stellte sich heraus, dass sich die Fugendichtung zur Überbrückung einer deutlich höheren Toleranz von 20 +10/-8 mm eignen sollte.

Lösung

Die KREMER-Techniker überarbeiteten die Geometrie der Fugendichtung, so dass von einem ursprünglich konstruierten Fahnenprofil ein Hohlkammerprofil abgeleitet wurde.

Damit sich das Hohlkammerprofil bei Ausnutzung der vollen Minustoleranz zusammenfalten und im gegenteiligen Fall auch vollständig strecken konnte, musste die Konstruktion sowohl Sollknickstellen als auch mechanisch belastbare Wanddicken beinhalten, die einen Gegendruck aufbauen konnten.

Überprüfung der Konstruktion

Aus Termingründen konnte das Knick- und Streckverhalten des Profils zum Zeitpunkt der Auftragsvergabe nicht mehr vorab über wasserstrahlgeschnittene Prototypen (s. Wasserstrahlschneiden) getestet werden. Auch wenn diese Studie am wasserstrahlgeschnittenen Prototyp nur wenige Tage in Anspruch genommen hätte, wäre der Versuchsaufbau mit dem Vorserienprofil nicht mehr realisierbar gewesen. Das Profilwerkzeug wurde gebaut und die für den Versuchsaufbau des Kunden benötigte Musterlänge des EPDM-Dichtungsprofils hergestellt.

Zum Zwecke weiterer Designstudien und Überprüfung vermeintlicher Produktoptimierungs-möglichkeiten wurde die Herstellung von Prototypen nachgeholt. Die in einigen Punkten korrigierten Querschnittsdaten der wasserstrahlgeschnittenen Profilabschnitte bestätigten die unveränderte Hohlkammer-Profilkonstruktion von KREMER für die Serie.

Weitere Informationen zum Rapid Prototyping

Können Prototypen auch aus weichem, elastischem Material gedruckt werden?

Die Drucker und Werkstoffe von Keyence ermöglichen einen 3D-Druck mit weichem und elastischem Material. Sie setzen Maßstäbe hinsichtlich Geschwindigkeit, Materialeigenschaften und Preis-Leistungs-Verhältnis und stellen eine solide Grundlage dar, auf der wir Sie künftig in der Entwicklungsphase noch besser unterstützen können. Die Vorteile der Prototypen, die Sie bei KREMER erstellen lassen können:

  • Weiche Prototypen aus silikonähnlichem Material in 35 Shore A oder 65 Shore A
  • Prototypen als Funktionsmuster – Dichtigkeitsprüfungen möglich
  • Hauchdünne Materialschichten von 15 µm für feine Details und Wanddicken bis zu 0,6 mm
  • Glatte, nachträglich lackierfähige Oberflächen sind möglich
  • Prototypen mit äußerst geringer Wasseraufnahme (Wasserabsorption <0,4%)
  • Teilegeometrien bis zu einer Länge und Breite eines DIN A4 Blattes und einer Höhe von maximal 200 mm
  • Silikonähnliche Beständigkeiten und Eigenschaften des Druckermaterials
  • Hitzebeständigkeiten wie bei Silikon: 65 Shore A Type bis 150°C/35 Shore A Type bis 200°C
Wie schnell können gedruckte Prototypen geliefert werden?

KREMER hat den Anspruch, seinen Kunden immer das Rapid Prototyping(RP) Verfahren anbieten zu können, das das meiste Einsparpotenzial in punkto Zeit und Kosten gewährleistet. Der 3D-Druck ist hierfür ideal: Lieferungen innerhalb von 48 Stunden sind mit dem Keyence-Drucker realisierbar.

Können auch Prototypen mit harten und weichen Materialien in einem Vorgang gedruckt werden?

Der 3D-Druck mit PolyJet-Matrix-Technologie bietet uns die Möglichkeit, Ihnen bereits in der Planungs- und Projektierungsphase auf zeitsparende und kostengünstige Weise detailgetreue, komplexe, auch mehrkomponentige Prototypen – ohne teure Werkzeuge – anzufertigen. Eine Lieferzeit von wenigen Arbeitstagen ist möglich.

Den 3D-Daten werden digital Eigenschaftsprofile zugewiesen. Der Drucker bevorratet verschiedene Acrylatwerkstoffe, sowie ein Stützmaterial. Damit können unterschiedlichste Shorehärten und Farben beliebig miteinander kombiniert und quasi digital gemischt und in einem Druckvorgang verarbeitet werden. Das Acrylatmaterial ist nicht so beanspruchbar wie die silikonähnlichen Materialien des Keyence-Druckverfahrens. Aufgrund der extrem dünnen Schichten von 0,016 mm bei einer Auflösung von 600 dpi stellt die PolyJet-Matrix-Technologie das derzeit genaueste RP-Verfahren dar.

Durch das frühzeitige Erkennen und Beheben von eventuellen konstruktiven Fehlern oder Schwachpunkten kann mittels generativen Fertigungsverfahren eine ausgereifte Ausgangsbasis für Serienteile hergestellt werden. Unnötige Kosten für nachträgliche Fehlerkorrekturen in herkömmlichen Werkzeugen werden vermieden.

Der 3D-Druck wird insbesondere eingesetzt, um erste Einbauversuche durchzuführen. Manchmal empfiehlt es sich auch, Bewegungen von Dichtungen im Vorfeld zu simulieren. Hierfür eignet sich der Werkstoff Acrylat. Allerdings ist Acrylat nicht geeignet für serienmäßige Anwendungen.

Unser größter Ansporn? Zufriedene Kunden!

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