Rapid Prototyping: Was ist das?

Rapid Prototyping – wörtlich „schneller Prototypenbau“ – bezeichnet Verfahren, mit denen Prototypen, Funktionsmuster und erste Kleinserienbauteile schnell und mit geringen Werkzeugkosten hergestellt werden. Ziel ist es, Geometrie, Passung, Funktion und teilweise auch Materialverhalten zu prüfen, bevor in teure Serienwerkzeuge (z. B. für Spritzguss oder Extrusion) investiert wird.

In der Elastomer- und Dichtungstechnik eignet sich Rapid Prototyping besonders für Dichtungen, O-Ringe, Profilquerschnitte, Formteile und Spritzgussteile. Konstruktion, Montage und Dichtwirkung können am realen Bauteil getestet werden, ohne dass bereits Serienwerkzeuge bereitstehen müssen.

Typische Rapid-Prototyping-Verfahren

Unter Rapid Prototyping werden verschiedene Fertigungstechnologien zusammengefasst – vor allem aus der additiven Fertigung, ergänzt um schnelle Werkzeug- und Zuschnittverfahren:

• 3D-Druck (additive Fertigung)
  Schichtweiser Aufbau des Bauteils direkt aus CAD-Daten. Je nach Verfahren (FDM, SLS, SLA/DLP) kommen thermoplastische Kunststoffe, Fotoharze, Metalle oder elastische, silikonähnliche Materialien zum Einsatz. In der Dichtungstechnik lassen sich so elastische Prototypen mit definierten Härten (z. B. im Bereich 35–65 Shore A), Wanddicken ab etwa 0,5–0,6 mm und komplexen Geometrien fertigen – etwa Dichtlippen, Membranen oder Profildichtungen bis zu einigen hundert Millimetern Länge.
• Selektives Lasersintern (SLS)
  Pulverförmiges Material wird lokal mit einem Laser aufgeschmolzen und schichtweise aufgebaut. Das Verfahren eignet sich für robuste Funktionsmuster mit komplexen Innengeometrien, etwa Gehäuse, Trägerteile oder technische Formteile, die später mit Elastomer-Dichtungen kombiniert werden.
• Stereolithografie (SLA/DLP)
  Ein flüssiges, lichtempfindliches Harz wird in einem Bad schichtweise ausgehärtet. Möglich sind sehr feine Details, glatte Oberflächen und optisch hochwertige Modelle – sinnvoll etwa für Sichtteile oder präzise Urmodelle, aus denen später Silikonformen für Vakuumguss hergestellt werden.
• Vakuumguss
  Aus einem Urmodell (z. B. 3D-gedruckt) wird eine Silikonform erzeugt. In diese werden Polyurethan- oder Silikonsysteme im Vakuum eingegossen. So entstehen Kleinserienprototypen mit serienähnlicher Optik, Haptik und mechanischen Eigenschaften – etwa für Griffteile, Gehäusekomponenten oder elastische Formteile.
• Subtraktive Verfahren (z. B. Wasserstrahlschneiden, Fräsen)
  Flache Dichtungen oder Profilmuster werden aus Platten- oder Tafelmateriel konturgenau ausgeschnitten. Das ist besonders interessant, wenn seriennahe Originalmaterialien (z. B. Faserstoffdichtungen, Gummiplatten, PTFE-Folien) getestet werden sollen, bevor ein Stanzwerkzeug gefertigt wird.

Häufig wird Rapid Prototyping durch 3D-Scan und Reverse Engineering ergänzt: Vorhandene Musterteile oder Bauteile werden optisch vermessen, als STL- oder CAD-Datensatz rekonstruiert und anschließend im passenden Rapid-Prototyping-Verfahren gefertigt.

Nutzen in der Dichtungs- und Formteilentwicklung

Rapid Prototyping ermöglicht in der Entwicklung von Dichtungen, Profilen und Formteilen unter anderem:

• frühe Einbau- und Funktionsprüfungen am realen Bauteil
• schnelle Iterationsschleifen bei Querschnittsgeometrien, Dichtlippen, Rast- und Steckbereichen
• Erkennen von Kollisionsstellen, Toleranzproblemen und Montagegrenzen
• realistische Bemusterung für Versuche und Kundentests
• deutliche Reduzierung von Entwicklungszeit, Werkzeugkosten und Projektrisiko

Wichtig: Prototypen aus Rapid-Prototyping-Werkstoffen sind nicht in jedem Fall materialidentisch zur späteren Serie. Besonders bei elastischen Dichtungen und technischen Elastomeren können Reißfestigkeit, Druckverformungsrest, Medienbeständigkeit und Alterungsverhalten abweichen. Für die finale Freigabe kritischer Anwendungen ist daher eine Bemusterung aus seriennahen oder serienidentischen Werkstoffen und Werkzeugen erforderlich.

Synonyme / verwandte Begriffe: schneller Prototypenbau, Prototypenfertigung, additive Prototypenfertigung, Rapid Tooling (schnelle Werkzeugherstellung), Rapid Manufacturing (schnelle Kleinserienfertigung).