Das Versprechen des industriellen 3D-Drucks (additive Fertigung) als Produktionsmethode für den Endverbraucher ist heute durch eine Reihe von additiven Verfahren, die funktionale Produkte in einer Vielzahl von Branchen liefern, weitgehend umgesetzt.
Beispiele gibt es viele: Motorlager für Kraftfahrzeuge, Treibstoffdüsen für Düsentriebwerke, Halterungen für Flugzeugkabinen, maßgefertigte Hörgeräte, chirurgische Werkzeuge, und die Liste ist endlos.
Aber täuschen Sie sich nicht: Der 3D-Druck war und ist ein leistungsfähiges Werkzeug für die Prototypenherstellung. Das ist sein Erbe. Die ersten 3D-Drucktechnologien wurden in den 1980er Jahren entwickelt, u. a. durch die Erfindung der Stereolithografie (SLA), die es Produktdesignern ermöglichte, 3D-Modelle und physische Objekte oder Prototypen zu erstellen.
Ich sehe es jeden Tag bei Protolabs, wenn Produktentwickler aus unseren sechs industrietauglichen 3D-Druckverfahren auswählen, um innovative kundenspezifische Teile und Produkte zu bauen, zu testen und zu optimieren.
Mit diesem Hintergrundwissen über Prototypenentwicklung stellen wir Ihnen fünf Möglichkeiten vor, wie der 3D-Druck das Produktdesign bereichert.
Frühzeitige Produktentwicklung ermöglichen
Als Produktentwickler haben Sie vielleicht eine allgemeine Vorstellung von einem Teil oder einem Gesamtprodukt, und Sie wissen, dass Sie die Konstruktion in SolidWorks oder einer anderen Software ändern und anpassen können. Aber irgendwann müssen Sie einen physischen Prototyp sehen. Der 3D-Druck ermöglicht es Ihnen, mehrere Iterationen des Designs, der Form und der Größe des Produkts zu erstellen, und das in kürzester Zeit - mit anderen Worten: Rapid Prototyping.
Und je nach Methode und Material, das Sie beim Prototyping verwenden, sind Ihre Möglichkeiten endlos. Ein Beispiel? In letzter Zeit sehe ich immer mehr Designer, die 3D-gedruckte Prototypen verwenden, damit sie bei der Iteration verschiedener Entwürfe anhand eines klaren Modells sehen können, was im Inneren eines Teils passiert. Nehmen wir eine Bohrmaschine. In ihrem Innern finden eine Menge Vorgänge statt. Mit einem klaren Prototyp eines neuen Bohrmaschinenmodells kann der Konstrukteur sehen, was im Inneren vor sich geht. Aber auch das ist nur eines von Hunderten von Beispielen.
Natürlich werden die meisten dieser Teile letztendlich im Spritzgussverfahren oder mit anderen konventionellen Fertigungsmethoden hergestellt, aber das 3D-gedruckte Prototypenteil trägt zur allgemeinen Designentwicklung bei.
Unterstützung bei der Validierung des Produktdesigns
Noch in der frühen Design- und Konzeptionsphase wird der 3D-Druck von Produktdesignern häufig dazu verwendet, einen Prototyp zu entwickeln, der so aussieht, wie er aussieht, und sich auf das allgemeine Erscheinungsbild und die kommerzielle Attraktivität zu konzentrieren. In dieser Phase erhalten die Entwickler frühes Kundenfeedback. Sie legen ein physisches Teil in die Hände eines Kunden und bitten um kritisches Feedback: Sieht es richtig aus, fühlt es sich richtig an, entspricht das Produkt den Anforderungen des Marktes? Auch hier ermöglicht der 3D-Druck den Entwicklern, mehrere Design-Iterationen durchzuführen. Die Smartphone-Designer, mit denen wir zusammengearbeitet haben, sind ein gutes Beispiel dafür. Sie haben hohe, breite, dicke, dünne, kleine, große und so weiter iteriert. Der Punkt ist, dass der physische Prototyp, der dem Kunden zur Prüfung übergeben wird, normalerweise in 3D gedruckt wird.
Erleichterung der funktionalen Validierung
Ich beziehe mich hier auf die technische Überprüfung, die Funktionsprüfung eines Teils. Dabei handelt es sich um einen "funktionsfähigen" Prototyp, der sich auf die Gesamtfunktionalität des Teils oder Produkts konzentriert und darauf, wie es tatsächlich funktionieren wird. Beim 3D-Druck können Sie vielleicht nicht unbedingt genau das Material verwenden, aus dem das Teil auf herkömmliche Weise hergestellt wird, aber dank der vielen 3DP-Prozesse hier bei Protolabs können Sie die meisten der Funktionen testen, die Sie für das Teil vorsehen, sei es durch Aufpralltests, Luftstromtests, Temperaturtests und so weiter. Und, noch einmal, das Schöne am 3D-Druck? Sie können schnell mehrere Designs und Prototypen ausprobieren.
Reduzierung der mehrteiligen Montage
Dies kommt auf der Produktionsseite der additiven Fertigung zum Tragen, wenn das endgültige oder für den Endverbrauch bestimmte Teil in 3D gedruckt werden soll. Dies ist einer der am häufigsten genannten Vorteile der additiven Fertigung: die Möglichkeit, bestehende, aus vielen Teilen bestehende Baugruppen zu einem einzigen Teil zu konsolidieren. Wie wir bereits in unserem Leitfaden zur Teilekonsolidierung berichtet haben, haben Sie dies vielleicht schon erlebt, ohne es zu wissen, wenn Sie mit einem neueren Flugzeug geflogen sind. Das bekannteste Beispiel aus der Luft- und Raumfahrtindustrie ist die additiv gefertigte Treibstoffdüse von GE für das LEAP-Triebwerk von CFM International. Die Düse war eine Triebwerkskomponente, die aus 20 Teilen bestand, die zu einem einzigen zusammengefügt wurden, was zu einer Gewichtsreduzierung von 25 % führte.
Angebot einer Design- und Entwicklungsoffensive
Schließlich ist dies auch einer der Vorteile, von denen alle sprechen. Was meine ich mit "Design Off-Rampe"? Ich beziehe mich auf die Designfreiheit, die der 3D-Druck bietet. Wenn Sie mit einem bestimmten Entwurf nicht weiterkommen und an einen Punkt kommen, an dem es so aussieht, als ob Ihr Teilentwurf nicht bearbeitet werden kann, bietet Ihnen der 3D-Druck eine Ausweichmöglichkeit.
Mit einigen Einschränkungen können Produktentwickler eine phänomenale Teilekomplexität schaffen. In diesem Zusammenhang wird oft zitiert, und ich bin mir nicht sicher, wer es zuerst gesagt hat, dass "Komplexität kostenlos ist", wobei die Idee ist, dass zumindest in der Entwurfsphase diese unbegrenzte Teilekomplexität ohne zusätzliche Kosten entsteht. Aber seien Sie hier vorsichtig. Lassen Sie sich nicht in die Enge treiben. Aufgrund des großen Teilevolumens kann es nämlich sein, dass Sie etwas neu entwerfen oder umgestalten müssen, das später CNC-bearbeitet oder spritzgegossen werden kann. Genießen Sie also die Freiheit, aber seien Sie vorsichtig.
Bei Fragen zum 3D-Druck oder zu unseren Dienstleistungen bei Protolabs, wenden Sie sich bitte an einen Application Engineer unter [email protected] oder +49 (0)89 90 5002 0. Haben Sie einen Entwurf für den 3D-Druck? Laden Sie Ihr Bauteil jetzt hoch, um ein sofortiges Angebot zu erhalten.
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