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                    3D Druck Metall – Verfahren im Überblick

   Unter dem Oberbegriff Metall-3D-Druck werden verschiedene additive
   Fertigungsverfahren zusammengefasst, die sich im Wesentlichen in zwei
   Kategorien einordnen lassen. Selektives Lasersintern, selektives
   Laserschmelzen und Laserauftragschweißen/Directed Energy Deposition
   arbeiten beispielsweise mit hochenergtischen Laserstrahlen. Gas Metal Arc
   Wielding und Tungsten Gas Wielding basieren auf Schweißprozessen ohne
   Laser- oder Elektronenstrahl.

   Inhaltsübersicht

     • 3D Druck Metall – Verfahren im Überblick

          • Von A wie Aluminium bis T wie Titan
          • Metallverarbeitende 3D-Druckverfahren im Überblick

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                    • Selektives Laserschmelzen (SLM)
                    • Directed Energy Deposition/Laser-Auftragschweißen
                    • Gas Metal Arc Welding (GMAW/MIG- und MAG-Schweißen)
                    • Gas Tungsten Arc Welding (GTAW/WIG-Schweißen)

               • Warum Metall-3D-Drucker nur in Industrie und Forschung zu
                 finden sind

   Allen gemeinsam ist die Möglichkeit, aus einem formlosen Werkstoff – meist
   Metallpulver oder Metalldrähte – komplexe, dreidimensionale Formen in
   einem Fertigungsprozess zu generieren. Gegenüber herkömmlichen Verfahren
   der Metallverarbeitung – formende Verfahren wie Gießen bzw. zerspanende
   Verfahren wie Drehen oder Fräsen – haben 3D-Druckteile aus Metall eine
   Reihe von Vorteilen. Ein Überblick:

     • Die Fertigung ist werkzeugfrei und erfordert keinen zeitaufwändigen
       und kostenintensiven Werkzeug- und Formenbau. Designanpassungen lassen
       sich einfach und schnell virtuell am 3D-CAD-Modell vornehmen und
       direkt drucken.
     • Eine Funktionsintegration beispielsweise von Kühlkanälen im
       Fahrzeugbau ist einem Prozessschritt möglich. Sie müssen nicht
       nachträglich gebohrt werden. Auch Baugruppen können integriert werden.
     • Komplexe geometrische Formen wie Hohlkörper oder Hinterschnitte, die
       mit konventionellen Verfahren nicht zu fertigen sind, lassen sich
       herstellen.
     • Prototypen, Einzelanfertigungen (z.B. in der Prothetik) und
       Kleinserien (z.B. bei Schmuckstücken oder im Automobilbau) lassen sich
       wirtschaftlich sinnvoll
     • Qualitativ sehr hochwertige, hochbelastbare und dabei maßgenaue
       Werkstücke mit hoher Dichte und nahezu ohne Lufteinschlüsse sind
       möglich. Filigrane Mikrostrukturen lassen sich dabei ebenso
       realisieren wie sehr große Teile in einem Stück.
     • Die schweißprozess-basierten additiven Fertigungsverfahren punkten
       zudem gegenüber konventionellen Schweißverfahren mit hochwertigen
       Schweißnähten bei einer sehr hohen Arbeitsgeschwindigkeit.
     • Eine dezentrale Fertigung nach Bedarf ist möglich, beispielsweise von
       Ersatzteilen. Außerdem können bereits bestehende Bauteile ausgebessert
       oder additiv ergänzt werden.

Von A wie Aluminium bis T wie Titan

   Metalle und Metalllegierungen für 3D-Druckverfahren werden meist in
   Pulverform oder  Drahtform als Werkstoff verwendet. Je nach Branche und
   Verwendungszweck kommen dabei Stahl, Aluminium, Edelmetalle, Titan und
   andere wie beispielsweise Nickellegierungen zum Einsatz.

   Gegenüber additiv gefertigten Kunststoffteilen punkten Metallteile dabei
   in der Regel mit hoher Temperaturbeständigkeit, Widerstandsfähigkeit und
   Robustheit. Die Maßhaltigkeit und Dichte unterscheidet sich dabei je nach
   verwendetem Fertigungsverfahren. Allerdings ist aufgrund rauer Oberflächen
   oftmals eine Nachbearbeitung erforderlich (Ausnahme:
   Schweißprozess-basierte Verfahren).

   Additiv gefertigte Metallteile – als Prototypen, maßgefertigte
   Einzelstücke oder in Kleinserien – finden sich beispielsweise im
   Maschinen-, Werkzeug- und Formenbau (z.B. aus Werkzeugstahl, Chromstahl
   oder hochtemperaturbeständigem Stahl), in Automobilbau und Motorsport
   sowie in der Luft- und Raumfahrttechnik (z.B. aus Aluminium und
   Aluminiumlegierungen), in Prothetik und Medizintechnik
   (Titan/Titanlegierungen), in Kunst, Design und Schmuckherstellung (Bronze,
   Kupfer und andere Edelmetalle sowie deren Legierungen, aber auch Aluminium
   und Edelstahl) sowie – bei den Schweißtechniken – in der Kernenergie, im
   Rohrleitungs- und Behälterbau.

   Sie möchten wissen, welches 3D-Druck-Verfahren für Ihre Branche und Ihre
   Verwendung am besten geeignet ist? Sprechen Sie uns an. Wir beraten Sie
   gern – Jetzt zum Kontaktformular

Metallverarbeitende 3D-Druckverfahren im Überblick

   Alle Metall-3D-Druckverfahren sind werkzeugfrei und benötigen nur ein
   3D-CAD-Modell als Basis für den Fertigungsprozess. Dieses CAD-Modell wird
   mithilfe spezieller Programme durch das so genannte Slicing in ein
   .stl-Format (stl = Surface Tesselation Language) umgewandelt. Dabei wird
   das Modell des zu fertigenden Werkstücks virtuell schichtweise in
   geometrische Daten zerlegt, die das 3D-Fertigungsgerät direkt auslesen
   kann. Die einzelnen Datenschichten entsprechen dabei den aufzutragenden
   Materialschichten.

    Selektives Lasersintern (SLS)

   Beim Selektiven Lasersintern wird der Werkstoff im Bauraum mit einer Rakel
   gleichmäßig verteilt. Ein oder mehrere hochenergetische Laser erhitzen die
   einzelnen Metallpulverkörner punktuell bis kurz vor dem Schmelzpunkt
   erhitzt. Dabei schmilzt die oberste Schicht der Partikel auf, ohne dass
   die Pulverkörner komplett aufschmelzen. Beim Abkühlen verbinden sich die
   Partikel mit den umliegenden, so dass schichtweise das Bauteil entsteht.
   Nach jeder gefertigten Schicht wird die Bauplatte im Bauraum abgesenkt und
   eine neue Materialschicht aufgetragen, und der Fertigungsprozess beginnt
   erneut. Stützelemente sind nicht notwendig.

   SLS-Teile sind leicht porös und haben eine raue Oberfläche, so dass sie in
   der Regel durch Schleifen oder Glätten nachbearbeitet werden. SLS ist in
   der Industrie weit verbreitet, sowohl im Bau von Prototypen und
   individualisierten Einzelteilen als auch in der Kleinserienfertigung.

   Selektives Lasersintern ist nicht nur mit Metallen, sondern auch mit
   Kunststoffen möglich. Daher wird mitunter der Begriff DMLS (Direct Metal
   Laser Sintering) zur Unterscheidung des Verfahrens je nach verwendetem
   Werkstoff verwendet.

   Eine Variante des SLS ist das Elektronenstrahlschmelzen (Electro Beam
   Melting/EBM), das statt eines Lasers einen Elektronenstrahl zum
   Verschmelzen des Metallpulvers einsetzt. Das Verfahren kommt nicht  bei
   Kunststoffen zum Einsatz.

    Selektives Laserschmelzen (SLM)

   Selektives Laserschmelzen entspricht in seinem Fertigungsprozess
   weitgehend dem des Selektiven Laserschmelzen. Der wesentliche Unterschied:
   Die einzelnen Metallpulverpartikel werden komplett aufgeschmolzen.

   SLM-Teile weisen eine hohe Dichte auf, die nahezu der gegossener
   Metallteile entspricht. Sie sind nahezu frei von Lufteinschlüssen und
   daher sehr robust und belastbar. Wichtig: Anders als SLS-Teile können
   SLM-Teile prozessbedingt deutlich schrumpfen, wenn sie abkühlen. Diese
   Maßabweichungen müssen bei der Entwicklung des 3D-CAD-Modells des Bauteils
   eingeplant werden.

    Directed Energy Deposition/Laser-Auftragschweißen

   Das Laser-Auftragschweißen nimmt eine Sonderstellung unter den
   laserbasierenden Metall-3D-Druckverfahren ein. Der Grund: Mittels
   Laser-Auftragschweißen lassen sich nicht nur neue Teile additiv fertigen
   bzw. an ein bestehendes Werkstück anfügen. Auch Reparaturen sind möglich –
   in sehr hoher Genauigkeit, Dichte und Maßhaltigkeit.

   Beim Laser-Auftragschweißen schmilzt ein Laser zuerst die Oberfläche des
   zu bearbeitenden oder auszubessernden Bauteils auf. Das so genannte
   Substrat entsteht. Dann wird der verwendete Werkstoff in Pulver- oder
   Drahtform über eine Düse auf das Bauteil aufgetragen und dort mittels
   Diode oder Faserlaser ebenfalls aufgeschmolzen. Der Werkstoff verbindet
   sich mit dem Substrat.

   Wichtig: Anders als SLS und SLM ist Laser-Auftragschweißen nur mit
   Metallen als Werkstoff möglich. Für Kunststoffe gibt es kein
   vergleichbares, additives Verfahren.

   Eine Variante des Laser-Auftragschweißens ist das Electron Beam Freeform
   Fabrication (EBF3), das statt eines Lasers einen Elektronenstrahl als
   Energiequelle zum Schmelzen des Werkstoffs einsetzt (ähnlich SLS/EBM).

    Gas Metal Arc Welding (GMAW/MIG- und MAG-Schweißen)

   Gas Metal Arc Welding – auch Metall-Schutzgas-Schweißen genannt – zählt zu
   den Lichtbogenschweißverfahren. Wie beim Laser-Auftragschweißen kann auch
   hier auf ein bereits bestehendes Werkstück gefertigt oder ein komplett
   neues Teil schichtweise additiv aufgebaut werden. Das Prinzip:  Ein Motor
   wickelt einen endlosen Schweißdraht ab und führt diesen direkt an die
   Schweißstelle. Unter Schutzgas-Atmosphäre wird ein Lichtbogen erzeugt, der
   den Schweißdraht vollständig aufschmilzt.  In der Schmelzzone verbindet
   sich der Draht mit dem Werkstück. Die Schutzgas-Atmosphäre verhindert
   dabei den Einfluss von Sauerstoff und sorgt für eine oxidationsfreie
   Verbindung der Metallteile. (weitere Infos auch in diesem Paper des MIT)

   Wichtig: Gas Metal Arc Welding erfordert hohe Sicherheitsmaßnahmen und
   umfassende Schweißerfahrung und kann nur in speziellen Räumen, niemals
   aber im Freien durchgeführt werden. Besonderes Augenmerk gilt dabei der
   sorgfältigen Vorbereitung der Schweißnähte.

   Mittels Gas Metal Arc Welding lassen sich sowohl dünne Bleche ab 0,8 mm
   Materialstärke, als auch stärkere Bleche über 10 mm Dicke verbinden. Dabei
   lässt sich das Fertigungsverfahren bei nahezu allen schweißgeeigneten
   Werkstoffen einsetzen. Kupfer, Aluminium und Aluminiumlegierungen,
   Magnesium, Nickellegierungen und Titan werden unter Argon- oder
   Helium-Atmosphäre oder mit einem anderen inerten Gas verschweißt, daher
   auch der Name MIG-Schweißen (Metall-Inertgas-Schweißen). Der Grund: Inerte
   Gase ermöglichen höhere Schweißtemperaturen, ohne dass Werkstoff oder
   Werkstück oxidieren. Bei unlegierten und legierten Stählen kommen dagegen
   bevorzugt aktive Gase zum Einsatz, oftmals ein Gasgemisch aus Argon,
   Kohlendioxid und Sauerstoff zum Einsatz (Metall-Aktivgas-Schweißen/MAG).

   Gas Metal Arc Welding ist im Rohrleitungsbau, im Maschinen- und
   Automobilbau sowie Feinwerktechnik und Kerntechnik weit verbreitet.

    Gas Tungsten Arc Welding (GTAW/WIG-Schweißen)

   Das Gas Tungsten Arc Welding – auch Wolfram-Inertgas-Schweißen
   (WIG-Schweißen) genannt – funktioniert ähnlich wie MIG- und MAG-Schweißen.
   Auch hier wird ein Schweißdraht an die Schweißstelle geführt und
   aufgeschmolzen. Als Drahtelektrode bzw. Energiequelle dient eine
   Wolframelektrode, die den Lichtbogen erzeugt. Da Wolfram einen sehr hohen
   Schmelzpunkt aufweist, schmilzt jedoch anders als bei MIG und MAG die
   Elektrode nicht selbst, sondern ein Schweißzusatz wird gesondert
   zugeführt. Ein – meist inertes – Schutzgas, beispielsweise Argon oder
   Helium, verhindert dabei den Einfluss von Sauerstoff und sorgt für
   hochwertige Schweißnähte.

   IFrame

   WIG-Schweißen wird vor allem zur Verbindung dünner Aluminium- oder
   Edelstahlbleche verwendet und kommt in erster Linie in Luft- und
   Raumfahrt, Stahlbau und Rohrleitungsbau zum Einsatz, wenn besonders hohe
   Ansprüche an die Qualität und Beschaffenheit der Schweißnaht vorliegen.

   Eine Sonderform des WIG-Schweißen ist das 3D Micro Welding (3DMW), das die
   Fertigungsmethode in miniaturisierten Maßstab einsetzt, beispielsweise in
   der Feinmechanik.

  Warum Metall-3D-Drucker nur in Industrie und Forschung zu finden sind

   Wichtig: Alle metall-basierten, additiven Fertigungsverfahren kommen
   derzeit fast auschließlich im industriellen Umfeld bzw. in
   Forschungseinrichtungen zum Einsatz. 3D-Drucker für private Verwendungen –
   vergleichbar den 3D-Druckern, die mit Kunststoffen als Werkstoff arbeiten
   und die Designer und Erfinder zur Visualisierung ihrer Ideen im eigenen
   Atelier oder Studio einsetzen können – gibt es für metallbasierende,
   generative Fertigungsverfahren kaum. Aus mehreren Gründen:

     • Kosten: Metall-3D-Druck ist deutlich teurer als solcher mit
       Kunststoffen. Nicht nur Geräte und Werkstoffe sind teurer, auch dauern
       die Fertigungsprozesse länger und der Energiebedarf ist um ein
       Vielfaches höher.
     • Patentrechte: Alle generativen Fertigungsverfahren gemeinsam ist, dass
       es vergleichsweise wenige Anbieter von Geräten und Werkstoffen gibt,
       je neuer und innovativer die Technik, desto weniger. Das liegt in
       erster Linie an den zahlreichen Patenten in diesem Bereich, die
       teilweise noch Jahrzehnte laufen und den Wettbewerb erschweren.
     • Sicherheit: Metall-3D-Druckverfahren – unabhängig davon, ob sie mit
       Laser oder Schweißprozessen arbeiten – erfordern sehr hohe
       Temperaturen. Aluminium hat beispielsweise einen Schmelzpunkt von 660
       Grad Celsius, Titan von 1668 Grad Celsius. Zum Vergleich: Polyactide
       (PLA), die zu den am häufigsten in 3D-Druck-Verfahren eingesetzten
       Kunststoffen zählen, schmelzen bei 150 bis 160 Grad Celsius. Zudem
       erfolgt der sachgemäße Umgang mit Laser wie auch mit Schweißgeräten
       umfangreiches Fachkenntnisse und große Umsicht, um hochwertige
       Ergebnisse zu erzielen und zugleich Verletzungen vorzubeugen.

   Das bedeutet: Ein Gerät für den „Hausgebrauch“ müsste einfach zu bedienen
   sein und dabei extrem hohe Sicherheitsstandards erfüllen, damit auch
   unbedarfte Anwender nicht zu Schaden kommen – kaum durchführbar und
   aufgrund möglicher Schadenersatzklagen verletzter Anwender auch
   unternehmerisch sehr riskant.

     • Fachkenntnisse: Insbesondere die schweißprozess-basierten Verfahren
       erfordern umfassende Expertise und Erfahrung im Schweißen, um
       hochwertige Schweißnähte gewährleisten.

   Aus dem industriellen Umfeld und für professionelle Verwendungen sind
   additive Fertigungsverfahren für Metalle nicht mehr wegzudenken. Im
   Gegenteil: Brancheninsider rechnen mit einer wachsenden Verbreitung in den
   kommenden Jahren. Denn die Kosten- und Zeitvorteile gegenüber
   konventionellen Verfahren der Metallverarbeitung sind teils erheblich,
   manche Prototypenentwicklung und Kleinserienfertigung durch additive
   Herstellungsverfahren überhaupt erst wirtschaftlich sinnvoll umsetzbar
   geworden.

   Sie planen die additive Fertigung eines Prototyps, Bauteils oder
   Designobjekts aus einem Metall oder einer Metalllegierung? Sie benötigen
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      CNC Fräsen: Eine traditionelle Fertigungsmethode in neuer Perfektion

   Das Fräsen zählt neben Drehen, Bohren und Schleifen zu den klassischen,
   spanenden Fertigungstechniken in Handwerk und Industrie. Der Unterschied,
   vereinfacht gesagt: Beim Fräsen wird das Werkzeug, beim Drehen das
   Werkstück bewegt. Das Grundprinzip:  Ein Fräswerkzeug, das auf den ersten
   Blick wie ein herkömmlicher Spiralbohrer aussieht, jedoch eine andere
   Schneidengeometrie besitzt, wird drehend gegen ein Werkstück geführt. Auf
   diesem Weg werden einzelne Späne Schicht für Schicht abgetragen – in
   verschiedenen Einstellungen und so lange, bis das gewünschte Bauteil, eine
   Form, ein Werkzeug oder Werkstück entstanden sind. Die Geschwindigkeit,
   mit der sich das Fräswerkzeug dreht, bezeichnet man als
   Schnittgeschwindigkeit.

   Inhaltsübersicht

     • CNC Fräsen: Eine traditionelle Fertigungsmethode in neuer Perfektion

          • CNC-gestützt vom Rohling zum fertigen Frästeil– in einem einzigen
            Fertigungsprozess
          •  Gleich- oder gegenläufig? Der Fräsvorgang

               • Hohe Wiederholgenauigkeit, hohe Präzision, hohe
                 Geschwindigkeit
               • Werkstoffe:  Man kann (fast) alles fräsen
               • Von Alu bis Wolfram: Beste Ergebnisse mit passender
                 Schnittgeschwindigkeit
               • Von PVC bis Plexiglas: Kunststoffe fräsen

   Dabei werden je nach der zu fertigenden Geometrie eines Werkstücks
   verschiedene Frästechniken eingesetzt. Dazu zählen beispielsweise das
   Planfräsen zur Herstellung ebener (Ober)Flächen, das Profil-, Rund- und
   Schraubfräsen, das Wälzfräsen unter anderem von Zahnrädern oder das
   Formfräsen im Werkzeug- und Maschinenbau. Diese verschiedenen Fräsmethoden
   sind in der DIN-Norm 8580 definiert.

   Hinzu kommen Sonderformen wie unter anderem das
   Hochgeschwindigkeitsfräsen, auch HSC (High Speed Cutting) genannt, das
   Hartfräsen von Vollhartmetallen im Werkzeug– und Formenbau oder das
   Wasserstrahlfräsen weicher Materialien wie Beton etc.

CNC-gestützt vom Rohling zum fertigen Frästeil– in einem einzigen
Fertigungsprozess

   Anders als bei anderen spanenden Fertigungsverfahren ist ein manuelles
   Fräsen von Werkstücken nicht möglich. Es wird immer ein Fräsmaschine
   benötigt. Bevor Mitte des 19. Jahrhundert die ersten Fräsmaschinen
   entwickelt wurden, erfolgte die Bearbeitung der Werkstücke durch Hobeln.
   Da das Fräsen eine genauere und schnellere Bearbeitung des Werkstoffs
   ermöglichte, verdrängte es das Hobeln in der Metallverarbeitung innerhalb
   weniger Jahre nahezu vollständig und ist heute weder aus dem Handwerk,
   noch der industriellen Fertigung wegzudenken.

   In den 1960er und 1970er Jahren wurden dabei erstmals CNC-gesteuerte
   Fräsanlagen, auch Bearbeitungszentren genannt, entwickelt.  CNC
   (Computerised Numerical Control = rechnergestützte numerische Steuerung)
   steht hierbei für ein computerbasiertes Verfahren zur Regelung und
   Steuerung von Werkzeugmaschinen. Neben einem – durchaus noch beachtlichen
   – Altbestand konventioneller Werkzeugmaschinen, die manuell vom
   Zerspanungsmechaniker bedient werden müssen, werden heute in industrieller
   Verwendung hochmoderne Fräsanlagen eingesetzt, die die schnelle und
   präzise Herstellung komplexer, dreidimensionaler Geometrien ermöglichen.
   Spezielle IT-Anwendungen und -Schnittstellen erlauben dabei die
   Programmierung einer Fräsanlage für den gesamten Fertigungsprozess eines
   Werkstücks.

   cnc frästeil

   CAD Modell und fertiges Frästeil

   Die Programmierung einer CNC-Fräsmaschine ist dabei sowohl direkt an der
   Fertigungsanlage, als auch „aus der Ferne“ möglich. Theoretisch kann der
   Maschinenbediener jedes Zeichen einzeln direkt in die Fräsmaschine
   eingeben und gegebenenfalls anpassen, falls der Fertigungsprozess dies
   erfordert. Üblicher ist jedoch das Einlesen eines – in maschinenlesbare
   Daten umgewandeltes – CAD/CAM-Modells. Dies kann über eine Schnittstelle
   ebenfalls direkt an der Fräsmaschine geschehen. So kann der
   Entwicklungsingenieur oder der Zerspanungsmechaniker die laufende
   Fertigung begleiten, beobachten und gegebenenfalls in einen noch nicht
   ausgereiften Fertigungsprozess eingreifen. Alternativ wird das fertige
   Modell zur Produktion elektronisch an die Fräsmaschine übertragen.

 Gleich- oder gegenläufig? Der Fräsvorgang

   Die DIN 8589 definiert das Fräsvorgang als „Spanen mit kreisförmiger, dem
   Werkzeug zugeordneter Schnittbewegung und beliebiger Vorschubbewegung. Die
   Drehachse der Schnittbewegung behält ihre Lage zum Werkzeug unabhängig von
   der Vorschubbewegung bei.“ (LINK) Das bedeutet: Das Werkstück ist
   unbeweglich auf der Bearbeitungsplattform fixiert, während ein oder – bei
   mehrachsigen Fräsmaschinen – mehrere Werkzeuge spanend Material abtragen.
   Das Fräswerkzeug ist dabei in der Regel mehrzahnig. Je nach Laufrichtung
   des Werkzeugs wird dabei unterschieden in Gleichlauffräsen und
   Gegenlauffräsen.

   IFrame

   Wichtig: Beim Fräsen entsteht immer Reibungswärme. Dabei gilt: Je höher
   die Fräsgeschwindigkeit, desto höher die Hitzeentwicklung. Insbesondere
   bei wärmeempfindlichen Werkstoffen wie beispielsweise Kunststoffen ist
   daher in der Regel der Einsatz von Kühlschmierstoffen notwendig, um ein
   Schrumpfen, Verziehen oder Spannungsrisse zu vermeiden. Die Kosten für
   diese Kühlmittel können dabei bis zu 20 Prozent der Gesamtkosten eines
   gefrästen Werkstücks betragen.

   Beim Gegenlauffräsen bewegt sich die Schneide des Fräswerkzeugs mit
   steigender Krafteinwirkung entgegen der Vorschubrichtung des Werkzeugs.
   Dabei entsteht ein sogenannter Kommaspan: am Anschnitt schmal verdicken
   sich diese zum Ende hin. Wichtig: Die steigende Spandicke führt zu einer
   ungleichen Belastung und damit Vibrationen bzw. Unwuchten in der
   Fräsmaschine. Auch der Verschleiß der Schneidwerkzeuge ist groß. Das
   Werkstück erhält eine glatte, aber wellige Oberflächenstruktur.

   Deutlich geringere Verschleißwerte bei bis zu 50 Prozent höheren
   Vorschubgeschwindigkeiten weist das – daher meist ökonomisch sinnvollere –
   Gleichlauffräsen auf. Hierbei entspricht die Richtung der
   Rotationsbewegung des Fräswerkzeugs der Vorschubrichtung des
   Werkstücktischs. Die beim Gleichlauffräsen abgetrennten Kommaspäne sind
   bei Schneideneintritt am dicksten und verjüngen sich zum Ende hin.
   Entsprechend erfordert der Anschnitt die höchste Krafteinwirkung des
   Fräswerkzeugs. Während des Spanens nimmt sie kontinuierlich ab.

   Wichtig: Der Werkstücktisch darf beim Gleichlauffräsen kein Spiel
   aufweisen. Denn die Rotationsbewegung des Gleichlauffräsens in Verbindung
   mit der hohen Krafteinwirkung zum Beginn des Fräsprozesses führt schnell
   zu einer Verschiebung der Position des eingespannten Werkstücks bzw. sogar
   des gesamten Werkstücktisch, wenn dieser keine ausreichende Steifigkeit
   aufweist.

  Hohe Wiederholgenauigkeit, hohe Präzision, hohe Geschwindigkeit

   Ziel des Fräsens ist immer die Herstellung von Formen oder Werkstücken in
   höchstmöglicher Genauigkeit und hoher Oberflächengüte. Dabei werden nicht
   nur Kleinserien bis 500 Stück mittels CNC-Technik gefräst. Auch im Modell-
   und Formenbau sowie in der Fertigung von Prototypen kommen Fräsmaschinen
   zum Einsatz. Die CNC-Technik ermöglicht dabei eine automatisierte,
   zeitgleiche Bearbeitung eines Werkstücks auf verschiedenen Achsen – bei
   hoher Präzision und Geschwindigkeit auch bei komplexen Geometrien. Der
   Einsatz und Wechsel verschiedener Fräswerkzeuge erfolgt automatisch, in
   kurzen Abständen und mit hoher Positionsgenauigkeit. So lassen sich auch
   aufwändigere Formen und Werkstücke wirtschaftlich in Serie fertigen, da
   die Wiederholgenauigkeit hoch und die Programmdaten einfach gespeichert
   und hundertfach abgefragt werden können.

   Kürzeste Bearbeitungszeiten ohne Qualitätseinbußen auch bei Werkstücken
   mit komplexen Geometrien ermöglichen hierbei die sogenannten
   Fünf-Achs-Maschinen. Bei Fünf-Achs-Maschinen lässt sich der Werkzeugarm in
   drei verschiedenen Achsen bewegen, der Werkstücktisch, auf dem das
   Werkstück eingespannt ist, in zwei Achsen.

   cnc fräsen eines werkstückes

   der Fräsvorgang

   Die Vorteile: Anders als bei Drei-Achs-Maschinen ist die Fertigung
   komplexer Teilen beispielsweise mit Querbohrungen und Hinterschnitten ohne
   mehrmaliges Umspannen der Fräswerkzeuge möglich. Auch zylindrisch oder
   sphärisch gewölbte Flächen sind schneller und einfacher zu realisieren.
   Die Bearbeitungszeit reduziert sich erheblich, bei oftmals besserer
   Oberflächengüte. Allerdings fallen der Programmierungsaufwand und die
   erforderliche Rechenleistung bei Fünf-Achs-Fräsmaschinen deutlich höher
   aus als bei einfacheren Drei-Achs-Maschinen.

   Sie möchten einen Prototyp, eine einzelne Form oder ein Bauteil in
   Kleinserie fräsen lassen? Senden Sie uns einfach Ihr CAD-/CAM-Modell des
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  Werkstoffe:  Man kann (fast) alles fräsen

   Meist denkt man beim Fräsen in erster Linie an Metallverarbeitung. Mit dem
   passenden Fräswerkzeug und der entsprechenden Fräsmaschine ist der
   Bandbreite der fräsbaren Werkstoffe jedoch kaum Grenzen gesetzt: Holz,
   Metalle aller Art, Thermoplaste wie Polystryrol, Polycarbonat und
   Polyamide, Duroplaste wie Epoxidharze und Polyurethan, sogar Acryl und
   Plexiglas lässt sich fräsen. Je nach Material unterscheiden sich Fräs- und
   Vorschubgeschwindigkeit sowie der Bedarf an Kühl- bzw. Kühlschmiermitteln.
   Eine Reihe meist wärmeunempfindlicher Werkstoffe kann auch „trocken“, also
   ohne jegliche Kühlmittel gefräst werden, sofern die Parameter des
   Fräsvorgangs angepasst werden. Ein Beispiel: Beim Fräsen von Holz, das
   zwar wärmeempfindlich ist, aber ebenfalls ohne Kühlmittel bearbeitet wird,
   werden Vorschubgeschwindigkeit und Frästiefe – also vereinfacht gesagt,
   die Größe der abzutragenden Späne – so angepasst, dass keine Brandschäden
   entstehen – auch ohne Kühlung.

  Von Alu bis Wolfram: Beste Ergebnisse mit passender Schnittgeschwindigkeit

   Nahezu alle Bunt- und Leichtmetalle sowie Stahl und Edelstahl werden
   mittels CNC-Fräsen bearbeitet. Je nach Material unterscheiden sich dabei
   Fräsgeschwindigkeit sowie Härte und Schärfe des eingesetzten Fräswerkzeugs
   erheblich. So wird abhängig vom Material mit Geschwindigkeiten zwischen 20
   und 10.000 m/min gearbeitet.

   Aluminium beispielsweise – einer der am  häufigsten gefrästen Werkstoffe,
   der die Herstellung präzisester Bauteile mit glatter Oberfläche ermöglich
   – kann anders als Stahl aufgrund der hohen Wärmeentwicklung beim zu
   schnellem Fräsen schmelzen und das Fräswerkzeug verkleben. Wird dies nicht
   rechtzeitig erkannt, ist nicht nur das Werkstück unbrauchbar, sondern auch
   das Fräswerkzeug irreparabel defekt. Neben einem geeigneten Kühlmittel und
   optimierter Fräsgeschwindigkeit wird daher zum präzisen Fräsen von
   Aluminium ein scharfer, aber dicker Bohrer mit guter Spanabfuhr benötigt.
   Bei Aluminiumlegierungen gilt: Je härter der Werkstoff, desto höher kann
   die Fräsgeschwindigkeit angesetzt werden. Aber auch ein zu geringe
   Schnittgeschwindigkeit ist problematisch, da der Span dann nicht mehr
   korrekt geschnitten werden kann.

   Das Fräsen härterer, hitzebeständigerer Metalle wie Stahl und Edelstahl
   erfordert dagegen besonders harte Fräswerkzeuge mit geringer Bruchgefahr.
   Die Fräsgeschwindigkeit ist in der Regel sehr hoch. Eine Besonderheit
   bildet dabei das noch junge Feld des CNC-Fräsens von Hartmetallen für den
   Werkzeug- und Formenbau. Hartmetalle zählen zu den Verbundmetallen und
   bestehen meist weit überwiegend aus Wolframcarbid. Sie weisen ein sehr
   hohe Härte, Hitzebeständigkeit und Verschleißfestigkeit auf. Entsprechend
   hohe Ansprüche stellt das Fräsen von Hartmetallen an die Präzision und
   Qualität der verwendeten Fräswerkzeuge bzw. Fräsmaschinen sowie an die
   Qualifikation des Zerspanungsmechanikers. Im Ergebnis ist Hartmetallfräsen
   deutlich teurer als das CNC-Fräsen anderer Werkstoffe und kommt nahezu
   ausschließlich in anspruchsvollen industriellen Verwendungen zum Einsatz.

  Von PVC bis Plexiglas: Kunststoffe fräsen

   Beim Fräsen von Kunststoffen ist eine geeignete Kühlung von größter
   Wichtigkeit. Bei thermoplastischen Kunststoffen (Plastomere wie
   Polyoefine, Polystyrol und Polyamid) muss insbesondere deren
   Schmelztemperatur – in der Regel circa 150 Grad Celsius – berücksichtigt
   werden. Die Zerspanungstemperatur muss daher möglichst tief gehalten
   werden. Eine Kühlung mit Pressluft oder Bohremulsion verhindert hier
   temperaturbedingte Fehler am Werkstück wie geschmolzene Schnittkanten.
   Gegen Verziehen des fertigen Werkstücks kann zudem ein Tempern des
   Werkstoffs vor dem Fräsvorgang helfen. Außerdem besonders wichtig: ein
   sehr scharfes Fräswerkzeug, da das Schneiden mit stumpfem Werkzeug die
   Wärmeentwicklung erhöht.

   Elastomere wie Gummi, Latex oder Kautschuk sind weniger wärmeempfindlich,
   erfordern aber aufgrund ihrer Elastizität extrem scharfe und präzise
   Werkzeuge. Ein zu stumpfes Fräswerkzeug verfügt nur einen niedrigen
   Schnittdruck. Das Elastomer verformt sich, die Schnittkante wird
   unregelmäßig. Die Kühlung von Elastomeren ist dagegen weniger
   anspruchsvoll als die von Plastomeren.

   Ähnliches gilt auch für Duroplaste wie Kunstharze und Silikon-Kautschuk
   sowie Acryl und Plexiglas: Beste Ergebnisse sind nur mit sehr scharfe
   Fräswerkzeuge für präzise Schnitte zu erzielen.

   Sie planen die Herstellung eines Prototypen, einer Form oder einer
   Kleinserie, wissen aber nicht welche Fertigungsmethode zu Ihrer Idee oder
   Ihrer Branche passt?  Sprechen Sie uns an. Wir beraten Sie gern.

   Sie haben sich bereits für das CNC-Fräsen entschieden? Übermitteln Sie uns
   Ihr 3D-CAD-Modell und nennen Sie uns die erforderlichen Parameter wie
   Materialeigenschaften, Stückzahl und Fertigungszeitraum. Wir senden Ihnen
   ein passendes Angebot unserer Partner – transparent und unverbindlich,
   inklusive Kostenkalkulation und Machbarkeitsanalyse. Hier geht es zu
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Fused Deposition Modeling – FDM im Überblick

   Inhaltsübersicht

     • Fused Deposition Modeling – FDM im Überblick
     • Von der Datei zum fertigen Teil
     • Vor- & Nachteile des FDM Verfahrens

          • Vorteile

               • Nachteile:

          • Typische Anwendungen:

   Das FDM-Verfahren verwendet Kunststoffmaterial, das in Drahtform auf
   Rollen vorliegt und über einen Maschinenkopf gezogen und dabei zum
   Schmelzen gebracht wird. Diese im Endstadium sehr stabilen Thermoplaste
   können in der geschmolzenen Form über eine Düse extrudiert werden und
   entsprechend den vorliegenden Daten auf die Bauplattform noch flüssig
   aufgebracht werden, wo dieses Material sofort erstarrt und sich durch den
   thermischen Schmelzvorgang verbindet.

   Daher wird dieses Verfahren auch mit „Schmelzschichtung“ sinngemäß
   übersetzt. Man kann es sich sehr vereinfacht in etwa so vorstellen wie
   eine dauernd laufende und geführte Heißklebepistole, die in feinen
   Schichten das Model mit verflüssigtem Kunststoff aufbaut.
   IFrame
   Das Verfahren wurde von Scott Crump entwickelt und die Maschinen werden
   seit 1991 verkauft. Die Firma Stratasys ist Marktführer und hat die
   Maschinen stetig weiterentwickelt.

Von der Datei zum fertigen Teil

   In der Regel werden STL-Daten für den Bau von FDM-Teilen benötigt. Diese
   werden in die zum System gehörende Software umgewandelt, bei Stratasys
   heißt diese beispielsweise Insight.

   Zweck dieser Software ist es, das Bauteil optimal auf der Plattform in der
   richtigen Lage zu positionieren, programmintern wird das Teil in
   mathematisch berechnete Schichten zerlegt, ähnlich wie bei anderen
   additiven Verfahren wird dies als „Slicen“ bezeichnet. Die Berechnung
   eventuell benötigter Stützkonstruktionen erfolgt automatisch.

   Nach Übertragung der so gewonnenen Daten an die FDM-Anlage wird wie
   bereits erläutert das auf nachladbaren Spulen vorhandene Grundmaterial aus
   verschiedenen Thermoplasten in Fertigungsqualität wie z.B. ABS, PC (
   Polycarbonat ), PA ( Nylon ) und anderen über eine Düse geschmolzen und
   aufgetragen.

   Mittlerweile existiert eine große Farbauswahl und je nach Materialwahl
   können die Teile sogar biokompatibel, gammasterilisierbar,
   kunststoffleitfähig oder auch chemikalienbeständig und flammwidrig (für
   die Luftfahrtindustrie geeignet), wasser/luftdicht oder auch sehr
   hitzebeständig sein sowie besondere mechanische Eigenschaften aufweisen,
   z.B. sehr bruch- und schlagbeständig sein.

   Das geschmolzene Material erkaltet, verbindet sich mit der vorherigen
   Schicht und durch Absenken der Bauplattform wird somit schichtweise das
   Modell erzeugt. Die meisten Stützkonstruktionen sind wasserlöslich und
   somit leicht zu entfernen. Ohne große Nachbearbeitung kann das FDM-Teil
   direkt als Endprodukt oder auch als Anschauungs- bzw. Funktionsmodell
   eingesetzt werden.
   IFrame

Vor- & Nachteile des FDM Verfahrens

  Vorteile

   Die Formstabilität, Genauigkeit und Haltbarkeit der fertigen Teile auch
   bei größeren Baugrößen lässt auch einen Einsatz als Endprodukt zu, gerade
   auch bei Kleinserien.

   Jedoch können auch Vorrichtungen, Montagehilfen sowie Teile von Werkzeugen
   sowie Hilfswerkzeuge in diesem Verfahren gebaut werden.Durch eine in
   dieser Technologie hervorragend darstellbare interne Wabenstruktur können
   auch Leichtbauteile schnell erzeugt und auf ihre Einsetzbarkeit hin
   geprüft werden.

   Die bereits erwähnte große Auswahl an Originalkunststoffen mit besonderen
   Eigenschaften ermöglicht auch spezielle Einsatzgebiete unter anderem in
   innovativen Bereichen wir Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt oder auch
   für lebensmittelverträgliche bzw. biokompatible Anwendungsbereiche.

   Da eine spezielle Raumbelüftung durch den emissionsfreien
   Fertigungsvorgang nicht notwendig ist sowie eine zwingende Klimatisierung
   ebenfalls nicht zwingend erforderlich ist, kann diese Technologie auch in
   einer ganz normalen Büro- und Fertigungsumgebung angewendet werden.

   Auch das Material kann im Ausgangszustand oder auch nach der Schmelze als
   gewöhnlicher Hausmüll entsorgt werden. Die Materialien sind nicht toxisch,
   von der Arbeitssicherheit her unkritisch und auch beim Transport in aller
   Regel nicht als Gefahrgut eingestuft, im Gegensatz zu sehr vielen
   Grundmaterialien anderer additiver Verfahren.

   Die leichte Bedienbarkeit ohne unbedingt erforderliche Vor- und
   Spezialkenntnisse, der schnelle Materialwechsel sowie leichte Entfernung
   des Stützmaterials machen dieses Verfahren gerade für reine Designer oder
   andere Anwender ohne technischen Hintergrund attraktiv, außerdem wird kein
   qualifiziertes und teures Fachpersonal zum Betrieb der FDM-Anlagen
   erforderlich und dies senkt dann auch die Betriebskosten und Endpreis der
   Teile in der Folge.

   Das Verfahren ist zudem sehr vielseitig und ermöglicht auch die Fertigung
   komplexer Baugruppen, auch mit Teilen in beweglicher Ausführung,
   verschiedenen Druckauflösungen sind möglich sowie das Einbringen von
   Einlegeteilen beim Teileaufbau.

   In der Nachbearbeitung sind durch die sehr guten mechanischen
   Eigenschaften verschiedene Bearbeitungsverfahren wie Kleben, Bohren,
   Fräsen, Schleifen und Schneiden von Gewinden möglich.
   Oberflächenveredelungsverfahren wie Beflockung, Beschriftung mit Laser,
   Metallisierung, Lackierung, Kaschieren oder Bedrucken sind ebenfalls
   möglich.

   Zu guter Letzt muss auch ein relativ geringer Anschaffungspreis verglichen
   mit STL/SLS-Verfahren genannt werden der Einstieg ist auf einem weit
   niedrigerem Niveau möglich.

    Nachteile:

   Das Verfahren ist nicht für sehr kleine und komplexe Geometrien und
   Strukturen geeignet. Die Materialkosten sind wie bei allen Verfahren recht
   hoch und die Teile sind in Baurichtung meist nicht gut belastbar. Die
   Teile sind nur bedingt zum Replizieren im Vakuumgussverfahren verwendbar.

  Typische Anwendungen:

   IFrame
   Funktions- und Anschauungs-/Präsentationsmodelle

   Vorrichtungen

   Formeinsätze z.B. für Sandgussverfahren, Tiefziehen, Umformung von Metall,
   Messlehren und –vorrichtungen, Blasformenbau

   und natürlich in immer stärkerem Maße Endprodukte !

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                   HSC Fräsen – Extrem schnell, extrem genau

   Hochgeschwindigkeitszerspanung (HGZ) – oftmals auch mit dem englischen
   Kürzel HSC (High Speed Cutting) bezeichnet – ist eine intelligente
   Frästechnologie, die als Weiterentwicklung und zugleich Sonderform des
   CNC-Fräsens der Optimierung von Fräsbearbeitungen dient. Im Maschinenbau
   gewinnt HSC dabei seit einigen Jahren kontinuierlich an Bedeutung, das
   Einsatzspektrum erweitert sich stetig.

   Inhaltsübersicht

     • HSC Fräsen – Extrem schnell, extrem genau

          • HSC: So funktioniert`s

               • Die Vorteile:
               • Die Nachteile:

   Gefragt ist HSC immer dort, wo besonders hohe Anforderungen an die
   Zeitspanleistung und die Oberflächenqualität gestellt werden und/oder wo
   ur- oder umformende Fertigungsverfahren aus technischen oder
   wirtschaftlichen Gründen keine Alternative zur abtragenden Fertigung durch
   Fräsen oder Drehen bieten. Dazu zählen in erster Linie der Werkzeugbau,
   der Formenbau und der Prototypenbau. Aber auch Bauteile mit komplexen
   dreidimensionalen Strukturen und Kleinserien werden mittels HSC
   hergestellt. Einige Beispiele: 3D-Modelle im Originalmaterial für
   Funktionstests, Blasformen für Kunststoffflaschen mit definierter
   Füllmenge, Graphitelektroden und anderes Erodierzubehör für die
   Funkenerosion und Leichtbauteile für die Luftfahrtindustrie (hier kann
   herkömmliches Zerspanen bis zu 90 % der Gesamtbauteilkosten ausmachen).

   Sie möchten prüfen, ob HSC die geeignete Fertigungstechnologie für Ihr
   Produkt ist? Sie suchen eine Alternative zum herkömmlichen Fräsen und
   möchten HSC mit einer Gusstechnik vergleichen? Wir übermitteln Ihnen ein
   passendes Angebot – inklusiv Machbarkeitsanalyse, kostenlos und
   unverbindlich. Kontaktieren Sie uns unter info@vioproto.de. Wir beraten
   Sie gern.

HSC: So funktioniert`s

   IFrame

   Das Prinzip: Spezielle HSC-Fräsmaschinen, die mit extrem hohen
   Werkzeugdrehzahlen und deutlich beschleunigten Vorschubgeschwindigkeiten
   arbeiten, ermöglichen – bei geringerer Spandicke – eine weitaus höhere
   Schnittgeschwindigkeit als bei normalen Zerspanungen. Dadurch können
   schnell und effizient hochpräzise Werkstücke von hervorragender
   Oberflächengüte gefertigt werden. Entscheidend für die Leistungsfähigkeit
   und Genauigkeit einer HSC-Maschine sind dabei die Dynamik der Maschine
   sowie das Verhältnis zwischen Drehzahl und Vorschub.

   Der Hintergrund: An konventionelle CNC-Fräsmaschinen werden hohe
   Leistungs- und Drehmomentanforderungen gestellt – bei entsprechend
   schnellem Verschleiß. Zudem begrenzt die hohe Wärmeentwicklung während des
   Schneidprozesses die Schnitt- und damit die Prozessgeschwindigkeit.

   Dabei gilt: Je höher der Vorschubwert, desto höher ist die Belastung der
   Schneidkante. Eine höhere Produktivität geht somit mit einem schnelleren
   Werkzeugverschleiß einher. Beide Aspekte führen zu einem vergleichsweise
   niedrigen Zeitspanvolumen konventioneller CNC-Fräsmaschinen – ohne
   konstante Spandicke.

   Wird jedoch die Belastung an der Schneidkante sowie die Reibungswärme
   reduziert, können die Vorschubwerte erhöht werden und damit auch die
   Produktivität.

   Hier setzt HSC an.

  Die Vorteile:

     • konstante, dünnere Spandicke bei verbesserter Spanabfuhr
     • geringere Eingriffs- und Umschlingungswinkel
     • hohe Oberflächenqualität der Werkstücke ohne oder mit nur sehr
       geringer Nachbearbeitung durch weiche, tangentiale Werkzeugbahnen
     • Bearbeitung dünnwandiger Werkstücke möglich
     • Bearbeitung von gehärteten Materialien (bis 69 HRC) und von
       Sondermaterialien möglich
     • geringere Temperatur während der Bearbeitung; kein Verzug durch
       Reibungswärme, da die durch das Zerspanen entstehende Wärme mit dem
       Span abgeführt wird
     • erhebliche Reduzierung der Schneidkantenbelastung durch bis zu 30-mal
       geringere Schnittkräfte (Spandruck)
     • deutliche höhere Produktivität durch 5- bis 10-mal höhere Vorschub-
       und Schnittgeschwindigkeiten
     • reduzierte Durchlaufzeiten: bis zu 30 % höheres Zeitspanvolumen
     • kürzere Bearbeitungszyklen (gesamter Fertigungsprozess); Programmieren
       des Prozesses direkt an der HSC-Maschine möglich

  Die Nachteile:

     • sehr hohe Sicherheitsanforderungen an den Arbeitsbereich, da aufgrund
       der stark erhöhten Drehzahlen ein erhebliches Verletzungsrisiko durch
       gegebenenfalls wegfliegende Bruch- oder Spanstücke besteht
     • höherer Werkzeugverschleiß durch hohe Drehzahlen und hohe
       Kräftebelastung
     • besondere Anforderungen an die HSC-Fräsmaschine:

          • optimale Auswuchtung erforderlich aufgrund der einwirkenden
            extremen Kräfte
          • Fräser aus feinkörnigem, beschichteten Vollhartmetall mit
            spezieller Schneidengeometrie erforderlich aufgrund der hohen
            Bearbeitungsgeschwindigkeit benötigen HSC-Maschinen spezielle
            Fräser
          • zusätzliche Schneidstoffe erforderlich (meist polykristallines
            kubisches Bornitrid (PKB) oder polykristalliner Diamant (PKD))
          • aufwändige Wartung und regelmäßiger Austausch der Arbeitsspindeln
            bzw. Motorspindeln erforderlich, da diese die Werkzeuge antreiben
            und die hohen Rotationsgeschwindigkeiten und die hohe
            Bearbeitungspräzision erst ermöglichen

   Wichtig: HSC-Technologie ist nur mit geeigneter Software einsetzbar. Je
   nach Werkstück und Anwendung ist mindestens ein CNC-Programm, andernfalls
   ein CAD- oder CAM-Lösung erforderlich.

   Die Software übernimmt für die Steuerung und Abbildung aller
   Arbeitsschritte des Fertigungsprozesses, beginnend bei Konvertierung des
   Prototypen oder Werkstücks in das passende Datenformat über die
   Vorbereitung der Fräsvorgangs und die eigentliche Prozesssteuerung bis zur
   Fertigstellung. In der Regel können dabei CAD-Daten verschiedener
   Dateiformate eingelesen und in 3D umgewandelt, bearbeitet und optimiert
   werden. Je nach Programm wird dabei automatisch die geometrische
   Machbarkeit des geplanten Prototyps bzw. das Werkstück überprüft.

   Zudem kann eine HSC-Software den kompletten Fertigungsprozess simulieren,
   um mögliche Fehlerquellen vorab identifizieren und beseitigen zu können.
   Auch eine Prozessanalyse aus verschiedenen Blickwinkeln inklusive einer
   Einschätzung der voraussichtlichen Bearbeitungszeit ist darstellbar.
   Gegebenenfalls erforderliche oder gewünschte Messzyklen können in die
   Programmierung integriert werden. Im Ergebnis sind mit einer intelligenten
   HSC-Lösung optimale Taktzeiten realisierbar – ohne Qualitätseinbußen.

   Sie möchten einen Prototyp, ein Bauteil oder ein anderes Werkstück mittels
   HSC fertigen lassen? Übermitteln Sie uns Ihr 3D-CAD-Modell und nennen Sie
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     • Kleinserienfertigung

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               • Allgemeines zur Kleinserie
               • Einsatzgebiete und Gründe für Kleinserien
               • Verwendete Verfahren und Ausblick

   Unter einer Kleinserie werden Produktionsformen verschiedenster
   Technologien verstanden, die für spezielle Produktegruppen mengenmäßig nur
   begrenzt gefertigt werden.

  Allgemeines zur Kleinserie

   Die Kleinserie unterscheidet sich stark zur Serienfertigung für
   Massenprodukte des allgemeinen Konsums. Üblicherweise spricht man von von
   einer Stückzahl im Umfang von 3 bis 100 Stück. Allerdings unterscheiden
   sich die Angaben verschiedener Quellen hierzu.

   Bei einem kleinen Massenprodukt aus sehr günstigem Material kann eine
   Kleinserie auch einige hundert oder tausend Stück umfassen, da dies
   proportional zu Millionenstückzahlen auch eine Kleinserie ist. Bisher
   wurden Kleinserien überwiegend halbindustriell, d.h. mit einem hohen
   Anteil manueller Arbeit im Sinne einer Manufaktur, gefertigt.

   Die immer stärker an Bedeutung gewinnenden und durch immer größere und
   zunehmend herstellerungebundere Materialauswahl sowie verbesserte
   Kostensituation der additiven generativen Verfahren ändern aber die
   Möglichkeiten zur effizienten und noch schnelleren Fertigung von
   Kleinserien in hohem Maße und machen diese Verfahren immer attraktiver als
   Alternative zu klassischem Prototypenbau, in Rapid Tooling-Techniken
   gefertigten Teilen etc.

   Je nach Einzelfall kann aber auch eine Fertigung in subtraktiven
   Verfahren, z.B. CNC-Fräsen, eine gute Option sein. Dies muss anhand der
   technischen Anforderungen an Genauigkeit und Toleranzen, Machbarkeit,
   gewünschte Materialeigenschaften und natürlich anhand der Kosten
   entschieden werden.

   Die Abgrenzung zur Vorserie ist teilweise nicht ganz möglich, da die
   meisten Vorserien ja auch Kleinserien sind. Die Vorserie wird mit der ganz
   klaren Intention gefertigt, dass später eine Serienfertigung folgt,
   identisch oder modifiziert. Sie dient rein als Vorstufe zur Serie. Die
   Kleinserie hingegen wird aus verschiedensten Gründen gefertigt, wie im
   nächsten Abschnitt erläutert.

  Einsatzgebiete und Gründe für Kleinserien

   Es gibt individuell sehr unterschiedliche Gründe, warum Teile nur in
   geringer Stückzahl produziert werden sollen, z.B. ökonomischer oder
   rechtlicher Natur. Der häufigste Fall ist, dass sich die Fertigung eines
   konventionellen Werkzeugs für die zu erwartende Stückzahl im Absatz nicht
   rechnet bei proportionaler Umlegung der Werkzeugkosten auf diese
   Gesamtzahl, auch wenn die reinen Herstell- und Materialkosten viel
   geringer sind als bei einer arbeitsaufwändigen Kleinserie.

   Die geringe Stückzahl kann daran liegen, dass aufgrund einer sehr
   spezialisierten Anwendung nur wenige potentielle Käufer existieren oder
   noch eine gewisse Unsicherheit bezüglich des Markterfolgs besteht. Wenn
   das Produkt floppt, ist zumindest kein teures Werkzeug gebaut worden und
   bei entsprechendem Markterfolg kann man es immer noch beauftragen als
   Serienwerkzeug und noch Verbesserungen einbauen – hier hat die Kleinserie
   dann im nach hinein die Funktion als Vorserie übernommen.

   Eine Kleinserie kann auch für die Markpositionierung ein
   Exklusivitätsmerkmal sein, wenn z.B. limitierte Auflagen von
   Modelleisenbahnen kreiert werden, die dann überproportional teuer verkauft
   werden können an ein vorhandenes mit Kaufkraft versehenes
   Liebhaberpublikum. Man verknappt somit die Ware künstlich. Auch im
   Designer- und künstlerischem Bereich können so entsprechende exklusive
   Kundenkreise angesprochen und gewonnen werden, ohne das Risiko eines
   vorhergehenden aufwändigen und ressourcenbindenden klassischen
   Werkzeugbaus.

   Weniger bekannt sind rechtliche Gründe, diese stehen mit der
   Patentierfähigkeit im Zusammenhang. Es gibt Staaten, in denen innerhalb
   bestimmter Fristen der Marktgang nachgewiesen werden muss, um den
   Patentanspruch aufrecht zu erhalten. Gelingt dies nicht, kann unter
   Umständen dieser verfallen und das innovative Verfahren oder die
   Technologie, die mit dem Produkt in Verbindung stehen und zum Patent
   angemeldet sind, werden dann als bereits existierender „Stand der Technik“
   gewertet.

   Ferner gibt es auch Kleinserien, die dazu dienen, Groß- oder Massenserien
   zu individualisieren.

   So kann ein farbiger Einsatz an einem Gehäuse, der individuell gewählt
   werden kann oder für verschiedene Märkte oder Zielgruppen jeweils passend
   gewählt wird, das seriengefertigte Teil differenzieren, dieser Einsatz
   wird dann beispielsweise aufgrund niedrigerer Stückzahlen in Kleinserien
   gefertigt und hebt ermöglicht damit eine Produktdifferenzierung des
   Massenprodukts, das in günstiger Großserienfertigung produziert werden
   kann.

   Eine weitere Funktion von Kleinserien, die wiederum in den Bereich der
   Vorserie hineinspielt, ist, dass manche Produkte gewissen Standards und
   Normen entsprechen müssen und zur Zulassung und Zertifizierung nicht nur
   ein Prototyp, sondern eine kleine Serie benötigt wird, die auch den
   kontinuierlichen Standard bestätigt.

   Dies können, je nach Produktbereich, Land oder z.B. auch EU-Verordnungen
   und Produkthaftungsbestimmungen Industrienormen z.B. die DIN-Norm,
   Lebensmittelzulassungen wie FDA / BfR usw. sein.

   Es macht ja keinen Sinn, eine Großserie zu fahren, wenn man noch nicht mal
   weiß, ob man mit dem derzeitigen Entwicklungsstand des Produkts gewisse
   Standards, Normen oder Zertifizierungen erreichen kann. Andererseits wird
   für dieses Zulassungsprocedere eine gewisse Menge an Exemplaren benötigt,
   weil beispielsweise Versuche gemacht werden zu Schlagzähigkeit oder
   Zugfestigkeit, wobei das Teil selbst zerstört wird.

  Verwendete Verfahren und Ausblick

   Für Kleinserien werden häufig Verfahren des Rapid Prototyping oder Rapid
   Tooling angewandt. Direkt Teile auszudrucken wird immer günstiger,
   schneller und die Technologie holen sich viele Firmen bereits selber ins
   Haus, anstatt Dienstleister zu beauftragen, ähnlich ist es mit
   Vakuumgießen.

   Für größere Teile oder umfangreichere Kleinserien können dann feste
   gefräste Formen, Formen aus Epoxidharz, Vorrichtungen, Aluwerkzeuge,
   Werkzeuge mit Wechseleinsätzen, Hybridwerkzeuge z.B. unter Einsatz von
   Lasercusing etc. eingesetzt werden.

   Es ist davon auszugehen, dass durch den zunehmenden Trend zur
   Individualisierung von Produkten die Kleinserienfertigung eher an
   Bedeutung gewinnen wird.

   Dazu kommt, dass die proportionalen Kosten der Kleinserienfertigung pro
   Teil durch eine große Auswahl an Verfahren und Materialien eher abnehmen
   werden und damit die Kleinserie auch preislich immer attraktiver wird. Die
   geringe Kapitalbindung, große Flexibilität und geringes Risiko sowie
   Lösung für das Ersatzteilproblem vieler Unternehmen hat dieser
   Produktionsform bereits in den letzten Jahren hohe Wachstumsraten beschert
   und dies wird sich eher überproportional schnell weiter entwickeln.

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               Das Laminated Object Manufacturing Verfahren (LOM)

   Inhaltsübersicht

     • Das Laminated Object Manufacturing Verfahren (LOM)

          • LOM Teile gesucht?
          • Vor und Nachteile des LOM Verfahrens

               • Vorteile
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               • Technische Daten
               • Hersteller

          • Anwendungsgebiete

               • Ausblick

   STL-Daten werden mit dem Slicing-Verfahren für den LOM-Prozess vorbereitet
   und die Verfahrwege optimiert, jeweils mit einer speziellen Software.

   Ausgangsmaterial ist in der Regel Kunststofffolie oder Papier, die mit
   einer Haftschicht oder einem Binder versehen sind, jedoch existieren auch
   Systeme mit Keramik, Kunststoffen oder Aluminium.
   Es wird jeweils einen neue Lage Material aufgebracht, indem die
   Bauplattform um genau eine Schichtdicke abgesenkt und anschließend wieder
   eine neue Lage auf der Plattform platziert wird. Die Modellkontur wird mit
   einem Laser, Heißdraht oder Messer aus- bzw. zugeschnitten, so wird
   Schicht auf Schicht laminiert und dann nach jedem Auftrag die Kontur
   geschnitten.

    

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   Die Reststücke, sogenannte CrossHatches , werden aus der LOM-Maschine
   entfernt und das fertige Teil kann nach Entnahme dann mit üblichen
   Verfahren der Teilekosmetik z.B. verschliffen, gespachtelt, lackiert oder
   auch infiltriert werden. Die Finishmöglichkeiten sind durch die
   holzähnliche Struktur sehr gut und durch Infiltrieren mit Epoxidharzen
   können sehr gute Produkteigenschaften erzielt werden.
   IFrame

Vor und Nachteile des LOM Verfahrens

  Vorteile

   Es handelt sich um ein in aller Regel preisgünstiges Ausgangsmaterial und
   auch bei großen Modellen neigen die Teile nicht zum Verzug und es gibt
   keinen Schrumpf oder innere Spannungen.

   Es ist möglich, farbige Teile beispielsweise durch Bedrucken des Papiers
   oder eingefärbtes Ausgangsmaterial herzustellen.

   Das Ausgangsmaterial ist in der Regel kein Gefahrgut, lässt sich also
   unkritisch transportieren und lagern, und ist auch für die Mitarbeiter
   leicht zu handhaben.

   Das LOM-Verfahren benötigt keine chemischen Reinigungs- oder
   Entsorgungsprozesse und ein Nachhärten ist nicht erforderlich.

   In diesem Verfahren sind auch große Bauvolumina relativ kostengünstig
   realisierbar im Vergleich zu anderen Rapid Prototyping Verfahren, es sind
   auch keine Stützkonstruktionen notwendig.

   Hinterschnitte können realisiert werden. Die Maschinen sind relativ leicht
   zu bedienen und benötigen keine Überwachung durch Personal.

  Nachteile

   Das Verfahren ermöglicht nur eine eher geringe Detailauflösung. Die
   Aufbauzeiten liegen bei 2 -4 mm pro Stunde bei komplexen und aufwändigen
   Geometrien und Konturen ist die Geschwindigkeit noch langsamer und die
   Bauzeit entsprechend lang.

   Die Entfernung des Restmaterials ist ebenfalls aufwändig und bei auf
   Papier basierenden Systemen ist Infiltrieren mit Harz zur Erhöhung der
   Haltbarkeit sowie Verbesserung der Oberfläche notwendig und wie bei jedem
   Verfahren sind diese Zeiten abhängig von der Geometrie und gewünschten
   Genauigkeit.

  Technische Daten

   Wandstärken sind ab 2 mm realisierbar, die Schichtdicken des Papiers
   betragen 80 bis 150 µm.

   IFrame

  Hersteller

   Ursprünglich hat die Firma Helisys dieses Verfahren entwickelt und 1996
   auch patentieren lassen. Aktuell existiert das Unternehmen Cubic
   Technologies, die Helisys-Maschinen noch wartet, sowie das Unternehmen
   Solido, das PVC-Folien mit 0,17 mm Schichtdicke verarbeitet und Mcor, die
   ganz normales Kopierpapier verwenden können, aber auch Modelle, die einen
   Farbdrucker integriert haben.

Anwendungsgebiete

   Wie andere Rapid Prototyping Verfahren werden die hergestellten Teile als
   Basis für Konstruktionsbeurteilungen, Ein- und Zusammenbauversuche und als
   Anschauungsmodelle verwendet, weniger jedoch direkt als Funktionsteile.

   Für Folgeprozesse wie z.B. Vakuumgießen kann ein im LOM-Verfahren
   hergestelltes Teil jedoch als Urmodell für Silikonwerkzeuge, aber auch als
   Tiefziehform, Negativform für Laminierarbeiten oder Gießen mit
   2-K-Gießharzen auch unter Atmosphäre verwendet werden.

   Durch die spezielle Beschaffenheit der Teile, die klassischen Holzmodellen
   aus dem Gießereimodellbau nicht unähnlich sind, bieten sich diese Teile
   zur Verwendung im Gießereibereich, speziell im Sandguss, geradezu an. Auch
   als verlorener Kern im Schalenfeinguss kommt diese Technologie zum
   Einsatz.

   Selbst als Prototypenerkzeug für den Spritzguss kann das LOM-Verfahren zum
   Einsatz kommen, die Trennung kann beispielsweise direkt determiniert
   werden und der Werkzeugbauer für die Serie wird somit unterstützt zur
   Optimierung bereits im Vorfeld.

   Weitere Formen für Wachsmodelle, Kunststoff- oder Hartschaumteile können
   ebenfalls hergestellt werden, indem die Formenhälften mit Trennmittel
   bestrichen werden, anschließend kann dann die Befüllung mit PU, Epoxidharz
   oder auch flüssigem Wachs erfolgen.

   Werden die Formhälften mit Metall oder Keramik beschichtet, kann wie
   bereits oben genannt auch das Spritzgussverfahren zur Anwendung kommen.
   Darüber hinaus werden LOM-Teile auch als Grundlage für das
   Gipsabgussverfahren verwendet, durch die holzartige Struktur kann eine
   optimale Oberfläche erzielt werden.

  Ausblick

   Für das LOM-Verfahren können neben Papier auch andere Materialien
   verwendet werden und hier finden ständig Innovationen statt, neben
   Kunststofffolien mit besonderen Eigenschaften wie z.B. flexiblen und
   elastischen Systemen mit hoher Widerstandsfähigkeit sowie
   Glasfiber-Keramik-Verbund-Material eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten,
   in Richtung Leichtbauweise z.B. oder auch Werkzeugbau – hier eröffnet
   dieses Verfahren als Grundlage für echtes Rapid Tooling neue Perspektiven.

   Kommentarbereich geschlossen.

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                    Multi Jet Modeling und Poly jet Modeling

   Inhaltsübersicht

     • Multi Jet Modeling und Poly jet Modeling

          • Das Verfahren im Detail

               • Multi oder Polyjet?

          • Denkbare Anwendungsgebiete und Ausblick

               • Fazit

   Das MultiJet Modeling wird von vielen Fachleuten als High-End-Lösung unter
   den 3-D-Druckern angesehen, da es die Probleme löst, dass viele additiven
   Verfahren nicht wirklich maßhaltige Teile produzieren und es ihnen zudem
   an der notwendigen Materialfestigkeit mangelt. Die Kantenschärfe und sehr
   gute Auflösung der Details soll nun die Produktion auch äußerst präziser
   Funktionsprototypen mit guter Oberflächenqualität ermöglichen. Toleranzen
   bis zu +/-0.025-0.05 mm per 2.54 mm sind, abhängig von der
   Bauteilgeometrie und –komplexität, realisierbar.

   Das Verfahren scheint durch seine einfache Handhabung auch zur Produktion
   von Serienteilen durchaus geeignet zu sein, jedoch muss hier natürlich
   auch der Kostenfaktor in Betracht gezogen werden – die Anlagen und das
   dafür benötigte und systemgebundene Material sind in der Regel teuer. Die
   Hersteller dieser Anlagen behaupten, dass die Geräte ähnlich wie
   Office-Drucker funktionieren und daher eine relativ kurze Einweisung der
   Mitarbeiter genügt, so dass im Gegensatz zu anderen additiven Verfahren,
   wo für das Plazieren des Teils auf der Bauplattform und das Slicen
   Erfahrung und Vorkenntnisse sowie eine gründliche Schulung erforderlich
   sind, nicht unbedingt teures Fachpersonal eingesetzt werden muss.

Das Verfahren im Detail

   Ausgangsmaterial sind wachsartige Thermoplaste, UV-empfindliche
   Photopolymere / Acryl Photopoymere, Sand, Metall- oder Glaspulver, die
   über einen großen Druckkopf aufgetragen werden, der über mehrere linear
   angeordnete Düsen verfügt und nach dem Prinzip eines Tintenstrahldruckers
   schichtweise das Material aufbaut.  Er deckt die ganze Breite der
   Bauplattform ab und somit ist die Produktivität des Multi Jet Modeling
   besonders hoch, da die Baugeschwindigkeit nur geringfügig davon abhängt,
   ob ein einzelnes Bauteil oder mehrere auf einmal gefertigt werden. Diese
   3-D-Drucker können auch sehr feine Details mit einer Auflösung von 450 dpi
   oder sogar noch besser darstellen. Wie bei der Stereolithographie oder dem
   FDM-Verfahren müssen für überhängende Geometrien Stützkonstruktionen
   mitgebaut werden, bei diesem Verfahren aus niedrig schmelzendem Wachs oder
   nadelartiger Stützen aus Modellwerkstoff, daher wurden Zweikopfsysteme
   entwickelt die beides generieren können: Modellwerkstoff und spezielles
   Stützwachs. Die Aushärtung der meist verwendeten UV-empfindlichen
   Photopolymere erfolgt über UV-Licht.

   Nicht nur der chemische Prozess ähnelt dem Stereolithographieverfahren,
   auch die Eigenschaften der Bauteile können mit den STL- /SLA-Teilen
   verglichen werden. Da jedoch diese Maschinen sehr kompakt sind, können sie
   im Gegensatz zu klassischen Stereolithographieanlagen auch in Büroräumen
   eingesetzt werden. Ein weiterer Vorteil der  Anlage ist, dass die
   Anwenderfreundlichkeit dadurch erhöht wird, dass die Generation der
   Stützstrukturen durch die Software automatisch erfolgt. Das hierfür
   verwendete Wachs  verfügt über eine niedrigere Schmelztemperatur als das
   Material des eigentlichen Bauteils und kann mit einem Ofen somit leicht
   ausgeschmolzen werden. Man kann dies als eine Art semiautomatische Methode
   des Entfernens der Support-Strukturen ansehen, es wird somit Zeit gespart
   und kann auch für sehr komplexe und filigrane Bauteilgeometrien und
   –strukturen zur Anwendung kommen.

   Eine weitere technologische Variante des MJM ist das Auftragen eines
   Klebstoffes auf pulvrige Substrate, wiederum ähnlich dem Prinzip eines
   Tintenstrahldruckers. In einer Art Wanne, die schrittweise abgesenkt
   werden kann, werden schichtweise Substrate aufgebracht. Nur die Stellen,
   die im Teil abgebildet werden sollen, werden mit Klebstoff besprüht. Der
   Vorteil ist, dass Stützstrukturen entfallen können, weil das Teil bis es
   fertig ist vom Substrat umgeben ist. Daneben können durch verschiedene
   Pulverarten auch vielfältigere Materialien abgebildete werden, z. B.
   besteht die Option durch Verwendung von Metall- und Glaspulver im Verbund
   mit Klebstoff auch Metall- oder Glasmodelle herzustellen, die durch
   Sinterverfahren, anschließendes Wegbrennen des Kunststoffes und zur
   Erhöhung der Dichte bei Metallmodellen zusätzliche Infiltrierung dann auch
   wirklich massiv sind.

  Multi oder Polyjet?

   Das Multijet Modeling Verfahren wird meist mit dem Unternehmen 3 D Systems
   in Verbindung gebracht, während das sehr ähnliche Polyjet-Verfahren
   insbesondere vom israelischen Unternehmen OBJET propagiert wird. Auch hier
   werden die STL-Daten mit der integrierten Software aufbereitet und die
   Stützkonstruktionen automatisch generiert. Anschließend fährt der
   Druckkopf horizontal über die Plattform und das flüssige Ausgangsmaterial
   wird gemäß der Schnittgeometrie der jeweiligen Schicht aufgetragen. Die
   Plattform wird mit einer Stärke von 0.016/0.030 mm, also sehr fein
   abgestuft, schichtweise abgesenkt und jeweils eine neue Lage aufgetragen.
   Die integrierte Software optimiert das Zusammenspiel der Druckerdüsen
   perfekt, so dass eine äußerst  gute Qualität der Oberfläche gewährleistet
   wird.  Auch hier gibt es zwei unterschiedliche Materialien: beides sind
   Harze aus Photopolymer, jedoch ist eines für das Bauteil selbst und das
   andere für die Stützkonstruktion. Mit Hilfe der Wasserstrahlverfahrens
   lassen sich die Stützkonstruktionen ganz einfach entfernen.

Denkbare Anwendungsgebiete und Ausblick

   Man kann sich vorstellen, dass beide Verfahren durch ihre
   Unkompliziertheit und guten Eigenschaften bezüglich Maßhaltigkeit,
   Präzision und Oberfläche sehr vielfältige Anwendungsbereiche abdecken, so
   sind sie auch sehr stark im Bereich der Dental – und Medizintechnik
   vertreten. Zur Vervielfältigung sind je nach Material allerdings unter
   Umständen zusätzliche Schritte erforderlich, da sich manche Materialien
   nicht mit den dafür verwendeten Silikonformen vertragen und z.B. kleben,
   wenn sie unbehandelt als Urmodell verwendet werden.  Es kann daher
   erforderlich sein, diese in irgendeiner Form vorzubehandeln, z.B. zu
   lackieren.

   Ein weiterer Nachteil ist das recht teure Material und die Gebundenheit an
   den Hersteller der Anlagen diesbezüglich, außerdem müssen diese flüssigen
   Materialien unter Umständen als Gefahrgut transportiert, gelagert und
   entsorgt werden.

  Fazit

   Das Multijet Modeling und Polyjet-Verfahren ist also technologisch sehr
   interessant und einfach anwendbar, muss aber zu einer massenhaften
   Verbreitung wohl  noch ökonomisch interessanter werden.

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                              Rapid Manufacturing

   Inhaltsübersicht

     • Rapid Manufacturing

          • 
               • Was ist Rapid Manufactoring?
               • Der Ablauf

          • Gründe für zunehmende Bedeutung des Rapid Manufacturing

               • Die Zukunft dieser Fertigungsmöglichkeit

  Was ist Rapid Manufactoring?

   Rapid Manufacturing kann mit „Schnelle Fertigung“, wenn auch nur
   unzureichend, übersetzt werden.

   Im allgemeinen werden unter diesem Oberbegriff Methoden und
   Fertigungsverfahren zur sehr schnellen und flexiblen Produktion von Teilen
   durch eine Fertigung ohne klassischen Werkzeugbau direkt aus den 3-D-Daten
   zusammengefasst.

  Der Ablauf

   Dabei werden als Ausgangsmaterial hauptsächlich Kunststoffe, aber auch
   Keramik, Metall, Glas, Papier oder auch innovative Materialien wie
   UV-aushärtende flüssige Kunststoffe, auf Holz basierende Werkstoffe oder
   auch Misch/Hybridmaterialien verwendet.

   Die Materialvielfalt wächst ständig durch neue Anwendungen wie
   biokompatible, für die Luftfahrt zugelassene oder auch FDA-zugelassene
   Materialien.

   Im Gegensatz zu subtraktiven Verfahren wie Fräsen und Drehen wird das
   Bauteil in Schichten aus pulverförmigen, flüssigen oder
   holz/papierähnlichem Ausgangsmaterialien gebaut.

   Die Härtung erfolgt durch Erstarren, Laser oder UV-Licht.

   Die Vorgehensweise ist, ein 3D-CAD-Modell in eine stl-Datei umzuwandeln.

   Diese Datei beschreibt die Oberfläche eines Körpers mit Dreiecksfacetten.

   Nach einer Unterteilung in Schichten kann das Teil dann auch in einzelnen
   Schichten physisch aufgebaut werden. Diese „Übersetzung“ der Datei in
   maschinelle Baudaten übernimmt die integrierte Software des generativen
   Systems.

   Es können so auch sehr komplexe Geometrien ohne Umrüstzeiten und
   Stillstände auf einer Maschine just in time realisiert werden.

   Verfahrenstechnisch können auch innerhalb des Teils z.B. Wabenstrukturen
   etc. dargestellt werden, die das Teil leichter und den Materialbedarf
   geringer machen, ohne dass dies auf Kosten der Stabilität geht. Diese
   Geometrien sind in anderen Technologien überhaupt nicht realisierbar.

   Jedoch muss bei fast allen additiven Verfahren die Oberfläche je nach
   Anspruch optimiert werden, sei es durch den Treppeneffekt oder relativ
   rauhe Oberfläche z.B. bei Sinterteilen.

   Es lässt sich aber durch Verfeinerung der Verfahren, dünnere
   Schichtstärken und ideale Positionierung des Teils auf der Baufläche schon
   weitestgehend die Oberflächenqualität optimieren und es stehen ja
   weitreichende Möglichkeiten der Oberflächenveredlung, wie auch bei anderen
   massengefertigten Teilen, zur Verfügung.

   Rapid Manufacturing wird einerseits bei der Produktion von Mikrobauteilen
   und andererseits für große Bauteile eingesetzt.

   Dieses Verfahren bietet die Möglichkeit, vor der Fertigung durch virtuelle
   Simulationen des Produkts bereits Analysen und Optimierungsmöglichkeiten
   durchzuführen.

   Durch die erwähnte sehr große Materialauswahl und im Gegensatz zu
   subtraktiven Verfahren materialsparenden und abfallvermeidenden effektiven
   Einsatz von Material bieten diese Verfahren enorme Möglichkeiten, Produkte
   äußerst kundenorientiert zu entwickeln und zu einem zunehmend
   interessanten Preis-Leistungsverhältnis zu produzieren.

   Eine besondere Dynamik hat das Rapid Manufacturing in den Bereichen der
   Luftfahrt, der Biotechnologie und Prothethik/Orthopädie, Dental- und
   Hörgerätetechnik entwickelt, da hier eine starke Individualisierung
   erfolgt und Rapid Manufacturing als Technologie zur direkten Herstellung
   des Endprodukts in Abgrenzung zu Rapid Prototyping und Rapid Tooling
   zunehmend an Bedeutung gewinnt als reines Fertigungsverfahren.

Gründe für zunehmende Bedeutung des Rapid Manufacturing

   Um sich in einem globalisierten Markt mit internationaler Ausrichtung in
   einer sich vom Umfeld deutlich abhebenden Marktposition zu etablieren, ist
   eine immer stärkere Individualisierung der Produkte erforderlich.

   Die bisherige Fixierung auf die möglichst effiziente Fertigung von
   Massenartikeln zum Erzielen von maximalen Kosteneffekten wird besonders
   bei hochwertigeren Artikeln zunehmend abgelöst durch die Fertigung von
   individuellen, exklusiven, limitierten und immer wieder neuen und
   modifizierten Produkten. Diese Tendenz erfordert eine Konzentration auf
   die Optimierung der bisher eher im Hintergrund stehenden Kleinserien und
   Einzelteilfertigung.

   Hier liegt ganz klar der Ansatz für die Verwendung generativer
   Fertigungsverfahren, die durch nunmehr größeren Wettbewerb wegen frei
   werdender Patente und möglichen Einsatz herstellerungebundener Materialien
   nun auch kostenmäßig zunehmend interessant werden.

   Das Rapid Manufacturing greift auf die aus dem Prototypenbau und
   Vorserienbereich bekannten Rapid Prototyping-Technologien zurück.

   Wurden Kleinserien und Einzelstücke früher in eher subtraktiven Verfahren
   gefertigt, z.B. gefräst oder es kam in den letzten Jahren auch häufiger
   Rapid Tooling, also der schnelle Werkzeugbau z.B. mit Werkzeugen aus
   Epoxidharz, gefrästem Blockmaterial oder Alu- bzw. Stahlwerkzeugen mit
   niedrigerem Härtegrad oder Wechseleinsätzen zum Einsatz für RIM-,
   Spritzguss- oder auch Tiefziehteile.

   So können die Teile zu einem immer besseren Preis-Leistungs-Verhältnis
   direkt additiv gefertigt werden.

   Das heißt, dass in Zukunft je nach Größe und zur Verfügung stehender
   Verfahren die additiven Verfahren als sehr schnelle und tendenziell
   preislich immer attraktivere Option zur Verfügung stehen werden.

   Es ist keine Lagerhaltung und nur geringste Vorplanung erforderlich.

   Man stelle sich vor, dass einige Firmen in Zukunft komplett auf ihr Lager
   verzichten können, ihre Artikel auf Bestellung aufbauen und direkt danach
   verpacken und zum Versand gehen lassen, die digitale Fabrik also.

   Zudem sind durch die zunehmende Vereinfachung der additiven Verfahren und
   der Verbesserungen der Software immer weniger spezifische Fachkenntnisse
   erforderlich und wenn man an eine Automatisierung denkt bei
   Standardartikeln, kann man sich vorstellen, dass der Faktor Arbeitskraft
   nicht mehr allzu sehr ins Gewicht fällt.

  Die Zukunft dieser Fertigungsmöglichkeit

    

   Andererseits kann man sich in Zukunft dann auch das Auslagern von
   Fertigungsprozessen nach Fernost oder in andere Billiglohnländer sparen
   und die Fertigung wieder ins Inland holen, da Transportlogistik durch
   tendenzielle steigende Energiekosten ein immer höherer Faktor bei den
   Beschaffungskosten ist und dieser dann entfällt.

   Viele Unternehmen werden diese Technologie auch nutzen, um  z.B. die
   Problematik der Lagerung und Logistik für Ersatzteile für Garantie- und
   Reparaturfälle zu vereinfachen.

   Sie können dies sogar an Dienstleister auslagern oder das Teil direkt beim
   Vertragshändler oder bei Verfügbarkeit beim Kunden direkt ausdrucken
   lassen und dieser hat es sofort verfügbar.

   Natürlich haben die additiven Verfahren immer noch technologische Grenzen,
   aber bei der dynamischen Entwicklung dieses Bereichs ist eine weitere
   Verbesserung und Kostenreduzierung zu erwarten – die Akzeptanz dieses
   Verfahrens als echtes Fertigungsverfahren nimmt stetig zu und damit wird
   sich aufgrund der betriebswirtschaftlichen Vorteile und Zeitersparnis
   dieses für viele Anwendungsbereiche immer mehr durchsetzen.

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               • LOM, Laminated Object Manufacturing
               • Multi-Jet Modeling (MJM)

   Der Begriff Rapid Prototyping, wörtlich übersetzt „schneller Modellbau“,
   wird verschieden gebraucht, jedoch kann er ganz allgemein als eine
   schnelle Herstellungsmethode für Musterbauteile und Anschauungsmodelle
   bezeichnet werden.

   rapid prototyping, chuck, 3dsystems, prototypenbau, rapid prototyping
   verfahren, vioproto.de

   Während historisch Modelle und Prototypen handwerklich erstellt wurden,
   sind durch die weitgehende Industrialisierung des
   Produktentwicklungsprozesses automatisierte Produktionsverfahren
   entstanden. Anstelle Modellbau mittels Kartonagen, Schaumstoffen und Holz
   oder Freiformen von Design-Entwürfen in Ton werden Urmodelle heutzutage
   computergestützt gefertigt,neben den dadurch erweiterten Möglichkeiten ist
   damit auch eine enorme Zeit- und Geldersparnis verbunden.

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   Bereits 1984 wurde mit der Stereolithographie das erste additive Verfahren
   von Chuck Hull, Gründer von 3D Systems, vorgestellt und durch sehr
   schnelle Etablierung des Verfahrens in der Produktentwicklung nur wenig
   später kommerzialisiert, in den Folgejahren wurden alternative Verfahren
   wie 3DP und FDM entwickelt und mit Patenten geschützt. Anfänglich wurden
   diese Verfahren hauptsächlich für Anschauungsmodelle mit niedrigen
   Anforderungen an mechanischen Eigenschaften und Oberfläche sowie Präzision
   genutzt, jedoch konnte die Qualität stetig durch Innovationen bei der
   maschinellen Ausstattung in Hard- und Software und neuer Materialien ganz
   wesentlich gesteigert werden, so dass heute viele Teile bereits als
   fertige Endprodukte eingesetzt werden können.

   IFrame

   Die Grenzen zwischen Prototyp und finalem Endprodukt verschwimmen und
   somit kann man in vielen Fällen bereits von Rapid Manufacturing ( =
   „schnelle Produktion“) oder Direct Manufacturing (“direkte Produktion”)
   sprechen. Neu sind die nicht technischen Begriffe “3D-Druck”  bzw.
   “3D-Printing”, die mittlerweile umgangssprachlich für alle RP-Verfahren
   verwendet werden.

Funktionsweise Ablauf

   Grundlage hierfür sind 3D – Konstruktionsdaten. Diese werden meist in
   einem CAD-Programm erstellt, mittlerweile auch oft über Reverse
   Engineering (Digitalisierung, Datenrückführung)-Technologien wie zum
   Beispiel 3D -Scanverfahren oder sie werden auch beispielsweise über
   Computertomographie gewonnen.

   Das Übergabeformat in die Datenschnittstellen der entsprechenden Anlagen
   ist in der Regel das stl-Format. 2D – Zeichnungen und step- bzw.
   iges-Daten können diese ergänzen, um zusätzliche Informationen zu
   Oberfläche, Geometrie und Zusammenbau zu liefern.

   Aus diesen Daten wird über verschiedene Verfahren ein Urmodell gebaut.

Verwendete Technologien

   Es wird im wesentlichen unterschieden zwischen subtraktiven Verfahren, bei
   denen Rohmaterial durch mechanisches Abtragen von Material ( daher
   subtraktiv ) wie z.B. Fräsen, Drehen oder Bohren und elektrische Verfahren
   wie z.B. Funkerodieren bearbeitet wird, in der Regel CNC-gesteuert, um ein
   bestimmtes Objekt zu erzeugen. Bei der generativen Fertigung oder
   additiven Verfahren wird ein Gegenstand durch Hinzufügen und Aufbringen
   von Material ( daher additiv ) anhand digitaler Modelle in entsprechenden
   Datenformaten erzeugt.

Subtraktive Verfahren

   In vielen Quellen werden die subtraktiven Technologien nicht mehr zum
   Rapid Prototyping gezählt, jedoch haben präzise gefräste Teile nach
   CAD-Daten in Originalmaterialien bezüglich Toleranz, Funktion und
   Belastbarkeit weiterhin ihre Berechtigung.

Additive Verfahren

   Das Bauteil wird schichtweise aus flüssigen Materialien oder Pulver
   aufgetragen und gehärtet.

   IFrame

   Dafür kommen ganz unterschiedliche Technologien zum Einsatz, die
   häufigsten werden im folgenden mit ihren Vor- und Nachteilen kurz
   erläutert:

   Stereolithographieverfahren

   Auch bekannt als STL oder SLA-Teile. Ein lichtaushärtender Kunststoff wird
   schichtweise aufgetragen, dieses Photopolymer bestehend aus flüssigen
   Duromeren oder Elastomeren, z.B. Epoxidharz, wird mit einem Laser
   gehärtet. Typische Schichtstärken sind 0,05 – 0,25 mm, bei
   Mikrostereolithographie kann die Genauigkeit auch bis zu
   1-Mikrometerschichten betragen. Bei großen Teilen können
   Stützkonstruktionen notwendig sein. Die so gewonnenen Teile können direkt
   oder mit Teilekosmetik auch äußerlich mit angepasster Oberfläche, Farbe
   etc. und entsprechender Haptik eingesetzte werden. Eine größere Bedeutung
   kommt diesen Teilen jedoch als Urmodell für das Vakuumgussverfahren zu, wo
   es standardmäßig eingesetzt wird aufgrund den guten
   Oberflächeneigenschaften und Maßhaltigkeit.

   – Selektives Lasersintern

   Auch bekannt als SLS-VerfahrenThermoplaste wie z.B. Polycarbonat, Polyamid
   oder Polyvinylchlorid sowie Metalle oder Keramiken in Pulverformwerden
   schichtweise aufgebaut und mit einem Laser gehärtet. So können auch sehr
   komplexe Geometrien wie z.B. die wie ein dreidimensionales Netz aufgebaute
   Knochenstruktur im Modell aufgebaut werden oder auch Teile mit
   Hinterschnitten realisiert werden, die in herkömmlichen Fräs- und
   Drehverfahren oder in diversen Gießtechniken nicht umgesetzt werden
   können. SLS-Teile werden durch ihre mechanische Belastbarkeit, die durch
   Auswahl des richtigen Materials noch gesteigert werden kann gerne als
   Funktionsprototypen eingesetzt, jedoch können Sie durch Infiltrieren mit
   Harzen im Vakuum und dem damit verbundenem Verschluss der Poren sowie
   anderen Verfahren auch für weitere Prozesse wie z.B. Vakuumgießen oder
   anschließende Oberflächenbehandlung vorbereitet werden.

    

Welches Verfahren ist das Richtige für Ihr Vorhaben?

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  FDM, Fused Deposition Modeling

   = „Schmelzschichtung“. Auch hier wird schmelzfähiger Kunststoff wie z.B.
   ABS oder Polylactide schichtweise aufgetragen, jedoch ist das Kunststoff-
   oder Wachsmaterial in drahtförmiger Form vorhanden, wird erwärmt und über
   eine frei verfahrbare Heizdüse aufgetragen und das Material härtet aus
   durch Abkühlen und das damit verbunden Erstarren des Materials. Die
   Schichtdicken können zwischen 0,025 – 1,25 mm liegen, die Wandstärken
   sollten mindestens 0,2 mm betragen. Herausragende Bauteile müssen unter
   Umständen mit Hilfe von Stützkonstruktionen aus Polystyrol oder auch Pappe
   gebaut werden, um die Maßhaltigkeit zu gewährleisten.

  LOM, Laminated Object Manufacturing

   Die Schichten bestehen aus Papier, jedoch existieren auch Systeme mit
   Keramik, Kunststoffen oder Aluminium. Es wird Schicht auf Schicht
   laminiert und dann jeweils nach jedem Auftrag die Kontur geschnitten, z.B.
   mit Messern, Heißdraht oder Laser. Wandstärken sind ab 2 mm realisierbar,
   die Schichtdicken des Papiers betragen 80 bis 150 µm. Die Aufbauzeiten
   liegen bei 2 -4 mm pro Stunde und wie bei jedem Verfahren sind diese
   Zeiten abhängig von der Geometrie und gewünschten Genauigkeit.

  Multi-Jet Modeling (MJM)

   oder Polyjet-Modeling. Ausgangsmaterial sind wachsartige Thermoplaste,
   UV-empfindliche Photopolymere, Sand, Metall- oder Glaspulver, die über
   einen Druckkopf aufgetragen werden, der über mehrere linear angeordnete
   Düsen verfügt und nach dem Prinzip eines Tintenstrahldruckers schichtweise
   das Material aufbaut.

   Diese 3-D-Drucker können auch sehr feine Details mit einer Auflösung von
   450 dpi oder sogar noch besser darstellen. Wie bei der Stereolithographie
   oder dem FDM-Verfahren müssen für überhängende Geometrien
   Stützkonstruktionen mitgebaut werden, bei diesem Verfahren aus niedrig
   schmelzendem Wachs oder nadelartiger Stützen aus Modellwerkstoff, daher
   wurden Zweikopfsysteme entwickelt die beides generieren können:
   Modellwerkstoff und spezielles Stützwachs.

   Die Aushärtung der meist verwendeten UV-empfindlichen Photopolymere
   erfolgt über UV-Licht. Nicht nur der chemische Prozess ähnelt dem
   Stereolithographieverfahren, auch die Eigenschaften der Bauteile können
   mit den STL- /SLA-Teilen verglichen werden. Da jedoch diese Maschinen sehr
   kompakt sind, können sie im Gegensatz zu klassischen
   Stereolithographieanlagen auch in Büroräumen eingesetzt werden.

   Eine weitere technologische Variante des MJM ist das Auftragen eines
   Klebstoffes auf pulvrige Substrate, wiederum ähnlich dem Prinzip eines
   Tintenstrahldruckers. In einer Art Wanne, die schrittweise abgesenkt
   werden kann, werden schichtweise Substrate aufgebracht. Nur die Stellen,
   die im Teil abgebildet werden sollen, werden mit Klebstoff besprüht. Der
   Vorteil ist, dass Stützstrukturen entfallen können, weil das Teil bis es
   fertig ist vom Substrat umgeben ist.

   Daneben können durch verschiedene Pulverarten auch vielfältigere
   Materialien abgebildete werden, z. B. besteht die Option durch Verwendung
   von Metall- und Glaspulver im Verbund mit Klebstoff auch Metall- oder
   Glasmodelle herzustellen, die durch Sinterverfahren, anschließendes
   Wegbrennen des Kunststoffes und zur Erhöhung der Dichte bei Metallmodellen
   zusätzliche Infiltrierung dann auch wirklich massiv sind.

    

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                 (SLM)

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                    • Rapid / additive Manufacturing:

               • Wie viel Zeit steht für die Fertigung zur Verfügung?
               • In welchem Preisrahmen darf sich die Fertigung bewegen?
               • Welche Materialeigenschaften sind zwingend erforderlich?
               • Wie viele gleichartige Werkstücke werden benötigt
                 (Stückzahl)? Sind Individualisierungen geplant?

          •  Zu guter Letzt – Ein Fazit

   In den 1980er Jahren wollte der US-amerikanische Maschinenbauingenieur
   Scott Crump mit Hilfe einer Heißklebepistole einen Spielzeugfrosch aus
   Polyethylen und Kerzenwachs für seine Tochter basteln – und erfand das
   Schmelzschichtungsverfahren, das heute gemeinhin als 3D-Druck bezeichnet
   wird. 1989 ließ sich Crump seine Technik als Fused Deposition Modeling
   (FDM) patentieren und gründete Stratasys Ltd., bis heute Marktführer im
   FDM. Wenige Jahre zuvor hatte sich Charles Hull, Mitgründer von 3D
   Systems, das erste Stereolithographieverfahren patentieren lassen, Carl
   Deckard meldete ein Patent für Selektives Lasersintern an. Auch wenn es
   noch einige Jahre dauerte, bis die technische Innovation auch kommerziell
   erfolgreich wurde – eine neue Industrie war geboren, die traditionelle
   Herstellungsverfahren revolutionieren sollte.

   Heute gibt es ein breites Spektrum der additiven Fertigung – je nach
   Verwendungszweck und eingesetzter Technologie auch 3D-Druck, Rapid
   Prototyping, Rapid Tooling oder Rapid Manufacturing bzw. additive
   Manufacturing genannt –,  das verschiedene werkzeugfreie, generative
   Produktionstechniken umfasst.  Ursprünglich vor allem in der Herstellung
   von Musterstücken und Prototypen eingesetzt, sind aufgrund der anhaltenden
   Weiterentwicklung und zunehmenden Verfeinerung und Spezialisierung der
   verwendeten Werkstoffe und Fertigungsverfahren in den letzten Jahren
   beständig neue Verwendungen für die additive Fertigung hinzugekommen.
   Neben dem Bau von Prototypen und Formwerkzeugen werden heute Kleinserien
   von Bau- und Fertigteilen für Industrie und Verbraucher bis hin zu ganzen
   Serienproduktionen additiv gefertigt.

   So kommen im Automobil- und Maschinenbau und der
   (kunststoffverarbeitenden) Industrie additive Fertigungsverfahren vor
   allem im Prototypenbau (Rapid Prototyping) und im Werkzeugbau (Rapid
   Tooling) zum Einsatz. In Architektur und Design, bei bestimmten
   Betonbauverfahren (Contour Crafting), in Luftfahrt, Raumfahrt und
   Bootsbau, in Medizin- und Zahntechnik  wird dagegen auch in der
   Serienproduktion oder in der Maßfertigung von Einzelteilen auf additive
   Manufacturing zurückgegriffen. Auch bei der limitierten Reproduktion von
   Kunstwerken werden additive Verfahren verwendet.

Werkzeugfrei, materialsparend, schnell

   Die additiven Verfahren sind sehr vielfältig und werden kontinuierlich
   weiterentwickelt. Zu den derzeit verbreitetesten Technologien des additive
   Manufacturing zählen Fused Filament Fabrication (FFF) bzw. FDM,
   Stereolithographie (SLA), Multi-Jet-Modeling (MJM), Laminated Objekt
   Modeling (LOM) und Selektives Lasersintern/Laserschmelzen (SLS/SLM)

   Typische Werkstoffe sind Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken und Metalle,
   die geschmolzen und/oder gehärtet werden, bei LOM auch Papier. Eine
   Kombination verschiedener Materialien unterschiedlicher Härtegrade und
   Farben einem Fertigungsprozess ist möglich.

   Grundsätzlich gilt: Ob winzig kleines oder riesig großes Werkstück, ob aus
   Kunststoff oder aus Metall,  ob Prototyp oder Fertigteil – unabhängig von
   verwendetem Werkstoff und eingesetzter Verfahren gibt es einige
   grundlegenden Gemeinsamkeiten:

     • Additive Fertigung ist generell werkzeugfrei. Die Entwicklung und
       Produktion aufwändiger und teurer Formwerkzeuge entfällt.
     • Die Fertigung erfolgt rein computergesteuert auf Basis rechnerinterner
       Datenmodelle. Das bedeutet: Das 3D-CAD-Modell des zu fertigenden
       Werkstücks wird in Schichtdaten im .stl-Format umgewandelt und direkt
       an den 3D-Drucker oder einen anderen additiven Fabrikator übertragen.
     • Das zu fertigende Werkstück wird dreidimensional schichtweise
       anhäufend durch einen chemischen oder physikalischen Prozess aus
       formlosen oder formneutralen Werkstoffen – Flüssigkeiten, Pulver,
       Bänder etc. – aufgebaut. Auch anspruchsvolle Gebilde, beispielsweise
       hochkomplexe architektonische Formen, die mit Formwerkzeugen nicht
       realisierbar wären, sind so möglich.
     • Es entsteht weniger Materialverlust als bei abtragenden Verfahren –
       Drehen, Fräsen, Bohren, Schneiden etc. Bei manchen Verfahren muss nur
       exakt so viel Material zugeführt werden, wie für das endgültige
       Formteil notwendig ist. Bei anderen kann überschüssiges Material meist
       teilweise wiederverwertet werden.
     • Einzelne Teile können je nach Komplexität innerhalb weniger Stunden
       bis weniger Tage gefertigt werden – ohne Vorlaufzeit, die über die
       Entwicklung und Optimierung der digitalen Vorlage hinausgeht.

   Sie möchten wissen, ob eine additive Fertigung für Ihr Projekt oder Ihr
   Produkt in Frage kommt? Sie benötigen Beratung, welche additive Fertigung
   die richtige für Sie ist? Sprechen Sie uns an. Wir beraten Sie gern.
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 Von der Datei zum Werkstück: das Grundprinzip der additiven Fertigung

   Basis jeder additiven Fertigung, unabhängig von der verwendeten Rapid
   Technologie, ist ein 3D-CAD-Modell des zu fertigenden Prototyps, Bau- oder
   Fertigteils. Liegen die geometrischen Daten des Werkstücks nicht
   dreidimensional als Schichtdaten verarbeitet vor, ist die Verwendung
   additiver Verfahren nicht möglich. Die meisten CAD-Anwendungen verfügen
   daher über eine integrierte STL-Schnittstelle, die die Daten des Modells
   in die so genannte Surface Tesselation Language (STL) überträgt. Diese
   .stl-Dateien können direkt in ein additives Fertigungsverfahren umgesetzt
   werden.

   Der Grund: Im .stl-Format wird das 3D-CAD-Modell in unterschiedliche,
   virtuelle Schichten oder Scheiben aufgeteilt – das so genannte Slicing –,
   deren jeweilige Oberfläche und geometrische Informationen Schicht für
   Schicht vom 3D-Drucker ausgelesen werden können. Diese Scheiben
   entsprechen dabei den in den einzelnen, additiven Prozessschritten
   aufzutragenden Materialschichten.

   Eine weiterer Vorteil: Bei der Übertragung von CAD in .stl werden
   automatisch eventuell benötigte Stützkonstruktionen für große oder
   komplexe Teile berechnet. Und: Modifikationen sind direkt am Computer
   möglich, so dass auch in Serienfertigungen  individuelle Anpassungen
   vorgenommen werden können, beispielsweise bei dem Bau von Gehäusen für
   Hörgeräte.

   Nach dem Auslesen der .stl-Datei baut der 3D-Drucker oder eine anderer
   Rapid Fabrikator das Werkstück schichtweise in einem chemischen oder
   physikalischen Prozess auf. Je nach Verfahren  wird ein flüssiger oder
   pulverförmiger Werkstoff gezielt mit UV-Strahlung oder Laser gehärtet.
   Oder ein fester Werkstoff wird geschmolzen, dosiert und erstarrt von
   selbst oder wird ebenfalls gehärtet.  Derselbe Fertigungsprozess wird
   dabei so oft wiederholt, bis das fertige Wertstück entstanden ist.

   Danach wird das Werkstück aus dem Fabrikator entfernt. Eventuell
   notwendige Stützkonstruktionen werden entweder mechanisch entfernt oder
   aufgeschmolzen. Letzteres ist oftmals in den additiven Fertigungsprozess
   integriert. Je nach Verwendungszweck und eingesetzter Rapid Technologie
   sind Nachbearbeitungen und Oberflächenveredelungen möglich und teils auch
   erforderlich, beispielsweise durch Sandstrahlen, Gleitschleifen,
   Gewindeschleifen, Galvanisieren/Metallisieren, Lackieren, Bedrucken und
   anderes mehr.

Die fünf gängigsten Verfahren des additiven Manufacturing im Überblick

  Fused Deposition Modeling (FDM)

   Fused Filament Fabrication – in der Regel als Fused Deposition Modeling
   (FDM) bezeichnet, ein Begriff, den jedoch der Marktführer Stratasys Ltd.
   weltweit als Marke hat schützen lassen und der daher nicht
   markenrechtsfrei zu verwenden ist – ist ein Schmelzschichtungsverfahren,
   das landläufig als 3D-Druck bezeichnet wird und die verbreiteteste und
   preisgünstigste, aber auch ungenaueste Technologie des additiven
   Manufacturing ist.

   Die Zahl der 3D-druckbaren Werkstoffe ist breit und erweitert sich stetig.
   Häufigste Materialien sind schmelzfähige Thermoplaste wie Terpolymere
   (ABS) und  Kunstharze wie Polylactide (PLA) bzw. Verbundstoffe. Sie werden
   in Drahtform, auf Spulen aufgewickelt – den so genannten Filamenten –,
   geliefert. Im Druckprozess werden die Filamente durch einen Extruder
   gleichmäßig in einen Heizblock befördert, dort aufgeschmolzen und über
   eine feine Düse schichtweise auf einen Bauplattform aufdosiert, wo sie
   abkühlen und erstarren. Nach dem Erstarren wird die nächste Schicht
   aufgetragen, bis das Objekt fertiggestellt ist.

   Wichtig: Insbesondere beim Einsatz preisgünstiger 3D-Drucker ist eine
   Nachkalibrierung des Geräts während der Fertigung erforderlich. Ein
   einfaches „Plug-and-Print“ ohne Feinjustierung einzelner Komponenten führt
   oft zu qualitativ nicht zufriedenstellenden Ergebnissen mit starken
   Abstufungen, nachträglich schrumpfenden oder Wasser ziehenden
   Druckstücken. Zu hohe Druckgeschwindigkeiten führen ebenfalls zu
   Qualitätseinbußen.

   Typische Schichtstärken von FFF-Teilen liegen zwischen 0,025 mm und 1,25
   mm, Wandstärken von Hohlkörpern bei mindestens 0,2 mm. Bei größeren
   Bauteilen sind Stützkonstruktionen aus Pappe, Polystyrol oder anderen
   Materialien notwendig. Typische FFF-Werkstücke sind einfarbig, schwarz
   oder weiß. Je nach Materialwahl können chemikalien- oder hitzebeständige,
   flammwidrige, bruchsichere, wasser- und luftdichte Teile gedruckt werden.
   Nachbearbeitungen durch Fräsen, Schleifen, Bohren etc. und
   Oberflächenveredelungen wie Metallisierung, Lackierung oder Bedrucken sind
   möglich.

   Die Vorteile: 3D-Drucker sind vergleichsweise günstig in Anschaffung und
   Betrieb und einfach zu bedienen, auch ohne technische Spezialkenntnisse.
   Einfache Teile lassen sich vergleichsweise schnell in großer Menge
   drucken. Die Materialvielfalt ist groß. Dabei sind die meisten der
   verwendeten Werkstoffe ungiftig und damit ebenfalls einfach in der
   Handhabung. Dem „Hausgebrauch“ von 3D-Druckern steht somit nichts
   entgegen. Insbesondere in der Fertigung von Einzelstücken, Repliken und
   Modellen für private Nutzer kann FFF punkten.

   Aber: Die Auflösung ist relativ grob, die einzelnen Materialschichten sind
   sichtbar. Für glatte Oberflächen ist eine Nachbearbeitung notwendig. Für
   sehr kleine oder sehr komplexe Teile eignet sich FFF nicht. Auch für eine
   Serienfertigung von Werkstücken mit hohen Ansprüchen an die Maßhaltigkeit
   und geringen Toleranzen, also Abweichungen von der idealen Form, ist der
   3D-Druck weniger geeignet. Hier sind präzisere additive Verfahren wie
   SLA oder sogar SLS/SLM die bessere Wahl.

   Einfache Bauteile und Endprodukte lassen sich jedoch auch im industriellen
   Bereich über FFF fertigen. Und gerade für Bastler und DIY-Anhänger der
   Maker-Szence, Designer und Erfinder lässt sich FFF gewinnbringend
   einsetzen – für die dreidimensionale Visualisierung von Ideen, den Bau von
   Prototypen und Designmustern.

   Sie sind Produktentwickler oder Erfinder und möchten Ihre Idee in ein
   plastisches Modell oder wollen Ihre Produktion auf additive Manufacturing
   umstellen? Sie benötigen ein Angebot für mittels additiv
   gefertigter Teile? Wir helfen gern weiter – kostenlos und unverbindlich –
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  Stereolithographie (SLA)

   Auch die Stereolithographie arbeitet mit Kunststoffen,  in erster Linie
   mit flüssigen, lichtaushärtenden Photopolymeren wie Acryl-, Epoxid- oder
   Vinylesterharze. Das Verfahren ist schneller und präziser, aber weniger
   verbreitet und deutlich teurer der klassische 3D-Druck.

   Bei der Stereolithographie wird  flüssiges Epoxidharz in einer Kammer
   gesammelt und mit einem oder mehreren Lasern über stark gebündelte
   UV-Strahlung punktuell ausgehärtet. Dieser Prozess wird so lange
   wiederholt, bis sich innerhalb des noch flüssigen Harzes ein Festkörper
   gebildet hat, der aus der Flüssigkeit herausragt. Das Werkstück wird dann
   innerhalb des Bades minimal abgesenkt – immer um die jeweilige
   Schichtstärke, die aufgetragen wird –, mit einer weiteren Schicht
   flüssigen Epoxidharzes übergossen und erneut gezielt bestrahlt. So
   entsteht stufenweise das (oder die) zu fertigende(n) Objekt(e).

   Typische Schichtstärken liegen zwischen 0,05 mm und 0,25 mm, bei
   Mikrostereolithographien auch bis zu 0,001 mm. In der Stereolithographie
   wird in der Regel mit Stützkonstruktionen gearbeitet, die das Werkstück im
   Kunstharz-Bad fixieren. Sie bestehen in der Regel aus demselben Material
   wie das Werkstück und müssen nach Abschluss des Fertigungsprozesses
   mechanisch entfernt werden. Auch ist oftmals ein zusätzliches Aushärten
   des bereits fertiggestellten Teils in einem UV-Licht-Schrank erforderlich.

   Die Vorteile: Die Stereolithographie ist eine etablierte, prozesssicheres
   Verfahren der additiven Fertigung mit einer großen Bandbreite verwendbarer
   Werkstoffe. Allerdings ist das Verfahren (noch) vergleichsweise
   hochpreisig, da nicht nur die Verbrauchsmaterialien teuer sind, sondern
   auch Anschaffung, Betrieb und Wartung der entsprechenden Anlagen.
   SLA-Teile kommen daher vor allem im industriellen Bereich beim Bau von
   Prototypen, Designmodellen und Funktionsbauteilen zum Einsatz. Für private
   Zwecke, beispielsweise zum Bau eines einzelnen Modells, ist das Verfahren
   in der Regel zu teuer.

   Besonders weit verbreitet ist SLA in der Produktentwicklung im Maschinen-
   und Automobilbau sowie in der Medizintechnik. Aber auch
   Endverbraucherprodukte wie beispielsweise Hörgerätegehäuse werden
   zunehmend mittels Stereolithographie gefertigt. Der Grund: Das Verfahren
   ermöglicht die Fertigung filigraner Teile mit sehr glatter Oberfläche und
   erlaubt eine individuelle Modifikation direkt am Computer innerhalb einer
   Serienfertigung. Auch transparente Teile sind möglich.

   Standardmäßig werden SLA-Verfahren zudem in der Fertigung von Urmodellen
   für Vakuumgussverfahren eingesetzt, da sie oftmals bessere mechanische
   Eigenschaften sowie eine höhere Temperaturstabilität und eine längere
   Maßhaltigkeit aufweisen als vergleichbare Silikonformen. Bei Kleinserien
   können SLA-Formen ein vollwertige Alternative zur herkömmlichen
   Formwerkzeugen darstellen – zu deutlich geringeren Kosten für
   Werkzeugentwicklung und Formenbau.

   Sie interessieren sich für Stereolithographie und möchten ein
   individuelles Angebot für die Fertigung Ihres Produkts haben? Wir beraten
   Sie gern unter info@vioproto.de!

   Multi Jet Modeling (MJM)

   Multi Jet Modeling (MJM) ist eine Weiterentwicklung der Stereolithographie
   und kombiniert Verfahrensschritte aus FDM und SLA. Basis sind feste
   Kunststoffe und Kunstharze, meist niedrigschmelzende Thermoplaste und
   UV-empfindliche Acryl-Photopolymere, die gegebenenfalls mit Sand, Metall-
   und Glaspulver kombiniert werden können. Wie beim FDM wird der Werkstoff
   in fester Form zugeführt, aufgeschmolzen und dann in flüssiger Form über
   einen Druckkopf mit mehreren linear angeordneten Düsen – ähnlich wie bei
   einem Tintenstrahldrucker – auf eine Bauplattform aufgetropft.  Danach
   wird das Material gewalzt und über UV-Strahlung ausgehärt. Dann folgt die
   nächste Schicht.

   Die Vorteile des Multi-Jet-Modeling: Das Verfahren ist sehr genau –
   Details mit einer Auflösung von bis zu 450 dpi sind möglich. Die
   Oberflächengüte ist hoch, glatte Oberflächen sind realisierbar. Und eine
   parallele Fertigung verschiedener Bauteile ist möglich, so lange sie in
   ihren Größenabmessungen gleichzeitig auf die Bauplattform passen. Ein
   weiteres Plus: Sind Stützkonstruktionen für komplexe Geometrien notwendig,
   können diese aus niedrig schmelzendem Wachs erstellt werden. Somit
   entfällt die Notwendigkeit eines mechanischen Entfernens. Die
   Stützkonstruktion wird einfach durch Erhitzen beseitigt. Einige MJM-Geräte
   arbeiten zudem mit Zweikopfsystemen, die sowohl Werkstoff als auch
   Stützwachs dosieren können.

   Aber: Multi Jet Modeling ist eine (noch) sehr teure und sehr langsame
   Fertigungsmethode und kommt derzeit nur für wenige industrielle
   Verwendungen in Frage.

   Sie überlegen, ob Multi Jet Modeling für Ihr Projekt in Frage kommt?
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  Laminated Object Manufacturing (LOM)

   Laminated Object Manufacturing (LOM) arbeitet anders als andere additive
   Manufacturing Methoden in der Regel mit Papier. Aber auch Folien aus
   Keramik, Kunststoffen oder Aluminium kommen zum Einsatz. Der Aufbau des zu
   fertigenden Werkstücks erfolgt, indem unterschiedlich große Papierstücke
   schichtweise aufeinander laminiert werden. Für jede neue Schicht wird die
   Bauplatte graduell abgesenkt, bis die letzte Schicht aufgebracht ist.
   Nicht benötigte Papierschichten verbleiben dabei aus Stabilitätsgründen
   bis zum Prozessabschluss auf der Bauplatte, werden mittels Laser,
   Heißdraht oder Messer quadratförmig zerschnitten und entfernt.

   Anschließend wird das Werkstück gegen Feuchtigkeit versiegelt und je nach
   Verwendung geschliffen, gespachtelt oder lackiert. Die Nachbearbeitung 
   kann manuell oder maschinell erfolgen. Für eine höhere Stabilität und
   Temperaturbeständigkeit ist auch eine Infiltration von Epoxidharz möglich.
   Typische Schichtstärken liegen zwischen 0,011 mm bis 0,015 mm, bei
   Wandstärken von Hohlkörpern ab 2 mm.

   Die Vorteile: LOM ist eine relativ günstige additive Fertigungsmethode für
   Prototypen vergleichsweise geringer Komplexität. Die Technik ist einfach.
   Stützstrukturen sind nicht notwendig. Aber: Die Nachbearbeitung ist durch
   die aufwändige Entfernung überschüssigen Materials zeitintensiv.

   LOM-Teile werden überwiegend im industriellen Bereich eingesetzt,
   insbesondere in Gießereien. So lassen sich mittels LOM Urmodelle für
   Silikonformen sowie Formwerkzeuge für Vakuumtiefziehen, Gießen mit
   Gießharzen und – als Alternative zu Holzformen – für die Sandgussfertigung
   herstellen. Aber auch Design- und Konstruktionsentwürfe werden mit LOM
   gefertigt.

   LOM zählt zu den jüngeren Rapid Technologien und wird beständig
   weiterentwickelt. Insbesondere im Leichtbau, aber auch im Werkzeugbau
   eröffnen dabei neue Werkstoffe wie Glasfiber-Keramik-Verbundmaterialen
   kontinuierlich neue Perspektiven und Einsatzmöglichkeiten des Verfahrens –
   ein Prozess, der sich noch Jahrzehnte fortsetzen wird.

  Selektives Lasersintern (SLS) / Selektives Laserschmelzen (SLM)

   Beim Selektiven Lasersintern (SLS) werden aus pulverförmigen Thermoplasten
   wie Polycarbonat, Polyamid und Polyvinylchlorid, aus Elastomeren und Nylon
   sowie pulverförmigen Metallen wie Titan, Aluminium oder
   Mehrkomponenten-Metallpulver maßhaltige Werkstücke hoher Bauteilgüte
   additiv gefertigt.  Noch in der Entwicklung befindet sich das Lasersintern
   keramischer Pulver beispielsweise zur Herstellung hochwertigen
   Zahnersatzes.

   Beim Selektiven Lasersintern wird der Werkstoff in einer Kammer – ähnlich
   wie bei der Stereolithographie – gesammelt und mittels Laser punktuell so
   stark erhitzt, dass es sich benachbarte Partikel verbinden (Sintern). Ist
   eine Schicht vollständig aufgebaut, senkt sich die Bauplattform in der
   Kammer ab und der Prozess wird wiederholt, bis das fertige Werkstück
   entstanden ist. Da die Bearbeitung in vertikaler Richtung erfolgt, sind
   auch Hinterschnitte möglich.

   Ähnliche additive Verfahren sind das Selektive Laserschmelzen (SLM, nur
   Metalle), bei  dem das Pulverbett bis knapp unter Schmelztemperatur
   erhitzt wird und einzelne Metallpartikel per Laserstrahl lokal
   verschmolzen werden, und das Selektive Elektronenstrahlschmelzen (SEBM),
   das anstelle des Lasers einen Elektronenstrahl verwendet und das additive
   Fertigung sogar mit hochfesten Werkzeugstählen ermöglicht.

   Selektives Lasersintern und Selektives Laserschmelzen kommen nahezu
   ausschließlich in der Industrie zum Einsatz, da die Verfahren kosten- und
   zeitintensiv sind. Der maschinelle Aufwand ist hoch, die Fertigung
   erfordert umfassende Fachkenntnisse der Technik und der verwendeten
   Werkstoffe. Zudem können die Prozesszeiten je nach Komplexität des
   Bauteils einige Stunden bis mehrere Tage in Anspruch nehmen. Typische
   Verwendungen sind der Prototypen- und Werkzeugbau, aber auch
   Serienfertigungen von Bauteilen und Endprodukten in der Luft- und
   Raumfahrt, im Automotive Bereich, im Maschinen- und Werkzeugmaschinenbau
   sowie in der Medizintechnik. Daneben werden hochwertige Kunstobjekte und
   originalgetreue Repliken mittels SLS hergestellt.

   Die Vorteile: SLS-/SLM-Teile sind sehr hochpreisig, aber auch sehr
   hochwertig, weitgehend riss- und porenfrei. Sie sind dabei
   verfahrensbedingt leicht porös, aber nicht spröde, und können
   metallisiert, geschliffen, gefärbt oder anderweitig oberflächenveredelt
   werden. Die sichtbaren Abstufungen der einzelnen Materialschichten, die
   für Werkstücke anderer additiven Manufacturing Verfahren und insbesondere
   den 3D-Druck/FDM typisch sind, treten hier jedoch nicht auf. Zudem
   entfallen die bei anderen additiven Fertigungsverfahren meist notwendigen
   Stützkonstruktionen. Das umgebende Pulver stützt das Werkstück während
   seiner Entstehung. Verbleibendes Material kann teilweise im nächsten
   Fertigungsprozess wieder verwendet werden.

   In ihren mechanischen Materialeigenschaften sind SLS- und SLM-Teile
   aufgrund ihrer hoher Bauteildichte klassischen Gussteilen vergleichbar,
   punkten aber zusätzlich mit freieren Geometrien:  Mittels selektivem
   Lasersintern lassen sich Bauteile oder Endprodukte herstellen, die mit
   herkömmlichen Formwerkzeugen im Kunststoff- oder Metallguss oder
   konventionellen Metallbearbeitungstechniken wie Fräsen, Drehen und
   Schneiden nicht realisierbar wären.

   Ein weiteres Plus: In der Serienfertigung lassen sich Endprodukte auch in
   kleineren Losgrößen differenzieren, ohne dass ein neues, teures
   Formwerkzeug entwickelt und hergestellt werden muss. Änderungen müssen nur
   im Computermodell erfolgen und werden direkt übertragen. Ohne additive
   Fertigungsverfahren wäre diese Individualisierung von Endprodukten
   unbezahlbar. Hierzu zählen unter anderem medizinische Anwendungen wie
   Prothesen oder Implantate.

   Eine kurze Zusammenfassung in Form eines PDF der Verfahren mit Beispiel
   ROI Rechnung finden Sie auf der Seite des süddeutschen
   Kunststoff-Zentrums.

   Sie möchten wissen, ob SLS oder SLM für Sie in Frage kommt? Wir beraten
   Sie gern. Schicken Sie uns Ihre unverbindliche Anfrage
   an info@vioproto.de 

Rapid Technologie – ja oder nein: Welches  additive Fertigungsverfahren ist
sinnvoll für welchen Verwendungszweck?

   In den vergangenen Jahrzehnen haben sich die Rahmenbedingungen für die
   Entwicklung neuer Produkte erheblich verändert. Hatte man früher teilweise
   mehrere Jahre Zeit, um ein Produkt zur Marktreife zu führen, sind die
   Entwicklungszyklen heute auf wenige Monate oder gar Wochen geschrumpft.
   Zudem prägen ein starker Wettbewerb und ein hoher Kostendruck bei
   steigenden Qualitätsanforderungen den Weg von der Idee zum markfähigen
   Produkt. Hier setzen im Prinzip alle Rapid Technologien an, unabhängig
   davon, auf welchem additiven Fertigungsverfahren sie im Einzelnen
   aufbauen. Die Vorstellung, mit 3D-Druck und Co. schnell, einfach und
   günstig ohne Werkzeug fertige Produkte zu produzieren, entspricht jedoch
   nicht ganz den Tatsachen und überschätzt und verkennt zugleich die
   Potentiale additiver Fertigungsverfahren.

   Wie alle anderen Fertigungstechnologien bewegen sich auch die
   additiven Verfahren im Spannungsfeld zwischen Stückzahl, Qualitätsanspruch
   und Wirtschaftlichkeit. Nicht alles was technologisch machbar ist, ist
   auch wirtschaftlich sinnvoll. Aus allen verfügbaren Verfahren gilt es, das
   kostengünstigste auszuwählen – mit möglichst geringen Abstrichen an der
   Maßhaltigkeit und der Belastbarkeit des zu fertigenden Werkstücks.

   Im Vorfeld sind folgende Fragen zu klären:

     • Für welchen Verwendungszweck wird das geplante Werkstück benötigt?

    Rapid Prototyping:

   Soll das Werkstück in erster Linie als Messemuster, plastisches
   Anschauungsobjekt oder erster Prototyp in der Frühphase eine
   Produktentwicklung dienen? Oder handelt es sich um einzelnes Objekt für
   den privaten Gebrauch?

   Dann ist ein 3D-Druck-Verfahren, in der Regel das FDM oder SLA Verfahren,
   die erste und oft richtige Wahl.  Herkömmliche, abtragende
   Herstellungsverfahren wie Fräsen, Drehen oder Schleifen können hier aus
   Zeit- und Kostengründen nicht überzeugen.

   Soll das Werkstück bereits die Materialeigenschaften des zu fertigenden
   Bauteils oder Endprodukts aufweisen? Ist ein Einsatz des Prototyps in
   Markt- oder Langzeittests – wichtig insbesondere im medizinischen Bereich
   – geplant? Dann scheiden bestimmte additive Verfahren wie FDM oder LOM
   grundsätzlich aus, da die Materialauswahl begrenzt und damit bestimmte
   mechanische Charakteristika nicht darstellbar sind. Grundsätzlich kann der
   Einsatz von einer additiven Fertigung aber auch hier wirtschaftlich und
   technisch sinnvoll sein, da sie die Möglichkeit bieten, mit überschaubaren
   Aufwand  funktionsfähige Prototypen bereits in der Planungsphase zu
   fertigen und zu optimieren. Welches additive Fertigungsverfahren in Frage
   kommt oder ob beispielsweise auf Kunststoffschnellspritzguss mit Hilfe von
   Formwerkzeugen aus Aluminium (Soft Tools) zugegriffen werden muss, um
   bestimmte Qualitätsanforderungen zu erfüllen, hängt vom benötigten
   Werkstück ab.

    Rapid Tooling:

   Wird ein Formwerkzeug beispielsweise für den Kunststoffspritzguss
   benötigt? Dann  lohnt in jedem Fall der Blick auf eine mögliche additive
   Fertigung der endgültigen Form oder zumindest des Prototyps. Denn der
   traditionelle Werkzeug- und Formenbau ist zeit- und kostenintensiv.
   Additiv gefertigte (Ur)Formen für Kunststoff- und Metallguss bieten hier
   eine höhere Entwicklungsgeschwindigkeit und bessere
   Modifikationsmöglichkeiten bei niedrigeren Entwicklungs- und
   Fertigungskosten des Werkzeugs. Nicht zuletzt zählt das Rapid Tooling –
   der schnelle Werkzeugbau – zu den noch jungen Feldern der Rapid
   Technologien, aber auch zu denen mit dem größten Potenzial.

    Rapid / additive Manufacturing:

   Endprodukte und Serienproduktion aus additiver Fertigung? Eine gute Wahl –
   wenn bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind. Nicht jedes Teil  eignet sich
   für die so genannte schnelle Fertigung. Hunderttausende identischer
   Kunststoffteile lassen sich beispielsweise wirtschaftlicher und
   verlässlicher in klassischen Spritzguss herstellen.  Und manche
   mechanischen Eigenschaften, bestimmte Anforderungen an Maßhaltigkeit und
   Toleranzen lassen sich mit den für additive Fertigungsverfahren nutzbaren
   Werkstoffen noch nicht immer erfüllen.

   Wenn jedoch …

     • in Kleinserien zeitgleich verschiedene Gestaltvarianten erforderlich
       sind, beispielsweise im Automobilbau oder in der Medizintechnik
     • konstruktive Gestaltungsfreiheit gewünscht ist, beispielsweise bei
       Leicht- oder Hybridbauweisen ,
     • die geometrische Formenwahl ohne Rücksicht auf die Entformbarkeit des
       Werkstücks getroffen werden soll,
     • die Prozessgeschwindigkeit – Entwicklungszeit plus Aufbauzeit – von
       Bedeutung ist
     • Änderungen am Werkstück schnell umsetzbar sein müssen,
     • kurzfristig abrufbare, individuelle Ersatzteile, beispielsweise im
       Flugzeugbau, benötigt werden,
     • wenn direkt aus 3D-CAD-Dateien dezentral Bauteile oder andere Produkte
       gefertigt werden sollen (das so genannte Cloud Producing),

   ist additive Manufacturing eine sinnvolle, zunehmend eingesetzte und
   mitunter auch die einzig mögliche wirtschaftliche Fertigungsvariante der
   Gegenwart und vor allem der Zukunft.

     • Wie viel Zeit steht für die Fertigung zur Verfügung?

   Grundsätzlich gilt: Je kürzer der zur Verfügung stehende Zeitraum für
   Entwicklung und Fertigung, desto sinnvoller lässt sich additiv
   Manufcatoriing einsetzen. Bei additiven Fertigungsverfahren überschreitet
   zwar die Herstellungsgeschwindigkeit einzelner Bauteile maßgeblich die
   massengefertigter Teile.

   Betrachtet man jedoch die Gesamtprozessdauer inklusive
   Werkzeugentwicklung, -konstruktion, -bau und -optimierung, liegen Rapid
   Technologien in der Regel erheblich unter dem zeitlichen Aufwand, der im
   Werkzeug- und Formenbau anfällt. Je nach Verfahren und Komplexität des
   Werkstücks vergehen von der Bereitstellung der 3D-CAD-Datei bis zum
   fertigen Teil wenige Stunden bis zu einer Woche.

     • In welchem Preisrahmen darf sich die Fertigung bewegen?

   Additiv Manufacturing ist – abgesehen vom 3D-Druck für den Hausgebrauch –
   noch teuer. Noch teurer ist aber in der Regel der herkömmliche Werkzeug-
   und Formenbau bis zur Serienreife eines Werkzeugs. Plant man keine
   Massenproduktion, sind daher additive Fertigungsverfahren nahezu immer die
   wirtschaftlichere Lösung – wenn die erforderlichen Produkteigenschaften
   technisch darstellbar sind.

     • Welche Materialeigenschaften sind zwingend erforderlich?

   Grundsätzlich gilt: Die für additive Fertigungsverfahren zur Verfügung
   stehende Werkstoffe sind begrenzt. Manche Materialeigenschaften und
   bestimmte Maßhaltigkeiten sind daher nicht oder nicht mit jedem Verfahren
   darstellbar. Anderseits sind Rapid Technologien alternativlos bei
   bestimmten geometrischen Strukturen, die mit herkömmlichen Verfahren nicht
   zu realisieren sind. Dasselbe gilt für die individualisierte
   Serienfertigung, bei der eine Grundform kontinuierlich modifiziert wird.
   Sie lässt sich mit herkömmlichen Formwerkzeugen nicht umsetzen, da für
   jede Anpassung eine neue Form mechanisch hergestellt werden müsste. Bei
   der additiven Fertigung genügt die Anpassung des 3D-CAD-Datei.

     • Wie viele gleichartige Werkstücke werden benötigt (Stückzahl)? Sind
  Individualisierungen geplant?

   Die geplante Losgröße in Verbindung mit der Aufbaugeschwindigkeit der
   eingesetzten additiven Fertigungstechnologie ist entscheidend für die
   Wirtschaftlichkeit eines Fertigungsverfahrens. Im Gegensatz zu urformenden
   und umformenden Verfahren dabei die Wirtschaftlichkeit von Rapid
   Technologien mit steigender Bauteilgeometrie.

   Rein auf die Stückzahlen heruntergebrochen, rechnet sich eine additive
   Fertigung in der Regel bei einer jährlichen Produktion von bis zu 1.000
   Teilen, vorausgesetzt die erforderlichen Produkteigenschaften lassen sich
   mit den verfügbaren Werkstoffen darstellen. Bei einem Produktionsvolumen
   von über 100.000 Stück pro Jahr ist dagegen die klassische
   Massenproduktion mit Hilfe von Formwerkzeugen aus Werkstahl die
   wirtschaftlich sinnvollste Variante, da nur sie die erforderliche
   Fertigungsgeschwindigkeit und Wiederholungsgenauigkeit bei
   gleichbleibender Qualität in großen Menge und zu überschaubaren
   Stückpreisen gewährleisten kann.

   Sollen zwischen 1.000 und 100.000 Teile jährlich gefertigt werden, hängt
   die Entscheidung stark von der erforderlichen Maßhaltigkeit und
   Komplexität des Werkstücks ab. Grundsätzlich gilt: Je komplexer und
   geometrisch anspruchsvoller das Werkstück, desto eher lohnt sich eine
   additive Fertigung. Je höher die Anforderungen an Maßhaltigkeit und
   mechanische Produkteigenschaften, desto sinnvoller ist der konventionelle
   Weg. Eine Ausnahme bilden individualisierte Serienfertigungen
   beispielsweise in der Medizintechnik, bei denen Standardprodukte
   kontinuierlich modifiziert werden, beispielsweise bei Gehäusen für
   Hörgeräte. Diese Individualisierungen lassen sich nur mittels agilem
   additiv Manufacturing wirtschaftlich darstellen.

   Wichtig: Da sich die Verfahren des additiv Manufacturing ständig
   weiterentwickeln, können die genannten Werte nur eine Orientierungshilfe
   sein.

 Zu guter Letzt – Ein Fazit

   Additive Technologien sind aus der heutigen Industrie und auch aus dem
   privaten Bereich nicht mehr wegzudenken. Sie haben sich ausgehend vom
   schnellen Prototypenbau zu einem Eckpfeiler des industriellen Fortschritts
   entwickelt – eine Entwicklung, die noch nicht abgeschlossen ist. In
   einigen Bereichen stehen additiv gefertigte Produkte bereits im direkten
   Wettbewerb mit herkömmlich gefertigten Teilen. Ein Verdrängungsprozess
   zugunsten der additiven Manufacturing ist hier zu erwarten, für andere
   Verwendungen  wiederum sind sie zu ungenau, zu langsam und zu teuer.
   Grundsätzlich ergänzen sich additive und abtragende Fertigungsverfahren
   jedoch – entlang der Prozesskette im Produktentwicklungszyklus, aber auch
   indem sie Konstruktionsstrategien und Produktinnovationen ermöglichen, die
   zuvor technisch nicht umsetzbar waren. Welches Verfahren das
   wirtschaftlich und technisch sinnvollste ist, zeigt immer nur der Blick
   auf den Einzelfall.

   Sie haben Fragen? Kontaktieren Sie uns unter info@vioproto.de. Wir beraten
   Sie gern. Sie haben Interesse an einem individuellen Angebot. Senden Sie
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Wo wird Rapid Prototyping eingesetzt? Für welche Projekte eignet es sich?

   Einsatzmöglichkeiten auf einen Blick

   Wofür werden im Rapid Prototyping Verfahren gefertigte Teile benötigt ?

    als Produktgestaltungsvorschlag / Anschauungsmuster
   als Urmodelle für den Prototypenwerkzeugbau
   als Urmodelle für Metallguss / Feinguss
   als Werkzeugelemente
   als Serienteile, direktes Herstellen des benötigen Teils ohne Umwege
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   Wo kann jetzt Rapid Prototyping, wörtlich übersetzt „schneller Modellbau“,
   als schnelle Herstellungsmethode für Musterbauteile und Anschauungsmodelle
   helfen, diesen Anforderungen gerecht zu werden?

Warum sollte man auf Rapid Prototyping setzen?

   Inhaltsübersicht

     • Wo wird Rapid Prototyping eingesetzt? Für welche Projekte eignet es
       sich?
     • Warum sollte man auf Rapid Prototyping setzen?
     • Welche Produktbereiche setzen Rapid Prototyping ein?

   Zeit

   – > die Rapid Prototyping-Verfahren sind wesentlich schneller als
   klassische Modellbautechniken. Diese Zeitersparnis multipliziert sich mit
   zunehmender Anzahl der Innvoationszyklen.
   Kosten

   -> es stehen, je nach Ziel der Teileerstellung, einige Verfahren zur
   Auswahl und daraus kann das für den jeweiligen Zweck kostengünstigste
   ausgewählt werden, auch hier ein eindeutiger Kostenvorteil gegenüber den
   arbeitsintensiven konventionellen Methoden der Teilefertigung.
   Kommunikation

   -> Eine Zeichnung, 3-D-Daten und selbst sehr plastische 3-D-Darstelllungen
   können nicht dasselbe leisten wie das Teil tatsächlich in der Hand zu
   halten.

   Die Oberfläche und Haptik, Shorehärten, der Zusammenbau mit anderen
   Teilen, all das kann mit der Fertigung des ersten Teiles in RP-Techniken
   geleistet werden und erleichtert die Kommunikation bei Produkt Management
   Meetings, bei der Zusammenarbeit verschiedener Abteilungen oder Bereiche
   in der Produktentwicklung, Planung von Marketingkampagnen und Bewerbung
   eines Produkts vor Markteinführung und tatsächlich angelaufener
   Serienfertigung, Zusammenarbeit und Kommunikation zwischen Zulieferer und
   Kunde etc.
   Qualität / Flexibilität

   -> Die Qualität zu entwickelnder Teile wird bereits im Vorfeld durch
   Teileoptimierung in der Prototypenphase verbessert.

   Denn ist erstmal ein Werkzeug gebaut für die Serienfertigung, sind die
   Änderungsmöglichkeiten eher eingeschränkt und teuer, daher werden dann
   bezüglich der ursprünglich angedachten Teileeigenschaften und –qualität
   Kompromisse eingegangen, die bei gründlicher Abklärung durch Fertigung des
   Teils in RP-Techniken bereits bei der Teile- und Werkzeugkonstruktion
   hätten vermieden werden können, da Konstruktionsfehler sofort offenbar
   werden, wenn z.B. im Zusammenbau zwei aufeinander abzustimmende Teile
   nicht zusammenpassen.

   Es gibt auch Teile, die durch Einschränkungen der klassischen Technologien
   wie z.B. Spritzguss oder Frästeile im Bereich zu realisierender Geometrien
   in diesen Verfahren gar nicht gefertigt werden.
   Man denke an eine 3-dimensionale Netzstruktur beispielsweise:

   Hier bleibt selbst für die Serie kein anderer Weg, als über generative
   additive Verfahren zu gehen, zumindest um einen „Rohling“ zu generieren,
   der dann für bestimmte Oberflächeneigenschaften oder Genauigkeiten noch
   befräst werden kann beispielsweise.

Welche Produktbereiche setzen Rapid Prototyping ein?

   Wie in vielen anderen Bereichen ist der automotive-Bereich und seine
   Zulieferer der Wachstumsmotor der Branche. Schlüsselkomponenten werden in
   der Regel von den Automobilbauern selbst in RP-Verfahren im Design
   perfektioniert und gefertigt , um den Wettbewerbsfaktor des
   Innovationsvorsprungs vor der Konkurrenz nicht zu gefährden, indem man
   diese außer Haus vergibt. Jedoch übernehmen oft die Zulieferer auch die
   Produktentwicklung nach den Vorgaben des Automobilherstellers für ihre
   Produkte und damit auch die Erstellung der RP-Teile bzw. werden diese
   extern an einen Dienstleister.

   Vom Flugzeugbau wurde der automotive-Bereich ebenfalls inspiriert, da dort
   schon lange die Verringerung von Gewicht ( Leichtbauweise ) ein großes
   Thema ist, jedoch in der Automobilbranche ebenfalls ein zunehmender Bedarf
   an dieser Art von Produkten besteht durch die Anforderung, immer leichtere
   und spritsparendere Fahrzeuge zu bauen ohne sicherheitsrelevante
   Komponenten in ihrer Funktion zu schwächen.

   Im Flugzeugbau werden durch den Einsatz für die Luftfahrt zugelassener
   Materialien in RP-Technologien mittlerweile sehr viele Teile tatsächlich
   als Serienteil gefertigt. Damit entfällt für solche Teile auch das
   Ersatzteilproblem, man kann es sich jederzeit ausdrucken anstatt es sich
   auf Lager zu legen. RP-Techniken eignen sich in besonderer Weise für die
   Leichtbauweise, da ich damit Wabenstrukturen, Hohlräume etc. generieren
   und damit Material und Gewicht sparen kann und unter Umständen damit das
   Teil sogar noch stabiler mache bei weniger Gewicht.

   Die nächste Schlüsselindustrie ist die Medizintechnik, da man über die
   RP-Techniken eine maximale Individualisierung erzielen kann, z.B. in der
   Prothetik oder Zahnmedizin, um nur wenige zu nennen. Mittlerweile
   existieren einige biokompatible Materialien und die Entwicklung ist
   aufgrund des ungeheuren Bedarfs und der Möglichkeiten dieser Technologien
   sehr dynamisch.

   Im Werkzeugmaschinenbau wurde Rapid Prototyping lange nicht allzu ernst
   genommen, die Teile waren ja im Auge des traditionellen Werkzeugbauers nur
   „Prototypen“, nicht vergleichbar bezüglich Toleranzen und Maßhaltigkeiten.
   Jedoch wird diese Technologie mittlerweile nicht nur unterstützend für die
   Konstruktion eingesetzt, sondern auch um das Werkzeug selbst zu
   optimieren: es können z.B. Kühlkanäle auch für sehr komplexe Geometrien im
   Werkzeug gefertigt werden, so dass die Qualität des Spritzgussteils durch
   kontrollierteres Abkühlen des fertigen Teils verbessert werden kann.

   Für Mode und Design sowie Spielwaren ist die Anmutung von sehr hoher
   Relevanz und sicherlich ist ein Anschauungsmodell zunächst von höherer
   Bedeutung wie die dann später z.B. im Zusammenbau wieder erwartete und
   herzustellende Funktionalität. Gerade diese Bereiche sind extrem kurzen
   Produktzyklen unterworfen und sicherlich werden dann RP-Techniken neben
   der Produktentwicklung auch zunehmend im Direct Manufacturing zum Einsatz
   kommen, zunächst eher individualisierte und limitierte Auflagen aber auch
   das Drucken von Ersatzteilen.

   Haushaltsgeräte, Weiße Ware und Heimwerkerartikel differenzieren ihre
   Produkte immer weiter z.B. nach Design und Farben, Profi- und Hobbybereich
   etc. und es werden ständig neue Gehäuseteile benötigt, ähnlich wie in der
   automotive-Branche wird immer öfter ein „Facelift“ für das gleiche Produkt
   benötigt oder die Funktionalität mit ergonomischeren Griffen und
   Handhabung erhöht. RP-Techniken sind unumgänglich um die kurzen
   Entwicklungszyklen einzuhalten.

   Zukünftige Wachstumsbereiche für Rapid Prototyping werden Funktionsteile,
   Rapid Tooling und Komponenten dafür, Architekturmodelle, Biomedizin,
   Nischen wie Restauration von Statuen, Museums-/Ausstellungsmodelle etc.
   sowie Rapid Manufacturing in industriellem Umfang sowie das Thema
   Ersatzteile und E-manufacturing sein.

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                    Rapid Tooling – der schnelle Werkzeugbau

   Inhaltsübersicht

     • Rapid Tooling – der schnelle Werkzeugbau

          • Das Gesamtkonzept – was ist rapid tooling?

               • Maßnahmen organisatorischer Art:
               • Modularer und standardisierter Werkzeugaufbau
               • Einführung und Kombination innovativer Technologien für die
                 Fertigung

          • Rapid Tooling gesucht?
          • Überblick Rapid Tooling-Verfahren

               • Generative Verfahren:
               • Nicht generative Verfahren
               • Die Zukunft des modernen Werkzeugbaus

Das Gesamtkonzept – was ist rapid tooling?

   Die weiter gefasste Definition von Rapid Tooling (= Werkzeugbau) umfasst
   alle Verfahren zur Herstellung von Werkzeugen und Formen für den Bau von
   Prototypen oder Kleinserien. Zwar werden heute immer mehr generative
   Verfahren eingesetzt und oft werden die subtraktiven Verfahren in den
   Hintergrund gestellt, jedoch erfordern viele Aufgabenstellungen
   Mischformen, d.h. einige Teile des Werkzeugs werden in generativen, andere
   in zerspanenden Verfahren gefertigt.

   Allgemein ist das Ziel von Rapid Tooling, dass Originalmaterialien in zum
   Vergleich zum klassischen Werkzeugbau sehr viel schnelleren Verfahren zur
   Herstellung von Teilen verwendet werden können.

   Die Beschleunigung des Prozesses der Werkzeugerstellung steht auf 3
   Säulen:

  Maßnahmen organisatorischer Art:

   Die Auftragsabwicklung wird analog zum klassischen Projektgeschäft   
   durchlauforientiert, das heißt mit maximaler Parallelisierung gleichzeitig
   durchführbarer Arbeiten organisiert.

   Der Einsatz verschiedener Technologien ist hier sogar von Vorteil, da
   verschiedene Teilarbeiten synchron ablaufenkönnen.

  Modularer und standardisierter Werkzeugaufbau

   Ein variables modulares Stammformensystem wird eingeführt mit
   Wechseleinsätzen, hierfür existieren verschiedene technologische Lösungen.

   Dies ist insbesondere für ähnliche und in etwa gleich große Teile
   geeignet.

  Einführung und Kombination innovativer Technologien für die Fertigung

   Zum einen werden immer mehr generative Verfahren angewandt, bisher vor   
   allem verschiedene Varianten des Laser-Sinter-Verfahrens, jedoch haben
   auch andere additive Verfahren interessante Technologien für den Einsatz
   im Rapid Tooling entwickelt und mittlerweile zur Marktreife gebracht.
   Daneben     haben immer noch optimierte zerspanende Verfahren wie z.B.
   HSC-Fräsen (High Speed Cutting = Hochgeschwindigkeitszerspanung)  und
   5-Achs-Fräsen einen Anteil bei der Beschleunigung des Werkzeugbaus im
   Rapid Tooling, insbesondere in der Kombination mit generativen Verfahren.

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Überblick Rapid Tooling-Verfahren

   Die Werkzeugkonstruktion, basierend auf den fertigungsgerechten CAD-Daten
   des Bauteiles, muss konsequent modular aufgebaut werden.

   Dann wird entschieden, welche Teile der die Kontur abbildenden Formnester
   und der Werkzeugstammform generativ und welche zerspanend gefertigt
   werden. Folgende Verfahren stehen hierbei zur Verfügung:

  Generative Verfahren:

   FDM– und SLA-Technik spielen z.B. bei der Herstellung komplexer
   Kühlsysteme für Werkzeuge mittlerweile ebenfalls eine Rolle und nehmen an
   Bedeutung zu.

   Diverse Sinterverfahren werden bereits schon lange eingesetzt:

     • 

       Direktes Metall-Sintern (DLMS)

       Hier werden im Lasersinterverfahren spezielle Metallpulver verwendet.

       Die Werkstücke können sowohl infiltiert als auch unfiltriert 
       nachbearbeitet werden, z.B. durch Schweißen, Löten, Erodieren,
       Befräsen, Sandstrahlen, Polieren oder andere Oberflächenbearbeitung.

     • 

       Indirektes Metall-Lasersintern

       Ausgangsmaterial ist mit Kunststoff gecoatetes Edelstahlpulver,
       welches wie bei allen Lasersinterverfahren in Schichten aufgetragen
       und mit einem Laser verschmolzen wird. Es folgt ein Thermischer
       Prozess, wobei der Binder ausgetrieben wird, dann wird versintert,
       dann kühlt die neu entstandene Materialmatrix ab und das Teil setzt
       sich durch die Schwerkraft.

       Wichtig ist dabei die Kenntnis und verfahrensgerechte Konstruktion der
       Teile unter Berücksichtigung von Schwund, Verzug etc., da durch die
       thermische Behandlung die Temperaturverteilung im Bauteil mit
       berücksichtigt werden muss.

     • 

       Lasersintern Kunststoff mit Epoxidharz

       Die Lasersinterteile aus Kunststoff sind für Rapid Tooling direkt
       nicht geeignet. Allerdings kann Infiltriern mit Epoxidharz durch das
       Schließen der Poren eine höhere Stabilität,
       Temperaturwiderstandsfähigkeit und ander Möglichkeiten der
       Oberflächenbearbeitung und –veredlung eröffnen

       So dass der Einsatz dieser vergleichsweise günstigen Technologie durch
       den Einsatz des preiswerteren Kunststoffpulvers kostenmäßig
       interessant sein kann, wenn auch noch weitere Prozesse notwendig sind
       zum endgültigen Einsatz.

     • 

       Herstellen einer Epoxidharzform über ein Urmodell

       Ähnlich wie beim Vakuumguss über Silikonformen wird hier ein über
       Stereolithographie oder andere additive Verfahren hergestelltes
       Urmodell benutzt, um über das Umgießen des Urmodells in einerm
       Gießrahmen eine Form aus Epoxidharz herzustellen.

       Oft sind diese Harze für eine höhere Temperaturstabilität und bessere
       mechanische Eigenschaften und höhere Standzeiten noch z.B. mit
       Aluminium gefüllt.

       Die Entwicklung solcher speziellen Rapid-Tooling-Harze geht immer
       weiter und es existieren mittlerweile sehr gute Systeme, da dieses
       Verfahren sehr schnell ist und bei einfachen Teilen und nicht zu hohen
       Ansprüchen an Toleranzen und Maßhaltigkeit keine weiteren
       Werkzeugkomponenten mehr notwendig sind.

  Nicht generative Verfahren

   HSC-Fräsen / 5-Achs-Bearbeitung

   Zum einen können die Hochgeschwindigkeits- und 5-Achs-Fräsen auch dazu
   benutzt werden, z.B. aus Modellbaublockmaterial oder Aluminium Formen für
   Rapid Tooling-Verfahren zu fräsen.

   Generell haben sich auch im klassischen Werkzeugbau die Durchlaufzeiten
   durch die technologischen Verbesserungen in diesem Bereich verbessert und
   durch die Automatisierung vieler Abläufe im zerspanenden Bereich und
   modulare Bauweise der Werkzeuge können bei optimalem Projekt- und
   Auftragsmanagement große Zeitsparpotentiale realisiert werden,
   insbesondere wenn der konventionelle mit innovativen Werkzeugtechniken aus
   dem generativen Bereich kombiniert wird.

   Aluminiumformen sind schneller und kostengünstiger gebaut und bieten
   dennoch für kleinere Serien gute Fertigungsmöglichkeiten und Standzeiten.

  Die Zukunft des modernen Werkzeugbaus

   Der Schlüssel für die zukünftige Bedeutung der zerspanenden Verfahren für
   das Rapid Tooling liegt allerdings neben weiterer Optimierung der
   Schnelligkeit und Flexibilität in der Kombination mit generativen
   Verfahren.

   So kann ein lasergefertigtes Teil als „Rohling“ benutzt und material- und
   zeitsparend endbearbeitet werden, um die erforderlichen Toleranzen
   einhalten zu können beispielsweise.

   Bei der Optimierung komplexer Kühlsysteme für die Werkzeuge werden
   generative Systeme sicherlich weiter an Bedeutung gewinnen.

   Generell wird das Rapid Tooling umso mehr an Bedeutung gewinnen, je besser
   die Technologien miteinander zusammenarbeiten und ineinandergreifen, um
   die Einsparpotentiale an Zeit und Kosten voll ausschöpfen zu  können, dazu
   ist auch eine indisziplinäre Zusammenarbeit innerhalb von Unternehmen
   erforderlich.

   Die rasante Weiterentwicklung und zunehmende Akzeptanz von additiven
   generativen Verfahren auch im klassischen Werkzeugbau schafft nun
   Möglichkeiten, die von einem immer schnellebigeren Markt gerne ergriffen
   werden, um den immer kürzer werdenden Zykluszeiten gerecht werden zu
   können und auch Möglichkeiten zu finden, die vergleichsweise hohe
   Kapitalbindung im konventionellen Werkzeugbau bei niedriger Flexibilität
   für Änderungen und Modifikationen durch einen modularen Werkzeugbau, der
   auch noch Wege offen hält für spätere Produktdifferenzierungen immer mehr
   zu ersetzen.

   Die Anforderungen an den Werkzeugbauer werden dadurch noch höher, da er
   nicht mehr wie gehabt das gesamte Werkzeug für EIN Verfahren optimieren
   muss, sondern festlegen muss welches Modul in welcher Technologie am
   besten gefertigt wird und er muss dann auch noch die Module für jedes
   Verfahren jeweils optimieren.

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    Selektives Laserschmelzen: Voll belastbare Metallteile ohne Formwerkzeug

   Selektives Laserschmelzen (Selective Laser Melting = SLM) ermöglicht die
   additive Fertigung hochwertiger und komplexer Formen, Bauteile und
   Endprodukte – ohne lange Vorlaufzeit, ohne aufwändigen Werkzeugbau,
   kostenoptimiert und bedarfsgerecht individualisiert.

   Inhaltsübersicht

     • Selektives Laserschmelzen: Voll belastbare Metallteile ohne
       Formwerkzeug

          •  Der SLM-Prozess im Überblick

               • Materialien im Überblick
               • Die Vorteile des Selektiven Laserschmelzens:
               • Die Nachteile:

          •  Von Automotive bis Werkzeugmaschinenbau: Wofür eignen sich
            SLM-Teile?

               • Prototypen und Kleinserien
               • Werkzeug und Formenbau
               • Funktionsteile
               • Medizintechnik

   Das Grundprinzip: Ein computergesteuerter Laser verschmilzt nach
   geometrischen Modelldaten Metallpulver schichtweise zu einem Bauteil. Der
   Fertigungsprozess weist dabei große Übereinstimmungen mit dem Selektiven
   Lasersintern (SLS) auf. Die Unterschiede:

     • Die Pulverpartikel werden anders als bei SLS in der Regel nicht vorab
       erhitzt (es sei denn, es handelt sich um Aluminiumlegierungen),
     • Die Pulverpartikel werden verschmolzen und nicht gesintert. Und
     • Der Fertigungsprozess findet in einer besonderen Schutzgas-Atmosphäre
       aus Argon oder Stickstoff statt, um eine Oxidation des Metallpulvers
       zu verhindern.

 Der SLM-Prozess im Überblick

   Ausgangspunkt für den Prozess des Laserschmelzens ist ein 3D-CAD-Modell,
   das Schicht für Schicht in seine geometrischen Daten zerlegt wird
   (slicen). Die meisten AutoCAD-Programme verfügen hierfür über eine
   .stl-Schnittstelle. Diese .stl-Datei des zu fertigenden Bauteils kann
   direkt von der Scan-Einheit des Fabrikators bzw. 3D-Druckers schichtweise
   ausgelesen werden.

   IFrame

   Im eigentlichen Fertigungsprozess wird Metallpulver mit einer Rakel
   schichtweise auf eine Bauplattform aufgetragen. Je nach Verwendungszweck
   werden dabei meist bindemittelfreie, verdüste Pulver aus folgenden
   Metallen bzw. Werkstoffen verwendet:

  Materialien im Überblick

     • Edelstahl
     • Werkzeugstahl
     • Hochtemperaturbeständiger Stahl
     • Chromstahl
     • NickelAlloy und Nickelbasislegierungen
     • Aluminium und Aluminiumlegierungen
     • Titan und Titanlegierungen
     • Chrom-Cobalt-Molybdän-Legierungen
     • Bronzelegierungen
     • Kupferlegierungen
     • Edelmetalllegierungen

   Ein oder mehrere hochenergetische Laser schmelzen im nächsten Schritt das
   Metallpulver lokal auf. Die Ausrichtung des/der Laser erfolgt dabei über
   Umlenkspiegel, der wiederum von der Scan-Einheit gesteuert wird, die die
   .stl-Daten des Bauteils ausliest. Nach dem Aushärten wird die Bauplattform
   abgesenkt und eine neue Pulverschicht auf die bereits erstarrte
   Metallschicht verteilt und aufgeschmolzen – so lange, bis das Bauteil
   fertig gestellt ist.

   Im Anschluss wird das Bauteil entfernt, gereinigt und bei Bedarf
   nachbearbeitet. Die Nachbearbeitung kann als Oberflächenbehandlung oder
   mechanische Bearbeitung erfolgen wie Fräsen, Drehen, Schleifen,
   Gleitschleifen, Draht- und Senkerodieren, Polieren, Lackieren und
   Beschichten, Schweißen, Wärmebehandlungen und andere.

   Die Standardschichtdicke beim SLM beläuft sich auf 0,015 bis 0,1 mm, die
   minimale Wandstärke auf 0,25 mm. Anders als beim Selektiven Lasersintern
   müssen die Bauteile jedoch auf der Bauplattform fixiert werden und
   benötigen Stützgeometrien, falls eine neue Schicht nicht auf eine
   vorherige aufsetzt (u.a. bei Hinterschnitten). Die Stützstrukturen werden
   meist wabenförmig in kleinstmöglicher Wandstärke aufgebaut, so dass sich
   am Ende der Fertigung leicht entfernen lässt. Hybridbauten aus einer
   konventionell hergestellten Basis und einem additiv mittels SLM
   gefertigten Aufbau sind möglich.

  Die Vorteile des Selektiven Laserschmelzens:

     • SLM-Teile erlauben große Freiheiten in der geometrischen Gestaltung
       (einschließlich Hinterschnitte), die mit regulären Werkzeugformen aus
       technischen oder wirtschaftlichen Gründen nicht realisierbar wären.
     • SLM-Teile verfügen eine extrem hohe Bauteildichte (nahezu porenfrei
       mit über 99 Prozent). Entsprechend hoch sind Detailgenauigkeit,
       Festigkeit und chemische bzw. dynamische Belastbarkeit. Die
       mechanischen Eigenschaften entsprechen in der Regel denen
       konventionell gefertigter Teile aus demselben Grundstoff. Wichtig:
       Anders als beim Gießen von Metallschmelzen treten beim SLM keine
       unerwünschten Hohlräume (Lunker) auf.
     • Selektiven Dichten mit offen-porösen Strukturen bei Erhalt der
       Bauteil-Festigkeit sind möglich, beispielsweise im Leichtbau für die
       Luft- und Raumfahrt oder in der Fertigung von Implantaten und
       Prothesen. Diese nach bionischen Prinzipen hergestellten Bauteile sind
       mit herkömmlichen Verfahren nicht darstellbar.
     • Die Fertigung komplexer Bauteile einschließlich der Integration ganzer
       Baugruppen ist möglich. Der Montagebedarf wird so reduziert oder
       entfällt vollständig.
     • Eine Integration von Funktionen wie Temperierkanäle, Luftinjektoren
       oder Scharniere und Hebel ist möglich.
     • Der Materialbedarf ist deutlich geringer als bei herkömmlichen
       Fertigungsverfahren. Nicht verschmolzenes Pulver ist in der Regel
       wiederverwendbar.
     • SLM ist form- und werkzeugfrei. Da keine Werkzeugformen entwickelt und
       gebaut werden müssen, ist es deutlich kostengünstiger und schneller
       als andere metallurgische Fertigungsverfahren.
     • Erforderliche Anpassungen (Design, Passform etc.) können schnell und
       mit wenig Aufwand umgesetzt werden. Allein das 3D-CAD-Modell muss
       geändert und neu geslict werden.
     • Die Bandbreite der SLM-fähigen Werkstoffe wächst kontinuierlich. Es
       gibt bereits erste SLM-Drucker, die mit hochfesten Werkzeugstählen
       arbeiten.
     • Die dezentrale Fertigung „on Demand“ ist möglich. Eine Lagerhaltung
       auf Vorrat und weite Transportwege werden so überflüssig,
       beispielsweise bei Ersatzteilen für Flugzeuge.

  Die Nachteile:

     • Der Energieverbrauch ist hoch.
     • Eine Nachbearbeitung der Bauteile ist erforderlich. Dabei gilt: Je
       höher die Laserleistung und je gröber das Pulver, desto rauer die
       Oberfläche.
     • Es gibt eine im Vergleich zu anderen additiven Verfahren begrenzte
       Zahl von Maschinen- und Materialherstellern.

   Sie wissen nicht, ob sich Ihr Produkt mittels Laserschmelzen fertigen
   lässt? Sie benötigen Beratung, welcher Werkstoff der richtige für Ihre
   Verwendung ist? Sie benötigen eine Machbarkeits- und
   Wirtschaftlichkeitsanalyse? Wir übermitteln Ihnen ein passendes Angebot
   –kostenlos und unverbindlich. Kontaktieren Sie uns per E-Mail an
   info@vioproto.de. Wir beraten Sie gern.

 Von Automotive bis Werkzeugmaschinenbau: Wofür eignen sich SLM-Teile?

     • Prototypen und Kleinserien

   Prototypen und Kleinserien in Rennsport und Automobiltechnik,
   Leichtbauteile für Luft- und Raumfahrt, medizinische Geräte und
   Implantate, Lifestyle-Produkte wie Schmuck und Uhren, Präzisionsbohrer,
   Formwerkzeuge und funktionsintegrierte Bauteile im Maschinenbau und
   Werkzeugbau – SLM-Teile kommen in einer zunehmenden Zahl von Branchen zum
   Einsatz. Im Bau von Prototypen – ein „klassischer“ Anwendungsbereich
   additiver Fertigungsverfahren – hat das Selektive Laserschmelzen einen
   festen Platz. Andere Einsatzgebiete insbesondere im Bereich
   anspruchsvoller industrieller Verwendungen rücken aber zunehmend in den
   Vordergrund. Insbesondere individualisierte Endprodukte beispielsweise in
   der Medizintechnik und Funktionsteile im Maschinen- und Anlagebau spielen
   eine wachsende Rolle in der SLM-basierten Fertigung.

     • Werkzeug und Formenbau

   So werden im Werkzeug- und Formenbau mittels SLM Bauteile, Kerne und
   Einsätze für Druck- und Spritzgießwerkzeuge bzw. -maschinen gefertigt.

   Die wesentlichen Vorteile: Selektives Laserschmelzen ist erheblich
   preisgünstiger und schneller als der reguläre Werkzeugbau. Und die
   Funktionsintegration ermöglicht beispielsweise die Schaffung konturnaher
   Kühlkanäle, die sich in dieser Form nicht auf herkömmliche Weise bohren
   lassen würden.

   Für den Spritzgießprozess bedeutet das beispielsweise: Nicht nur beim
   Werkzeugbau spart man Zeit und Geld. Durch die Optimierung der
   Formwerkzeuge verkürzt sich – durch die geringere Kühlzeit – auch der
   Spritzzyklus. Bei gleichbleibender Bauteilgüte und Maßhaltigkeit lassen
   hier zusätzliche Kosteneinsparungen realisieren, bei jedem einzelnen
   Fertigungsprozess.

     • Funktionsteile

   Ein weiterer Bereich, in dem SLM-Bauteile zum Einsatz kommen, ist die
   Fertigung hochtemperaturbeständiger Funktionsteile für Gasturbinen,
   Pumpen, mess-, energie- und prozesstechnische Verwendungen. Hier können
   sie mit hervorragenden Materialeigenschaften bei kostengünstiger
   On-Demand-Produktion punkten.

     • Medizintechnik

   Besonders zu nennen ist auch der Einsatz individualisierter
   SLM-Endprodukte aus Titan und Titanlegierungen in der Medizintechnik. Ob
   Zahnersatz oder orthopädisches Langzeitimplantat wie künstliche
   Hüftgelenke, Knie und Wirbelsäulenstützelemente – SLM ermöglicht die
   Fertigung hochwertiger, langlebiger, patientenangepasster Implantate,
   leicht, röntgenfähig und bezahlbar.

   Sie möchten Ihr Produkt – ob Einzelanfertigung oder Kleinserie – mittels
   SLM fertigen lassen? Senden Sie uns eine Anfrage mit Ihrem 3D-CAD-Modell
   und den erforderlichen Parametern wie Materialeigenschaften, Stückzahl und
   Fertigungszeitraum. Wir übermitteln Ihnen ein passendes Angebot unserer
   Partner – kostenlos und unverbindlich, inklusive Machbarkeitsanalyse. Hier
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          Selektives Lasersintern – Verfahren, Möglichkeiten, Ausblick

   Inhaltsübersicht

     • Selektives Lasersintern – Verfahren, Möglichkeiten, Ausblick

          • Selektives Lasersintern: Funktionsintegrierte Bauteile für
            anspruchsvolle Verwendungen
          • Das Verfahren: Vom Pulver zum Werkstück – schichtweise

               • Überblick möglicher Materialien

          • SLS im Überblick

               • Die Vorteile
               • Die Nachteile:

          • Der Fertigungsprozess: Von der .stl-Datei zum fertigen Bauteil
          • Prototypen, Kleinserien, Unikate – SLS macht´s möglich (und
            bezahlbar)
          • Unverbindliches Angebot oder Beratung gesucht?

   Sie suchen präzise und funktionsfähige Erstmuster- und Prototypenteile,
   die durch Auswahl verschiedener Materialien bereits im generativen Teil
   die endgültigen Eigenschaften des Serienteils zeigen?

   Oder sie möchten Kleinserien für Funktionsteile in kleinen Stückzahlen
   auflegen?

   Sehr komplexe Geometrien darstellen, die weder in subtraktiven Verfahren
   wie Fräsen oder anderen additiven Verfahren mit flüssigen oder
   verflüssigten Ausgangsmaterialien realisierbar sind, z.B. filigrane
   3-dimensionale Netzstrukturen?

   SLS bietet für alle diese Problemstellungen eine Lösung an.

Selektives Lasersintern: Funktionsintegrierte Bauteile für anspruchsvolle
Verwendungen

   Leichtbauteile für die Luftfahrtindustrie, individuell angepasste
   Prothesen in der Medizintechnik, hochwertige Brillen und ausgefallene
   Designobjekte – mittels Selektivem Lasersintern (SLS), das zu den
   additiven Fertigungsverfahren zählt, lassen sich qualitativ anspruchsvolle
   und geometrisch hochkomplexe Bauteile auch in kleinen Stückzahlen
   wirtschaftlich herstellen.

   Erfunden wurde SLS in den 1980er Jahren von dem Maschinenbaustudenten und
   späteren Doktoranden am  Austin Mechanical Engineering
   Department/University of Texas (UT ME), Carl Deckard. Er entwickelte die
   Idee, eine gerichteten Laser- oder Elektronenstrahl zur Aufschmelzung von
   Kunststoffpulverpartikeln zu verwenden und so neue Formen schichtweise
   herzustellen. Deckards erstes Patent zum Verfahren – „Method and Apparatus
   for Producing Parts by Selective Sintering“ – reichte er im Oktober 1986
   ein. Weitere SLS-Patente folgten, die bis heute erhebliche Einnahmen für
   die University of Texas generieren.

Das Verfahren: Vom Pulver zum Werkstück – schichtweise

   Das Selektive Lasersintern gehört zu additiven Schichtbauverfahren, die
   vereinfachend oft unter dem Begriff 3D-Druck zusammengefasst werden.
   Schichtbauverfahren bedeutet: Aus einem formlosen Stoff werden
   schichtweise dreidimensionale Bauteile oder Prototypen aufgebaut. Für SLS
   wird nahezu ausschließlich Rohmaterial in Pulverform verwendet, je nach
   Verwendungszweck und mechanischen Anforderungen

  Überblick möglicher Materialien

     • pulverförmige Thermoplaste wie Polycarbonat, Polyamid und
       Polyvinylchlorid
     • pulverförmige Metalle wie Titan, Aluminium oder
       Mehrkomponenten-Metallpulver
     • kunststoffbeschichteter Formsand oder
     • Keramikpulver

   Kunststoffpulver werden dabei in der Regel nicht gemahlen, sondern als
   Kügelchen polymerisiert, um eine hohe Rohstoffqualität sicherzustellen.

   Von einfacheren – und preisgünstigeren – generativen Fertigungsverfahren
   wie FDM oder Laminated Object Manufacturing (LOM) unterscheidet sich SLS
   durch eine höhere Maßhaltigkeit und Bauteilgüte.

SLS im Überblick

   IFrame

  Die Vorteile

     • SLS ist werkzeugfrei. Die Fertigung erfolgt allein auf der Grundlage
       eines computerbasierten 3D-Modell. Eine aufwändige Entwicklung und
       Produktion von Formwerkzeugen ist nicht erforderlich.
     • Die SLS ist schneller und deutlich kostengünstiger als herkömmliche
       Fertigungsverfahren wie Drehen und Fräsen, auch Gießen und
       Spritzgießen, da keine Formen benötigt werden. Die Fertigung dauert
       meist einige Stunden bis wenige Tage, kann bei großen Teilen oder
       solchen mit hohen Anforderungen an die Bauteilgüte und Genauigkeit
       aber auch einige Tage in Anspruch nehmen.
     • SLS erlaubt eine große geometrische Freiheit von Bauteilen. So lassen
       sich Formen lasersintern, die sich mit anderen additiven
       Fertigungsverfahren, herkömmlicher mechanischer Produktion oder mit
       Gusstechnik gar nicht oder zumindest nicht in einem Stück zu fertigen
       wären.
     • Im Vergleich zu anderen additiv gefertigten Kunststoff-Bauteilen
       weisen lasergesinterte Bauteile eine sehr hohe mechanische und
       chemische Belastbarkeit sowie Wärmebeständigkeit auf. In der Regel
       entsprechen sie in ihrer Bauteilgüte hochwertigen Gussteilen. Auch die
       Detailgenauigkeit ist sehr hoch.
     • Erforderliche Funktionen können direkt in die Fertigung integriert Das
       heißt, Gewinde und Luftkanäle, aber Hebel, Filmscharniere oder
       Federelemente können direkt mitgefertigt werden. Weitere
       Produktionsschritte oder Nachbearbeitungen wie Gewindefräsen sind
       damit nicht erforderlich, so dass sich nicht in der Regel nicht nur
       der Produktionsaufwand, sondern auch die Produktionszeit reduziert.
       Darüber können mittels SLS ganze Baugruppen in ein Teil integriert
       werden. Hinterschnitte sind möglich.
     • Eine Produktion nach Bedarf ist möglich. So können beispielsweise
       Ersatzteile on Demand dort hergestellt werden, wo sie benötigt werden.
       Ein Beispiel: Wird ein Einzelteil benötigt, beispielsweise im
       Sondermaschinen-, Flugzeug- oder Schiffsbau, muss es nicht auf Lager
       vorgehalten und gegebenenfalls über weite Strecken dorthin
       transportiert werden, wo es eventuell irgendwann gebraucht wird.
       Stattdessen wird nur der Bauplan des benötigten Ersatzteils an einen
       SLS-Anbieter im Umkreis geschickt und das Bauteil additiv gefertigt –
       ohne Transportkosten, ohne Lagerkosten, in deutlich kürzerer Zeit.

  Die Nachteile:

     • SLS ist sehr energieintensiv. Um den (zusätzlichen) Energiebedarf für
       den Laser zu begegnen, wird daher das Materialpulver in der Regel vom
       den Sintern komplett erhitzt.
     • Für exakte Ergebnisse benötigt SLS hochwertige Rohstoffe, insbesondere
       feinstes Materialpulver, die oftmals nur bei einer begrenzten Zahl
       Herstellern zu haben und damit entsprechend hochpreisig ist.
     • Verbleibendes Restmaterial kann nur anteilig – etwa zu 50 Prozent –
       wiederverwendet werden.
     • Die Oberfläche lasergesinterter Teile ist anders bei den in einem
       ähnlichen Fertigungsprozess hergestellten Stereolithographie-Teilen
       vergleichsweise rau und muss nahezu immer geglättet und nachbearbeitet
       werden.
     • Im Vergleich zu anderen additiven Verfahren ist SLS vergleichsweise
       teuer und kommt daher für privaten Verwendungen in der Regel nicht in
       Frage.

   Sie möchten prüfen, ob SLS das geeignete Fertigungsverfahren für Ihr
   Produkt ist? Wir übermitteln Ihnen ein passendes Angebot – inklusiv
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Der Fertigungsprozess: Von der .stl-Datei zum fertigen Bauteil

   Vereinfacht gesagt, wird beim Selektiven Lasersintern pulverförmiges
   Rohmaterial schrittweise auf eine Bauplattform aufgebracht und innerhalb
   der Schnittkonturen des fertigenden Bauteils von einem Laser schichtweise
   versintert, bis das fertige Bauteil entstanden ist.

   sls verfahren im detail

   Vor Beginn des eigentlichen Fertigungsprozesses muss jedoch das
   3D-CAD-Modell zu produzierenden Teils „geslicet“ und in das so genannte
   .stl-Format (STL = Surface Tesselation Language) umwandelt werden. Das
   heißt: Das Modell wird virtuell in Scheiben geschnitten, die den
   aufzutragenden Materialschichten entsprechen. Gegebenenfalls erforderliche
   Stützstrukturen werden dabei automatisch berechnet, sind in der Regel aber
   nicht notwendig, da das umgebende Pulver das entstehende Bauteil stützt.
   Die Modelldaten im .stl-Format können direkt vom SLS-Gerät ausgelesen
   werden und der Laser entsprechend angesteuert werden.

   Sie haben noch kein 3D-CAD-Modell, sondern nur eine Zeichnung? Sprechen
   Sie uns an. Wir finden eine Lösung.

   Ein SLS-Gerät besteht dabei in der Regel aus fünf Komponenten: Laser mit
   Umlenkspiegel, Scan-Einheit, Pulvertank mit Rakel/Walze, Pulverkammer und
   absenkbarer Bauplattform.

   Der Laser – bis zu vier separate CO2-Laser, Festkörperlaser (Nd:YAG Laser)
   oder Faserlaser – erhitzt, über Umlenkspiegel ausgerichtet, punktuell die
   Pulverpartikel in der Pulverkammer, bis sie sich partiell aufschmelzen und
   sich mit umliegenden Partikeln verbinden. Die Höchstleistung des Lasers
   beeinflusst dabei maßgeblich die Bauteildichte und damit Qualität des
   Bauteils. Die Bestrahlungsdauer ist von geringerer Bedeutung.

   Wichtig: Werden die Pulverpartikel nicht nur partiell, sondern vollständig
   aufgeschmolzen, handelt es sich nicht um Selektives Lasersintern (SLS),
   sondern Selektives Laserschmelzen (SLM).

   Gesteuert wird der Laser bzw. die zugehörigen Umlenkspiegel von der
   Scan-Einheit, die die Koordinaten der jeweils der zu produzierenden
   Schicht des Bauteils in das Pulverbett überträgt und auch prüft, ob das
   Sintern einer Schicht abgeschlossen ist.

   Im Pulvertank befindet sich das Rohmaterial, das mittels Rakel oder Walze
   gleichmäßig und vollflächig auf die Bauplattform in der Pulverkammer
   übertragen wird. Auf der Bauplattform entsteht schichtweise das zu
   fertigende Teil. Das Pulver in der Pulverkammer (Pulverbett) wird dabei
   bis knapp unter den Schmelzpunkt vorgewärmt. So benötigt der Laser weniger
   Energie, der Prozess wird beschleunigt und – besonders wichtig für die
   Fertigungsqualität – der Materialverzug beim Abkühlen nach der
   Energiezufuhr reduziert.

   Mit jedem Produktionsschritt – jeder fertigen Schicht – wird die
   Bauplattform leicht absenkt. Schichtdicken von 0,02 bis 0,1 mm sind
   realisierbar, beim so genannten Mikrolasersintern feinster Strukturen mit
   Nanopulver auch 0,01 mm. Die minimale Wandstärke beträgt in der Regel etwa
   0,5 mm, bei senkrechten Flächen 0,7 mm.

   Der SLS-Prozess wird so oft wiederholt, bis das fertige Bauteil entstanden
   ist und entnommen werden kann. Im letzten Schritt wird das gefertigte
   Bauteil wird in der Regel gereinigt und glasperlengestrahlt oder
   anderweitig geglättet. Weitere Oberflächenbehandlungen sind wie Färben,
   Metallisieren, Gleitschleifen, Einbrennlackieren, Lackieren,
   Pulverbeschichten und Beflocken sind möglich.

Prototypen, Kleinserien, Unikate – SLS macht´s möglich (und bezahlbar)

   In der industriellen Fertigung kommt SLS im Wesentlichen in drei Bereichen
   zum Einsatz: im Prototypenbau, im Sonder- und Werkzeugmaschinenbau und in
   der Kleinserienfertigung.

   Im so genannten Schnellen Prototypenbau – Rapid Prototyping – kann SLS mit
   kurzen Fertigungszeiträumen und der leichten, schnellen und
   kostengünstigen Umsetzung von Varianten und Designänderungen punkten. Die
   kosten- und zeitintensive Entwicklung und Produktion von Formwerkzeugen
   entfällt ersatzlos. Und aufgrund der Möglichkeit, Anpassungen direkt im am
   3D-Modell digital vorzunehmen und dann ohne Zeitverlust lasersintern zu
   lassen, reduziert sich Produkteinführungszeit – Time to Market –
   erheblich, wichtig insbesondere in schnelllebigen Branchen mit kurzen
   Produktlebenszyklen.

   Mittels SLS gefertigte Prototypen sind vor allem in der Automobilindustrie
   weit verbreitet. Das Rapid Prototyping eines breiten Spektrums
   funktionsfähiger SLS-Teile – vom Blinkerschalter bis zu Auspuffanlage –
   erlaubt dabei ein kosten- und zeitsparende Umsetzung verschiedener
   Prototypen-Varianten und Funktionsmuster in Testfahrzeugen und
   Vorserienmodellen.

   Im Sondermaschinenbau werden in erster Linie Leichtbaugreifsysteme, aber
   auch andere Elemente des Anlagenbaus wie Hitzetauscher lasergesintert.
   Dabei können ganze Baugruppen in einzelne SLS-Teile integriert werden –
   bei hoher Materialfestigkeit und geringem Gewicht.

   Im Werkzeugbau wird SLS – ähnlich wie die Stereolithographie – vor allem
   im Formenbau für weiterführende Fertigungsverfahren wie
   Kunststoffspritzguss oder Vakuumguss eingesetzt. SLS-Formen dienen dabei
   einerseits als Prototyp bzw. Entwicklungsstufe auf dem Weg zur endgültigen
   Form aus Werkzeugstahl für die millionenfache Massenproduktion.
   Andererseits können sie bei Test- und Kleinserien vollständig eine
   mechanisch gefertigte (Ur)form ersetzen.

   Aufgrund der ggf. fertigungsbedingt rauen Oberfläche von SLS-Teilen müssen
   lasergesinterte Formen jedoch geglättet und nachbehandelt werden, bevor
   sie für Gussverfahren eingesetzt werden können. Die Möglichkeit der
   Funktionsintegration – beispielsweise die konturnahe Platzierung von Kühl-
   und Temperierkanälen, die sonst gebohrt werden müssten – wiegt diesen
   Nachteil zu herkömmlichen gefertigten Teilen allerdings auf. Denn die
   Möglichkeit der Funktionsintegration erlaubt auch die Fertigung von
   Gussteilen mit komplexen Geometrien, die bei mechanisch gefertigten Formen
   nicht realisierbar wären. Darüber hinaus können Ersatzteile und
   Ersatzformen für Gussmaschinen zügig gefertigt werden, so sich die
   Ausfallzeiten bei Schäden und Fehlern deutlich reduzieren. Noch in der
   Entwicklung befindet sich die Fertigung besonders hochwertiger Formen aus
   Werkzeugstahl, die jedoch nicht gesintert, sondern geschmolzen werden.

   Ein weiteres typisches Einsatzgebiet für Lasersintern ist die
   Kleinserienfertigung, bei additiven Verfahren auch Rapid
   Manufacturing genannt: Auch hier kommt SLS im Automotive-Bereich zur
   Anwendung, beispielsweise um bestimmte Ausstattungsvarianten, die nur in
   geringer Stückzahl nachgefragt werden, wirtschaftlich herstellen zu
   können. Diese Art von Produktdifferenzierung und -individualisierung würde
   sich ohne SLS bei kleinen Losgrößen in der Regel nicht rechnen. Entweder
   wäre die Fertigung ein Verlustgeschäft für den Fahrzeugbauer oder der
   Fahrzeugkäufer müsste unverhältnismäßig hohe Zuzahlungen für die
   Sonderausstattung leisten.

   Ähnliches gilt für den Apparatebau in der Medizintechnik. Hier gibt es
   zahlreiche länderspezifische Unterschiede ausgehend von verschiedenen
   gesetzlichen Vorgaben und Normen, die eine große Anzahl von Varianten
   bedingen und sich mit herkömmlichen Produktionsverfahren kaum rentabel
   herstellen lassen. Greift man in der Fertigung auf SLS zurück, können
   nicht nur verschiedene Modelle kostenoptimiert realisiert, sondern auch
   Design- oder Funktionsanpassungen zügig umgesetzt werden. Einzig
   erforderlich: Das 3D-CAD-Modell muss am Computer anpasst und neu geslicet
   werden.

   Weniger um Variantenvielfalt und Modifizierbarkeit, sondern in erster
   Linie um gestalterische Freiheit bzw. die Möglichkeit, komplexe Geometrien
   ohne Montage zu realisieren und Funktionen zu integrieren, geht in zwei
   weiteren wesentlichen Einsatzgebieten des Lasersinterns: Innenarchitektur
   und Design sowie Luft- und Raumfahrttechnik. Designern bietet SLS im
   Leuchten- und Möbelbau Gestaltungsmöglichkeiten, die mit herkömmlichen
   Fertigungsverfahren nicht realisierbar wären. So lassen sich
   beispielsweise komplexe Hohlkörper in einem Stück lasersintern.

   Die Möglichkeit, komplexe Geometrien ohne weitere Montage in einem Stück
   fertigen zu können, ist auch ein wesentlicher Faktor für die Nutzung von
   SLS im Leichtbau für die Luft- und Raumfahrtindustrie. Insbesondere wenn
   Baugruppen in lasergesinterte Bauteile integriert werden, reduziert dies
   nicht nur den teils erheblichen Montageaufwand, sondern auch die
   Fehlergefahr, die durch die Montage entsteht. Ein weiterer Vorteil:
   SLS-Teile verbinden hohe Festigkeit und Bauteildichte mit niedrigem
   Gewicht.

   Auch ausgefallener Modeschmuck, exklusive Brillen oder Designermode,
   beispielsweise Absätze für Designerschuhe, werden lasergesintert, sind
   aber dann entsprechend hochpreisig.

   Eine Sonderstellung nimmt das  Lasersintern von Unikaten ein. Hier geht es
   nicht nur um Designobjekte, sondern vor allem um individualisierte
   Sonderanfertigungen. Ein besonders wichtiges Einsatzfeld: die Prothetik.
   SLS erlaubt die – bezahlbare – Fertigung maßgeschneiderter Prothesen und
   medizinischer Hilfsmittel, wiederum mit Funktionsintegration, vom Hörgerät
   über Zahnersatz und Implantate bis hin zur Beinprothese.

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                                Serienfertigung

   Inhaltsübersicht

     • Serienfertigung

          • Anzahl als Unterscheidungsmerkmal
          • Typen der Serienfertigung

               • Losfertigung

          • Vorteile der Serienfertigung
          • Nachteile der Serienfertigung

   Die Serienfertigung oder – produktion geht auf das lateinische serere =
   aneinanderreihen, zusammenfügen zurück . Mit ihr werden Serienprodukte
   gefertigt, die einer zur gleichen Zeit stattfindenden oder direkt
   aufeinander folgenden Produktion entstammen. Die Charakteristik dieses
   Produktionstyps ist das Fertigen von gleichartigen Teilen oder identischem
   Zusammenbau von Produkten. Es handelt sich im Kern also über eine große,
   jedoch begrenzte Anzahl von Wiederholungen.

    serienproduktion, serienfertigung anfragen, manufacturing, vioproto.de

   Die Gleichartigkeit der Produkte ist Voraussetzung für und gleichzeitig
   Ergebnis der verwendeten Technologien, man kann sie quasi als
   Vervielfältigungsfertigung oder vereinfacht als ständiges Kopieren
   ansehen.

   Die Serienfertigung ist ein Produktionsverfahren, das zwischen
   Einzelfertigung und Massenprodukton anzusiedeln ist.

   Nach Erstellung einer bestimmten Anzahl (Fertigungslos,
   Produktionsauflage, Serie) wird eine neue Produktserie aufgelegt.

   Da Rüstkosten und Umstellung der Fertigungslinie (je nach Aufwand) Zeit
   und Geld kosten, ist einerseits oft ein möglichst großer Umfang der
   Fertigungslose gewünscht, jedoch sind Lagerkosten und –risiko sowie
   Kapitalbindung bei „Überbevorratung“ ebenfalls nicht gewünscht und über
   Optimierungsverfahren in Zusammenhang mit den Absatzplänen des Vertriebs
   muss dann die optimale Losgröße für die Serienfertigung eines bestimmten
   Artikels in den genannten Abhängigkeiten ermittelt werden.

Anzahl als Unterscheidungsmerkmal

   Bei der Serienfertigung kann wie folgt unterschieden werden:

   – Einzel- oder Kleinserie                = bis zu 20 Teile pro Monat

   – Mittelserie                                      = monatliche Stückzahl
   20 – 1.000 Teile

   – Großserie                                       = monatliche Stückzahl
   über 1.000 Teile

   Sie Serien können sowohl rein auftragsbezogen als auch nur marktbezogen
   gefertigt werden, es gibt aber auch Mischformen: wenn man z.B.
   auftragsbezogen für einen Großabnehmer fertigt, werden höhere Stückzahlen
   gefahren und man nimmt dann Synergieeffekte der größeren Serie mit und
   kann dann andere Kunden über die Lagerhaltung bedienen.

Typen der Serienfertigung

   Sortenfertigung / Chargenfertigung / Partiefertigung:

   Die Sortenfertigung hat mit der reinen Serienfertigung das Merkmal der
   Prozesswiederholung gemein.

   Bei der Sortenproduktion werden zwar auch größere, stückzahlmäßig
   begrenzte Produkte gefertigt, jedoch in Varianten hintereinander in Losen
   oder synchron auf gleichen Produktionsanlagen.

   Das kann z.B. das gleiche Produkt in unterschiedlicher Farbe sein, es wird
   das gleiche Werkzeug verwendet aber nach Reinigung Kunststoff mit anderer
   Farbe gespritzt.

   Es kann auch vorkommen, dass durch geringfügige Unterschiede beim Rohstoff
   oder in der Farbgebung die sogenannten Chargen minimale Unterschiede
   aufweisen.

   Wie bei den meisten seriengefertigten Teilen wird dies aufgedruckt oder
   vermerkt als „Chargennummer“ und man kann dann z.B. darauf achten, nur
   Wolle aus der gleichen Charge für ein Kleidungsstück zu verwenden, da es
   Unterschiede bei Qualität und Farbe geben kann.

   Wenn Rohstoffe in hohem Maß ausschlaggebend für das Erscheinungsbild und
   die Charakteristik des Endprodukts sind, spricht man von einer Partie, die
   dann die einzelne einheitliche Rohstofflieferung definiert. Diese
   Partiefertigung kann z.B. auf die Weinproduktion angewandt werden.

  Losfertigung

   Außer bei durchlaufenden Serienfertigungen, die dann eher die
   Charakteristik einer Massenproduktion aufweisen, wird in der Regel – wenn
   es nicht um eine Sortenfertigung geht, die keine echte Umrüstung erfordert
   – in verschiedenen sogenannten Losen produziert.

   Bei der Losprodukton wird ein Produktionsauftrag, eben das Los,
   geschlossen durch die verschiedenen Stufen der Fertigung durchgeführt. Die
   Auflage des jeweiligen Loses ist mit Rüstkosten verbunden.

   Diese sogenannten Losauflagekosten fallen zu Anfang und Ende des
   Produktionsprozesses an, sind unabhängig von der Losgröße, somit fix und
   müssen zusätzlich als Stückkosten auf das einzelne Teil umgelegt werden,
   wenn reelle Kosten ermittelt werden sollen. Zu den Umrüstkosten zählen die
   Einrichtung des jeweiligen Produktionsplatzes, Aus- und Einbau des
   jeweiligen Werkzeuges oder Einsatzes, Abrüsten und Reinigungsarbeiten,
   Vorbereiten des neuen Produktionsprozesses mit Bereitstellen der neuen
   Rohstoffe und / oder Teile entsprechend Arbeitsplänen und Stücklisten zum
   Beispiel.

   Oft muss die Anlage dann wieder eingefahren werden und es fällt unter
   Umständen zuerst Ausschuss an, bis alle Parameter optimiert sind und
   i.O.Teile gefertigt werden können.

   Es wird auch noch nach geschlossener und offener Losfertigung
   unterschieden. Bei einer geschlossenen Losfertigung ist am Ende des
   Prozesse z.B. noch ein letzter Veredelungsvorgang nachgeschaltet, den alle
   erst dann durchlaufen, wenn das Los fertigproduziert ist, z.B. werden alle
   Teile zusammen pulverbeschichtet in der gleichen Farbe. Die offene
   Losfertigung läuft durch und es ist keine aufwändige Zwischenlagerung
   notwendig.

    

Vorteile der Serienfertigung

   Produkte können effizient und schnell hergestellt werden.

   Die Abläufe ändern sich nicht und in der Regel ist es mit wenig und
   niedrigqualifiziertem Personal möglich, in gleichbleibend hoher Qualität
   rund um die Uhr zu produzieren und eine optimale Maschinenauslastung zu
   erzielen.

   Die Komponenten, Module oder Ausgangsrohstoffe können durch große Mengen
   und gute Planbarkeit kostengünstig und just-in time beschafft werden.
   Auswertungen und Dokumentation sowie Qualitätssicherungsmaßnahmen  sind
   durch hohen Automatisierungsgrad sehr detailliert möglich und ermöglichen
   eine stetige Optimierung des Produktionsprozesse.

   Fixkosten können dadurch niedrig gehalten werden und die Stückkosten
   sinken, so dass entweder der Vertrieb größere Spielräume in der
   Preisgestaltung hat und damit der Absatz gesteigert werden kann oder es
   wird einfach mehr verdient, d.h. der Deckungsbeitrag steigt.

Nachteile der Serienfertigung

   Die Serienfertigung ist bisher nicht flexibel (neue Technologien der
   additiven Fertigung könnten dies in naher Zukunft ändern), sie benötigt
   für neue Produkte oder Produktänderungen wieder das komplette neue
   Procedere des Anlaufmanagements:

   serienfertigung, serienproduktion, rapid manufacturing, vioproto.de

   CAD-Daten, 3-D-Daten, erstes Teil, Prototypen, Vorserien, Freigabeprozess,
   Produktionshochlauf, Serienfertigung.

   Neben diesen hohen Kosten, die zunächst vorfinanziert werden müssen, ist
   der hohe Kapitalbedarf für die Fertigungseinrichtungen zu erwähnen.

   Bevor also mit der Serienfertigung Geld verdient werden kann, muss bisher
   zuerst in hohem Umfang investiert werden.

   Das Risiko, dass das Produkt kein oder nur geringen Erfolg hat und kein
   oder nur wenig Rückfluss der investierten Mittel erfolgt, trägt das
   jeweilige Unternehmen in der Regel alleine.

   Da nur die Fertigung hoher Stückzahlen niedrigere Stückkosten begünstigt
   besteht zudem die Gefahr „auf Halde“ zu produzieren mit allen bekannten
   Lagerrisiken und -kosten.

   Daher haben weiterhin kleinere Hersteller und Manufakturen aufgrund ihrer
   weitestgehend individualisierten Fertigungsmöglichkeiten ihre
   Daseinsberechtigung, stellen Nischenprodukte her oder hochwertige
   individuelle Teile nach Kundenspezifikation.

   [Bildquellen & Bildrechte nach CC-Lizenz
   v.o.n.u: https://www.flickr.com/photos/26087974@N05/, https://www.flickr.com/photos/enigmabadger/]

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            Spritzguss / Injection Molding: Vielfalt aus Kunststoff

   Inhaltsübersicht

     • Spritzguss / Injection Molding: Vielfalt aus Kunststoff

          • Vom Kunststoff zum Spritzguss
          • Spritzguss Beratung gesucht?
          •  Geschichte des Spritzgießen
          •  Formteile von winzig klein bis groß oder dick:
            Spritzgussmaschinen maßgeschneidert
          •  Spritzgussverfahren: In fünf Schritten zum
            fertigen Spritzgussteil
          • Verfügbare Materialien

               • Thermoplaste:  Vielseitig, formbeständig, einschmelzbar
               • Duroplaste: Hart und nur einmal unformbar
               • Elastomere: Gummielastisch

          • Nachbearbeitung der Spritzgussteile
          • Spritzgusswerkzeug: Hard Tooling, Soft Tooling oder 3D-Druck?

               • Hard Tooling
               • Soft Tooling
               • Werkzeuge aus additiver Fertigung

   Joghurtbecher und Surfbretter, Fahrradhelme und Legosteine, Zahnbürsten
   und DVD-Player, Stoßstangen und Gummidichtungen – Dinge, die jeder Mensch
   kennt, und die eines gemeinsam haben: Sie bestehen ganz oder anteilig aus
   Kunststoff, der mit Spritzgießtechnik in Form gebracht worden ist. 
   Spritzgießen ist das bei weitem bedeutendste Verfahren in der
   Kunststoffverarbeitung. Aufgrund ihrer Wirtschaftlichkeit und ihrer
   Vielseitigkeit findet die Herstellungsmethode in allen Bereichen der
   Industrie Verwendung – für kleinste Zahnräder mit einem Gewicht von
   wenigen Milligramm bis hin zu großen Recyclingcontainern mit  bis zu 150
   kg Leergewicht, vom Prototypenbau bis zum Endprodukt, für komplizierte
   Formteile ebenso wie Massenartikel.

Vom Kunststoff zum Spritzguss

   1855 entwickelte der englische Metallurg Alexander Parkes den weltweit
   ersten thermoplastischen Kunststoff  – ein Gemisch aus Zellulosenitrat und
   Kampfer – von ihm Parkesin genannt, den er 1862 auf der Londoner
   Weltausstellung präsentierte. Wirtschaftlicher Erfolg war dem Erfinder
   nicht beschieden. Rohstoffe und Verfahren bildeten jedoch  die Grundlage
   für das Material, für das der US-amerikanische Drucker John Wesley Hyatt
   1865 ein Patent anmeldete: Billardkugeln aus gepressten Stoffresten mit
   einem Überzug aus Schellack und Elfenbeinstaub – Zelluloid.

Spritzguss Beratung gesucht?

   Sie möchten wissen, ob Spritzgießen für Ihr Produkt oder Ihre Idee die
   richtige Wahl ist? Wir beraten Sie gern und vermitteln auch das passende
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   Der Hintergrund: Der Billardkugelhersteller Phelan & Collander, Albany,
   hatten 1860 ein für damalige Zeiten enorm hohes Preisgeld in Höhe von
   10.000 US-Dollar für denjenigen ausgelobt, der einen Ersatzstoff für
   Elfenbein entwickelte. Denn die Nachfrage nach Luxusartikeln,
   Schmuckstücken, Intarsien – und Billardkugeln – aus Elfenbein war so hoch,
   dass sie durch die Bejagung von Elefanten allein nicht mehr zu decken war.
   Mit Hyatts neuem Kunststoff konnten diese Dinge erstmals imitiert werden –
   und die Elefanten waren (vorerst) gerettet.

 Geschichte des Spritzgießen

   Bereits Hyatt experimentierte dabei nicht nur mit dem Kunststoff selbst,
   sondern auch mit einfachen maschinellen Herstellungsverfahren von
   Kunststoffteilen. Rund 50 Jahre später brachte das Nürnberger
   Maschinenbauunternehmen Eckert & Ziegler 1926 die ersten
   (Kolben)Spritzgussmaschinen auf den Markt. Rasant an Dynamik gewann der
   Entwicklung der Spritzgießtechnik jedoch in 1950er Jahren: Im Ankerwerk
   Gebr. Goller, Nürnberg, wurde die erste Spritzgießmaschine mit
   Schneckenkolben zum Verflüssigen des Kunststoffes entwickelt – der Beginn
   einer weltweiten Erfolgsgeschichte. Zehn Jahre später gab es bereits
   Zweifarb-Spritzgießmaschinen. 1971 folgte die erste programmierbare
   Spritzgießmaschine, damals noch mit Einlesen der Daten über Lochstreifen.

   Heutige Spritzgießmaschinen verfügen über Softwaremodule für die Betriebs-
   und Prozessdatenerfassung (MDE/BDE), für Zyklusanzeige und -analyse, für
   automatische Anfahr- und Abschaltprogramme, Selbstdiagnose und
   Fehleranalyse. Sie steuern, ermitteln und speichern die optimale
   Fertigungsparameter für das jeweilige Produkt. Zudem bieten sie meist 
   Anschluss an übergeordnete Kommunikationssysteme – der Spritzguss-Prozess
   wird zunehmend virtuell.

 Formteile von winzig klein bis groß oder dick: Spritzgussmaschinen
maßgeschneidert

   IFrame

    

   Spritzgussmaschinen (auch SGM oder Kunststoffspritzgießmaschinen) stellen
   aus Kunststoff in Granulat- oder Schnurform direkt verwendbare
   Kunststoffteile her. Je nach Verwendungszweck können die hergestellten
   Formen auch nachbearbeitet (LINK), für weitere Prozessschritte vorbereitet
   oder montiert werden.

   In der Massenproduktion von Kunststoffteilen kommen heute ausnahmslos
   Schnecken-Spritzgießmaschinen zum Einsatz. Dabei handelt es sich entweder
   um Einkomponentenmaschinen für eine spezielle Kunststoffart (Thermoplaste,
   Duroplaste oder Elastomere) oder Zweikomponentenmaschinen für mehrere
   Kunststoffarten bzw. mehrfarbige Formteile. Letztere können schon während
   der Herstellung in einem einzigen Arbeitsgang Kunststoffe miteinander
   verbinden.

   Je nach Art der zu fertigenden Kunststoffteile verfügen
   Spritzgießmaschinen dabei über besonders hohe Schließkräfte für große
   Teile oder ein besonders großes Spritzvolumen für dickwandige Teile. Die
   Typenbezeichnungen von Spritzgießmaschinen enthalten daher stets Angaben
   zur maximalen Zuhaltekraft (in kN) und zum Spritzvolumen (in cm^3 bei
   1.000 bar Spritzdruck), die Leistungsfähigkeit und Verwendungszweck der
   Maschine kennzeichnen.

   Im Wesentlichen bestehen alle Spritzgießmaschinen aus drei Baueinheiten:

     • Die Spritzeinheit (auch Plastifiziereinheit), die das Rohmaterial
       aufbereitet und unter Druck in das Formwerkzeug einspritzt. Die
       Spritzeinheit besteht aus einem in der Regel waagerecht angebrachten
       Zylinder mit darin angebrachter rotierender Schnecke. Am einen Ende
       des Zylinders befindet sich ein Einfülltrichter für
       Kunststoffgranulat, am anderen Ende eine verschließbare Düse, durch
       die der flüssige Kunststoff in die Schließeinheit gespritzt wird.
     • Die Schließeinheit enthält das Formwerkzeug, öffnet und schließt es
       und wirft das fertige Werkstück aus. Der Hohlraum (Kavität) des
       Werkzeugs bestimmt dabei nicht nur die Form, sondern auch die
       Oberflächenstruktur des zu fertigenden Kunststoffteils. Die
       Schließeinheit besteht aus einer unbeweglichen, der Düse zu gewandten
       Seite und einer beweglichen Auswurfseite sein. Letztere wird
       hydraulisch oder elektromechanisch auf die Düsenseite gepresst bzw. am
       Ende des Fertigungsprozesses von ihr wegbewegt.
     • Das Maschinenbett zur Führung der Werkzeugschlitten (Spritzeinheit und
       Schließeinheit).

 Spritzgussverfahren: In fünf Schritten zum fertigen Spritzgussteil

   Der Kunststoffspritzguss zählt zu den Urformverfahren, bei dem in einem
   einzigen Arbeitsschritt fertig geformte Teile mit komplexer Geometrie und
   in nahezu beliebiger Größe in sehr hohen Stückzahlen hergestellt werden
   können. Die zugrunde liegende Methode ist dabei immer gleich: Die
   Spritzeinheit erweicht das Rohmaterial durch Hitze oder Druck – das
   sogenannte Plastifizieren. Der flüssige Kunststoff wird mit großem Druck
   in das Werkzeug gedrückt, dessen Hohlraum die Negativform des gewünschten
   Kunststoffteils hat. Der Spritzling wird abgekühlt und ausgeworfen. Die
   Zykluszeiten variieren dabei zwischen wenigen Sekunden und mehreren
   Minuten.

   Wichtig: Anfallende Materialabfälle wie Angüsse können oftmals wieder
   verwendet werden. Bei Thermoplasten kann in der Regel bis zu 20 Prozent
   Re-Granulat dem Ausgangsmaterial zugefügt werden, ohne den Gebrauchswert
   zu mindern. Spritzgießen zählt zudem zu den Hauptverfahren bei der
   Aufbereitung und Verwertung von Recyclingmaterial.

   Die Prozessschritte umfassen im Einzelnen:

     • Plastifizieren: Der Kunststoff gelangt meist als rieselfähige
       Formmasse vom Fülltrichter in den Raum zwischen Zylindermantel und
       Schnecke. Der Schneckenantrieb versetzt die Schnecke in Rotation.
       Durch äußere Beheizung oder Temperierung am Zylinder sowie  innere
       Reibung wird die Formmasse transportiert, aufgeschmolzen und
       homogenisiert (plastifiziert).
     • Dosieren: Die Herstellung des Formteils beginnt mit dem Dosiervorgang.
       Die Schnecke befördert die Formmasse durch Rotation an die
       Schneckenspitze, bis sich dort das für die Fertigung erforderlich
       Massevolumen befindet.
     • Einspritzen/Nachdrücken: Die Spritzeinheit wird gegen das geschlossene
       Werkzeug bewegt, bis die Düse an der Angussbuchse anliegt. Dann bewegt
       sich die Schnecke axial nach vor und beginnt den Einspritzvorgang. Bis
       die Masse am Anschnitt erkaltet ist, wird kontinuierlich nachgedrückt,
       um die Schwindung des Materials beim Aushärten auszugleichen, während
       zugleich die Schnecke rückwärts rotiert.
     • Abkühlen/Aushärten: Nach Abschalten des Nachdrucks beginnt die –
       einstellbare – Kühlzeit. Während das Formteil im Werkzeug abkühlt,
       fährt die Schnecke in die Dosierung zurück und fördert das Rohmaterial
       für den nächsten Spritzzyklus.
     • Entformen: Nach Beendigung des Aushärtens öffnet sich das Werkzeug.
       Das Formteil wird mit Hilfe eines Auswerfsystems entformt. Das
       Werkzeug schließt sich, das Spritzgießaggregat fährt wieder an die
       Angussbuchse des Werkzeugs und der nächste Füllvorgang kann beginnen.

   Je nach verwendetem Rohmaterial unterscheiden sich die Betriebsparameter
   hinsichtlich Druck, Temperatur und Zykluszeiten. Der Grund: Kunststoffe
   bestehen aus Makromolekülen, die in den verschiedenen Kunststoffsorten
   unterschiedlich angeordnet sind und sich bei Erwärmen stark
   unterschiedlich verhalten. So verformen sich Thermoplaste beim Erhitzen,
   während Duroplaste ihre Form behalten. Elastomere verändern ihre Form,
   wenn Druck auf sie ausgeübt wird. Danach nehmen sie wieder ihre
   ursprüngliche Form ein.

   Sie benötigen Beratung, welcher Kunststoff für Ihren Verwendungszweck der
   richtige ist? Sprechen Sie uns an. Wir beraten Sie neutral und vermitteln
   Ihnen ein passendes Angebot unserer Partner.

Verfügbare Materialien

     • Thermoplaste:  Vielseitig, formbeständig, einschmelzbar

   Thermoplast Spritzguss ist das gängigste und wirtschaftlich bedeutendste
   Spritzgießverfahren. Thermoplastische Kunststoffe werden oft  durch 
   Additive oder spezielle Füllstoffe wie Glasfasern oder sogar Glaskugeln
   modifiziert und kommen in nahezu allen Bereichen der Industrie zum
   Einsatz.

   Im Fahrzeugbau werden Polyolefine, hauptsächliche Polypropylen (PP), für
   Armaturenbretter und Stoßstangen, Plexiglas (PMMA) und Polycarbonat (PC)
   für transparente Gegenstände wie Scheinwerfer und Rückleuchten genutzt.
   Aus Polystyrol (PS) und Copolymere – insbesondere das synthetische
   Acrylnitril-Butadien-Styrol – entstehen unter anderem Computergehäuse,
   Hausgehaltsgeräte, Motorradhelme, Spielzeug und Musikinstrumente.
   Polystyrol, Polyamid (PA) und Polyoxymethylen (POM) und viele weitere,
   teils sehr hochpreisige technische Kunststoffe kommen in Maschinenbau und
   Elektrotechnik zum Einsatz.

   Beim Thermoplast Spritzgießen rieselt das Granulat in die Gänge der
   Schnecke. Von außen am Zylinder angebrachte Heizelemente sowie die beim
   Zerteilen des Granulats freigesetzte Wärme lassen das Rohmaterial bei
   Temperaturen von 200 Grad Celsius und mehr schmelzen. Der geschmolzene
   Kunststoff sammelt sich vor der noch geschlossenen Düse, bis genug
   Material für das zu fertigende Formteil vorhanden ist. Dann wird die
   Schnecke gestoppt, die Spritzeinheit fährt an die Schließeinheit heran
   und  die mit 500 bis 2.000 bar unter Druck gesetzte Schnecke presst den
   geschmolzenen Kunststoff durch nun offene Düse in die Kavität. Das
   Werkzeug ist auf 20 bis 120 Grad Celsius temperiert – je nach verwendeter
   Thermoplast-Art –, so dass der flüssige Kunststoff in der Urform abkühlt
   und erstarrt. Nach dem vollständigen Aushärten des Formteils öffnet sich
   die Schließeinheit. Das Werkstück wird zusammen mit dem ebenfalls
   erstarrten Anguss über eindringende Stifte ausgeworfen, ausgeschüttet oder
   maschinell entfernt. Eine Sonderform ist das
   Thermoplast-Schaum-Spritzgießen, bei der geschäumte Kunststoffteile
   beispielsweise zur Gewichtsreduktion des Endprodukts hergestellt werden.

     • Duroplaste: Hart und nur einmal unformbar

   Im Gegensatz zu Thermoplasten härten Duroplast durch Wärme aus. Einmal
   erkaltet  ist erneutes Einschmelzen technisch nicht mehr machbar, d.h.
   Reste wie Angüsse und ähnliches können nicht als Re-Granulat verwendet
   werden, sondern müssen dem Recycling zugefügt werden. Entsprechend
   unterscheidet sich das Spritzgießverfahren für Duroplast-Kunststoffe von
   dem der Thermoplaste. Das Einspritzen des plastifizierten Kunststoffes ins
   Werkzeug erfolgt bei relativ geringen Temperaturen zwischen 30 und 110
   Grad Celsius. Durch Hitzezufuhr das zu fertigende Formstück im Werkzeug
   bei 130 bis 250 Grad Celsius ausgehärtet.

   Optimal lassen sich Duroplaste für Kunststoffformteile mit größeren
   Wanddicken von 40 bis 50 mm verwenden. Ein typisches Einsatzgebiet sind
   Fahrzeugscheinwerfer und Reflektoren im Automotive Bereich, aber auch
   Steckdosen und elektrotechnische Bauteile, bei denen die hohe
   Temperaturbeständigkeit des Werkstoffs zum Tragen kommt und ein Schmelzen
   gefährlich wäre.

   Wenn auf die besonderen mechanischen Qualitäten von Duroplasten verzichtet
   werden kann, sind Thermoplaste meist die bessere, weil wirtschaftlichere
   Wahl. Der Grund: Duroplaste sind im Rohmaterialpreis zwar günstiger. Ihre
   Zähigkeit – Duroplaste fließen sehr langsam – bedingt jedoch deutlich
   längere Zykluszeiten, die Duroplast-Spritzgießen im Vergleich zum
   Thermoplast-Spritzgießen signifikant teurer macht.

     • Elastomere: Gummielastisch

   Elastomere, beispielsweise Naturkautschuk, sind elastisch und verhärten
   (vulkanisieren) wie Duroplaste bei Wärmeeinfluss, ein Prozess, der sich
   nicht rückgängig machen lässt. Das Plastifizieren der Formmasse –
   unverarbeitet als bandförmiges Rohmaterial oder rieselfähiges Pulver –
   erfolgt in einer auf 80 Grad Celsius temperierten, speziellen
   Förderschnecke, um Überhitzung und damit vorzeitige Vulkanisieren zu
   vermeiden.

   Wichtig: Eine spezielle Schnecke mischt und knetet die Formmasse für eine
   möglichst homogene Aufbereitung. Die Wärmezufuhr erfolgt dabei von innen
   für eine gleichmäßige Temperaturverteilung. Die mechanischen Eigenschaften
   der so hergestellten Formteile weisen um 30 Prozent bessere mechanische
   Eigenschaft aus, als solche, die mit rein auf Pressen des Elastomers
   basierende Spritzgussverfahren gefertigt werden.  Typische Verwendungen
   sind Autoreifen, Gummibänder oder Chemikalienhandschuhe.

    Neben den Standardverfahren für Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere
   gibt es ein breites Spektrum modifizierter Spritzgussverfahren für
   spezielle Anwendungsgebiete: vergleichsweise einfache
   Mehrkomponententechniken zur Herstellung von  Teilen aus unterschiedlichen
   Kunststoffarten, Materialen- oder Folienhinterspritzung (in mold),
   Innendruck-Spritzgießen mit Gas oder Waser  und Schmelzkern- Spritzgießen
   zur Erstellung von Hohlräumen im Werkstück, Spritzstreckblasen
   beispielsweise zur Umformung eines PET-Rohlings in eine Getränkeflasche,
   Reinraumspritzguss für Medizintechnik und elektronische Bauteile und viele
   andere Verfahren mehr.

   Sie möchten herausfinden, ob es eine geeignete Spritzgießmethode für Ihre
   Idee gibt? Wir beraten Sie gern. Nehmen Sie hier Kontakt zu uns auf –
   unverbindlich.

Nachbearbeitung der Spritzgussteile

   Das Spritzgießen von Kunststoffteilen ist – trotz aller materialbedingten
   Unterschiede – ein insgesamt sehr wirtschaftliches Verfahren, da die
   weitere Montage von Bauteilen oder Baugruppen, soweit erforderlich,
   unmittelbar nach der Herstellung erfolgen kann. Auch eine Nachbearbeitung
   direkt nach Auswurf aus dem Werkzeug ist möglich, wenn auch nicht bei
   jedem Formteil erforderlich.

   Typische Nachbearbeitungsverfahren sind beispielsweise die spanende
   Bearbeitung von Kunststoffteile – fräsen, drehen, bohren, stanzen – und
   das Schneiden von Gewinden. Darüberhinaus können die Formteile
   konditioniert und/oder getempert werden, ersteres zu Erhöhung der
   Schlagzähigkeit und Bruchdehnung, letzteres zur Erzielung einer besseren
   Wärmebeständigkeit und dem Abbau innerer Spannungen. Möglich sind auch
   eine Ionisierung von Kunststoffteilung zur staubfreien Reinigung für
   nachfolgende Farbgebungsverfahren bzw. ganz allgemein, Lackieren, Sieb-
   und Tampondruck, Laserberschriftung und -gravur.

Spritzgusswerkzeug: Hard Tooling, Soft Tooling oder 3D-Druck?

   Der Spritzguss von Kunststoffteilen – insbesondere wenn spezielle
   erweiterte Verfahren zum Einsatz kommen – erlaubt eine nahezu freie Wahl
   von Form und Oberflächenstruktur des zu fertigenden Teils. Diese enorme
   Vielseitigkeit und zugleich die hohe Wirtschaftlichkeit der
   Spritzgießtechnik machen sie zum weitest verbreiteten Verfahren in der
   Massenherstellung von Kunststoffteilen in nahezu allen Bereichen der
   Industrie. Mit einem einzigen gebauten Werkzeug lassen sich Millionen von
   Formteilen produzieren – ohne Qualitätsverluste.

   Werden jedoch nur wenige Hundert oder gar einzelne Prototypen benötigt,
   ist die Spritzguss Technik extrem teuer, da die Werkzeugkosten nahezu
   unverändert bleiben und den Stückpreis des Formteils entsprechend erhöhen.

   Der Grund: Spritzgusswerkzeuge, die Negativformen der zu fertigenden
   Kunststoffteile, müssen sehr präzise gefertigt werden und sind immensen
   Belastungen – thermisch und mechanisch – ausgesetzt. Der
   Entwicklungsaufwand ist hoch. Denn aufgrund der Komplexität der
   Baueilgeometrie, der Vielfalt der Spritzgießverfahren und Werkstoffe
   können beim Spritzgussprozess bzw. beim fertigen Bauteil verschiedene
   unerwünschte Effekte eintreten, die die Gebrauchsfähigkeit eines Formteils
   erheblich beinträchtigen. Jede Anpassung oder Veränderung der Form
   erfordern die Konstruktion und Produktion eines neuen Werkzeugs.

  Hard Tooling

   Entsprechend hoch fallen die Entwicklungskosten selbst für die Erstellung
   einfacher Spritzgusswerkzeuge – Kosten, die sich bei geringem Bedarf
   überproportional auf den Stückpreis des zu fertigenden Formteils
   auswirken. Üblicherweise muss man für die Entwicklung bis zur Serienreife
   dieser so genannten Hard-Tooling-Werkzeuge aus Werkzeugstahl mehrere
   Monate und teils mehrere Hunderttausend Euro veranschlagen – eine
   Investition, die sich nur bei einer geplanten Massenfertigung rechnet.

  Soft Tooling

   Möchte man nicht fünf Millionen, sondern nur 50.000 Formteile spritzgießen
   lassen, bietet sich so genannte Soft-Tooling-Werkzeuge an. Aus Aluminium
   gefertigt, stehen diese je nach Komplexität des Bauteils meist nach zwei
   bis sechs Wochen zur Verfügung. Entwicklungs- und Produktionskosten liegen
   zwischen 2.500 und 25.000 Tausend Euro. Soft-Tooling-Werkzeuge sind auch
   die erste Wahl, wenn ein Prototyp zu Serienproduktion geführt werden soll
   oder Langzeittests, beispielsweise in der Medizintechnik, erforderlich
   sind. Mit ihnen lassen sich marktfähige Formteile für umfassende
   Funktionstests  produzieren oder die Einstiegsphase von Neuentwicklungen
   in den Markt überbrücken, bis das Produkt ausgereift und/oder am Markt
   etabliert ist und sich ein maßgeschneidertes Stahlwerkzeug rechnet.

   Die Kombination beider Werkzeugarten – Soft Tooling für den Einstieg, Hard
   Tooling für die Massenproduktion – ist häufig und wirtschaftlich sinnvoll,
   bis mögliche Entwicklungsfehler beseitigt und die finale Konstruktion der
   Werkzeugs und Fertigungsqualität des Formteils erreicht ist.

   Eine weitere Alternative bieten additive Fertigungsverfahren, insbesondere
   der 3D-Druck. Er erlaubt die einfache, preiswerte und werkzeugfreie
   Produktion fertiger Kunststoffteile. Mit einem 3D-Drucker lässt sich ein
   nahezu frei formbares Werkstück erstellen, direkt von einer digitalen CAD
   Vorlage vom Laptop und für einen Bruchteil der Kosten eine
   spritzgegossenen Formteils. Die Auswahl der zur Verfügung stehenden
   Werkstoffe ist jedoch gering, insbesondere wenn bestimmte
   Materialeigenschaften erforderlich sind. 3D-Druck ist vor allem dann eine
   gute Wahl, wenn plastische Modelle als Prototypen, Ausstellungsobjekte
   oder Musterstücke gefragt sind. Schon bei Kleinserien werden additive
   Verfahren aber unwirtschaftlich, da die Herstellung eines einzelnen
   Formteils bereits mehrere Stunden in Anspruch nehmen kann.

  Werkzeuge aus additiver Fertigung

   Auch Spritzgusswerkzeuge selbst sind mit additiven Fertigungsverfahren
   druckbar. Diese Technik steht jedoch noch am Anfang ihrer Entwicklung.

   Grundsätzlich gilt: Ob 3D-Druck, Aluminium- oder Stahlwerkzeug für den
   Spritzguss, im Entwicklungsprozess eines Kunststoffformteils hat jede
   Herstellungsmethode ihre Berechtigung. Kein Verfahren kann sich
   gegenseitig ersetzen, alle aber ergänzen. Additive Verfahren helfen
   Produktentwicklern neue Ideen gestalterisch zum Leben zu erwecken.
   Soft-Tooling-Werkzeuge bieten eine kostengünstige Möglichkeit,
   Spritzgießprozess und Werkzeug ausreifen zu lassen, bis ein serienfähiges
   Produkt in optimaler Qualität entwickelt ist. Und Hard-Tooling-Werkzeuge
   sind der Schritt in die millionenfache Massenproduktion.

   Sie sind Erfinder, Entwickler oder Designer und möchten Ihr Projekt als
   Spritzgussteil realisieren? Ihre Produktentwicklung ist bereits
   fortgeschritten und Sie benötigen jetzt marktfähige Prototypen aus dem
   tatsächlichen Produktionsmaterial für Markt- oder Funktionstest? Nennen
   Sie uns die gewünschten Parameter zu Stückzahl, Material,
   Oberflächenbeschaffenheit und Farbe. Wir übermitteln Ihnen passende
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            Spritzguss / Injection Molding: Vielfalt aus Kunststoff

   Inhaltsübersicht

     • Spritzguss / Injection Molding: Vielfalt aus Kunststoff

          • Vom Kunststoff zum Spritzguss
          • Spritzguss Beratung gesucht?
          •  Geschichte des Spritzgießen
          •  Formteile von winzig klein bis groß oder dick:
            Spritzgussmaschinen maßgeschneidert
          •  Spritzgussverfahren: In fünf Schritten zum
            fertigen Spritzgussteil
          • Verfügbare Materialien

               • Thermoplaste:  Vielseitig, formbeständig, einschmelzbar
               • Duroplaste: Hart und nur einmal unformbar
               • Elastomere: Gummielastisch

          • Nachbearbeitung der Spritzgussteile
          • Spritzgusswerkzeug: Hard Tooling, Soft Tooling oder 3D-Druck?

               • Hard Tooling
               • Soft Tooling
               • Werkzeuge aus additiver Fertigung

   Joghurtbecher und Surfbretter, Fahrradhelme und Legosteine, Zahnbürsten
   und DVD-Player, Stoßstangen und Gummidichtungen – Dinge, die jeder Mensch
   kennt, und die eines gemeinsam haben: Sie bestehen ganz oder anteilig aus
   Kunststoff, der mit Spritzgießtechnik in Form gebracht worden ist. 
   Spritzgießen ist das bei weitem bedeutendste Verfahren in der
   Kunststoffverarbeitung. Aufgrund ihrer Wirtschaftlichkeit und ihrer
   Vielseitigkeit findet die Herstellungsmethode in allen Bereichen der
   Industrie Verwendung – für kleinste Zahnräder mit einem Gewicht von
   wenigen Milligramm bis hin zu großen Recyclingcontainern mit  bis zu 150
   kg Leergewicht, vom Prototypenbau bis zum Endprodukt, für komplizierte
   Formteile ebenso wie Massenartikel.

Vom Kunststoff zum Spritzguss

   1855 entwickelte der englische Metallurg Alexander Parkes den weltweit
   ersten thermoplastischen Kunststoff  – ein Gemisch aus Zellulosenitrat und
   Kampfer – von ihm Parkesin genannt, den er 1862 auf der Londoner
   Weltausstellung präsentierte. Wirtschaftlicher Erfolg war dem Erfinder
   nicht beschieden. Rohstoffe und Verfahren bildeten jedoch  die Grundlage
   für das Material, für das der US-amerikanische Drucker John Wesley Hyatt
   1865 ein Patent anmeldete: Billardkugeln aus gepressten Stoffresten mit
   einem Überzug aus Schellack und Elfenbeinstaub – Zelluloid.

Spritzguss Beratung gesucht?

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   richtige Wahl ist? Wir beraten Sie gern und vermitteln auch das passende
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   Der Hintergrund: Der Billardkugelhersteller Phelan & Collander, Albany,
   hatten 1860 ein für damalige Zeiten enorm hohes Preisgeld in Höhe von
   10.000 US-Dollar für denjenigen ausgelobt, der einen Ersatzstoff für
   Elfenbein entwickelte. Denn die Nachfrage nach Luxusartikeln,
   Schmuckstücken, Intarsien – und Billardkugeln – aus Elfenbein war so hoch,
   dass sie durch die Bejagung von Elefanten allein nicht mehr zu decken war.
   Mit Hyatts neuem Kunststoff konnten diese Dinge erstmals imitiert werden –
   und die Elefanten waren (vorerst) gerettet.

 Geschichte des Spritzgießen

   Bereits Hyatt experimentierte dabei nicht nur mit dem Kunststoff selbst,
   sondern auch mit einfachen maschinellen Herstellungsverfahren von
   Kunststoffteilen. Rund 50 Jahre später brachte das Nürnberger
   Maschinenbauunternehmen Eckert & Ziegler 1926 die ersten
   (Kolben)Spritzgussmaschinen auf den Markt. Rasant an Dynamik gewann der
   Entwicklung der Spritzgießtechnik jedoch in 1950er Jahren: Im Ankerwerk
   Gebr. Goller, Nürnberg, wurde die erste Spritzgießmaschine mit
   Schneckenkolben zum Verflüssigen des Kunststoffes entwickelt – der Beginn
   einer weltweiten Erfolgsgeschichte. Zehn Jahre später gab es bereits
   Zweifarb-Spritzgießmaschinen. 1971 folgte die erste programmierbare
   Spritzgießmaschine, damals noch mit Einlesen der Daten über Lochstreifen.

   Heutige Spritzgießmaschinen verfügen über Softwaremodule für die Betriebs-
   und Prozessdatenerfassung (MDE/BDE), für Zyklusanzeige und -analyse, für
   automatische Anfahr- und Abschaltprogramme, Selbstdiagnose und
   Fehleranalyse. Sie steuern, ermitteln und speichern die optimale
   Fertigungsparameter für das jeweilige Produkt. Zudem bieten sie meist 
   Anschluss an übergeordnete Kommunikationssysteme – der Spritzguss-Prozess
   wird zunehmend virtuell.

 Formteile von winzig klein bis groß oder dick: Spritzgussmaschinen
maßgeschneidert

   IFrame

    

   Spritzgussmaschinen (auch SGM oder Kunststoffspritzgießmaschinen) stellen
   aus Kunststoff in Granulat- oder Schnurform direkt verwendbare
   Kunststoffteile her. Je nach Verwendungszweck können die hergestellten
   Formen auch nachbearbeitet (LINK), für weitere Prozessschritte vorbereitet
   oder montiert werden.

   In der Massenproduktion von Kunststoffteilen kommen heute ausnahmslos
   Schnecken-Spritzgießmaschinen zum Einsatz. Dabei handelt es sich entweder
   um Einkomponentenmaschinen für eine spezielle Kunststoffart (Thermoplaste,
   Duroplaste oder Elastomere) oder Zweikomponentenmaschinen für mehrere
   Kunststoffarten bzw. mehrfarbige Formteile. Letztere können schon während
   der Herstellung in einem einzigen Arbeitsgang Kunststoffe miteinander
   verbinden.

   Je nach Art der zu fertigenden Kunststoffteile verfügen
   Spritzgießmaschinen dabei über besonders hohe Schließkräfte für große
   Teile oder ein besonders großes Spritzvolumen für dickwandige Teile. Die
   Typenbezeichnungen von Spritzgießmaschinen enthalten daher stets Angaben
   zur maximalen Zuhaltekraft (in kN) und zum Spritzvolumen (in cm^3 bei
   1.000 bar Spritzdruck), die Leistungsfähigkeit und Verwendungszweck der
   Maschine kennzeichnen.

   Im Wesentlichen bestehen alle Spritzgießmaschinen aus drei Baueinheiten:

     • Die Spritzeinheit (auch Plastifiziereinheit), die das Rohmaterial
       aufbereitet und unter Druck in das Formwerkzeug einspritzt. Die
       Spritzeinheit besteht aus einem in der Regel waagerecht angebrachten
       Zylinder mit darin angebrachter rotierender Schnecke. Am einen Ende
       des Zylinders befindet sich ein Einfülltrichter für
       Kunststoffgranulat, am anderen Ende eine verschließbare Düse, durch
       die der flüssige Kunststoff in die Schließeinheit gespritzt wird.
     • Die Schließeinheit enthält das Formwerkzeug, öffnet und schließt es
       und wirft das fertige Werkstück aus. Der Hohlraum (Kavität) des
       Werkzeugs bestimmt dabei nicht nur die Form, sondern auch die
       Oberflächenstruktur des zu fertigenden Kunststoffteils. Die
       Schließeinheit besteht aus einer unbeweglichen, der Düse zu gewandten
       Seite und einer beweglichen Auswurfseite sein. Letztere wird
       hydraulisch oder elektromechanisch auf die Düsenseite gepresst bzw. am
       Ende des Fertigungsprozesses von ihr wegbewegt.
     • Das Maschinenbett zur Führung der Werkzeugschlitten (Spritzeinheit und
       Schließeinheit).

 Spritzgussverfahren: In fünf Schritten zum fertigen Spritzgussteil

   Der Kunststoffspritzguss zählt zu den Urformverfahren, bei dem in einem
   einzigen Arbeitsschritt fertig geformte Teile mit komplexer Geometrie und
   in nahezu beliebiger Größe in sehr hohen Stückzahlen hergestellt werden
   können. Die zugrunde liegende Methode ist dabei immer gleich: Die
   Spritzeinheit erweicht das Rohmaterial durch Hitze oder Druck – das
   sogenannte Plastifizieren. Der flüssige Kunststoff wird mit großem Druck
   in das Werkzeug gedrückt, dessen Hohlraum die Negativform des gewünschten
   Kunststoffteils hat. Der Spritzling wird abgekühlt und ausgeworfen. Die
   Zykluszeiten variieren dabei zwischen wenigen Sekunden und mehreren
   Minuten.

   Wichtig: Anfallende Materialabfälle wie Angüsse können oftmals wieder
   verwendet werden. Bei Thermoplasten kann in der Regel bis zu 20 Prozent
   Re-Granulat dem Ausgangsmaterial zugefügt werden, ohne den Gebrauchswert
   zu mindern. Spritzgießen zählt zudem zu den Hauptverfahren bei der
   Aufbereitung und Verwertung von Recyclingmaterial.

   Die Prozessschritte umfassen im Einzelnen:

     • Plastifizieren: Der Kunststoff gelangt meist als rieselfähige
       Formmasse vom Fülltrichter in den Raum zwischen Zylindermantel und
       Schnecke. Der Schneckenantrieb versetzt die Schnecke in Rotation.
       Durch äußere Beheizung oder Temperierung am Zylinder sowie  innere
       Reibung wird die Formmasse transportiert, aufgeschmolzen und
       homogenisiert (plastifiziert).
     • Dosieren: Die Herstellung des Formteils beginnt mit dem Dosiervorgang.
       Die Schnecke befördert die Formmasse durch Rotation an die
       Schneckenspitze, bis sich dort das für die Fertigung erforderlich
       Massevolumen befindet.
     • Einspritzen/Nachdrücken: Die Spritzeinheit wird gegen das geschlossene
       Werkzeug bewegt, bis die Düse an der Angussbuchse anliegt. Dann bewegt
       sich die Schnecke axial nach vor und beginnt den Einspritzvorgang. Bis
       die Masse am Anschnitt erkaltet ist, wird kontinuierlich nachgedrückt,
       um die Schwindung des Materials beim Aushärten auszugleichen, während
       zugleich die Schnecke rückwärts rotiert.
     • Abkühlen/Aushärten: Nach Abschalten des Nachdrucks beginnt die –
       einstellbare – Kühlzeit. Während das Formteil im Werkzeug abkühlt,
       fährt die Schnecke in die Dosierung zurück und fördert das Rohmaterial
       für den nächsten Spritzzyklus.
     • Entformen: Nach Beendigung des Aushärtens öffnet sich das Werkzeug.
       Das Formteil wird mit Hilfe eines Auswerfsystems entformt. Das
       Werkzeug schließt sich, das Spritzgießaggregat fährt wieder an die
       Angussbuchse des Werkzeugs und der nächste Füllvorgang kann beginnen.

   Je nach verwendetem Rohmaterial unterscheiden sich die Betriebsparameter
   hinsichtlich Druck, Temperatur und Zykluszeiten. Der Grund: Kunststoffe
   bestehen aus Makromolekülen, die in den verschiedenen Kunststoffsorten
   unterschiedlich angeordnet sind und sich bei Erwärmen stark
   unterschiedlich verhalten. So verformen sich Thermoplaste beim Erhitzen,
   während Duroplaste ihre Form behalten. Elastomere verändern ihre Form,
   wenn Druck auf sie ausgeübt wird. Danach nehmen sie wieder ihre
   ursprüngliche Form ein.

   Sie benötigen Beratung, welcher Kunststoff für Ihren Verwendungszweck der
   richtige ist? Sprechen Sie uns an. Wir beraten Sie neutral und vermitteln
   Ihnen ein passendes Angebot unserer Partner.

Verfügbare Materialien

     • Thermoplaste:  Vielseitig, formbeständig, einschmelzbar

   Thermoplast Spritzguss ist das gängigste und wirtschaftlich bedeutendste
   Spritzgießverfahren. Thermoplastische Kunststoffe werden oft  durch 
   Additive oder spezielle Füllstoffe wie Glasfasern oder sogar Glaskugeln
   modifiziert und kommen in nahezu allen Bereichen der Industrie zum
   Einsatz.

   Im Fahrzeugbau werden Polyolefine, hauptsächliche Polypropylen (PP), für
   Armaturenbretter und Stoßstangen, Plexiglas (PMMA) und Polycarbonat (PC)
   für transparente Gegenstände wie Scheinwerfer und Rückleuchten genutzt.
   Aus Polystyrol (PS) und Copolymere – insbesondere das synthetische
   Acrylnitril-Butadien-Styrol – entstehen unter anderem Computergehäuse,
   Hausgehaltsgeräte, Motorradhelme, Spielzeug und Musikinstrumente.
   Polystyrol, Polyamid (PA) und Polyoxymethylen (POM) und viele weitere,
   teils sehr hochpreisige technische Kunststoffe kommen in Maschinenbau und
   Elektrotechnik zum Einsatz.

   Beim Thermoplast Spritzgießen rieselt das Granulat in die Gänge der
   Schnecke. Von außen am Zylinder angebrachte Heizelemente sowie die beim
   Zerteilen des Granulats freigesetzte Wärme lassen das Rohmaterial bei
   Temperaturen von 200 Grad Celsius und mehr schmelzen. Der geschmolzene
   Kunststoff sammelt sich vor der noch geschlossenen Düse, bis genug
   Material für das zu fertigende Formteil vorhanden ist. Dann wird die
   Schnecke gestoppt, die Spritzeinheit fährt an die Schließeinheit heran
   und  die mit 500 bis 2.000 bar unter Druck gesetzte Schnecke presst den
   geschmolzenen Kunststoff durch nun offene Düse in die Kavität. Das
   Werkzeug ist auf 20 bis 120 Grad Celsius temperiert – je nach verwendeter
   Thermoplast-Art –, so dass der flüssige Kunststoff in der Urform abkühlt
   und erstarrt. Nach dem vollständigen Aushärten des Formteils öffnet sich
   die Schließeinheit. Das Werkstück wird zusammen mit dem ebenfalls
   erstarrten Anguss über eindringende Stifte ausgeworfen, ausgeschüttet oder
   maschinell entfernt. Eine Sonderform ist das
   Thermoplast-Schaum-Spritzgießen, bei der geschäumte Kunststoffteile
   beispielsweise zur Gewichtsreduktion des Endprodukts hergestellt werden.

     • Duroplaste: Hart und nur einmal unformbar

   Im Gegensatz zu Thermoplasten härten Duroplast durch Wärme aus. Einmal
   erkaltet  ist erneutes Einschmelzen technisch nicht mehr machbar, d.h.
   Reste wie Angüsse und ähnliches können nicht als Re-Granulat verwendet
   werden, sondern müssen dem Recycling zugefügt werden. Entsprechend
   unterscheidet sich das Spritzgießverfahren für Duroplast-Kunststoffe von
   dem der Thermoplaste. Das Einspritzen des plastifizierten Kunststoffes ins
   Werkzeug erfolgt bei relativ geringen Temperaturen zwischen 30 und 110
   Grad Celsius. Durch Hitzezufuhr das zu fertigende Formstück im Werkzeug
   bei 130 bis 250 Grad Celsius ausgehärtet.

   Optimal lassen sich Duroplaste für Kunststoffformteile mit größeren
   Wanddicken von 40 bis 50 mm verwenden. Ein typisches Einsatzgebiet sind
   Fahrzeugscheinwerfer und Reflektoren im Automotive Bereich, aber auch
   Steckdosen und elektrotechnische Bauteile, bei denen die hohe
   Temperaturbeständigkeit des Werkstoffs zum Tragen kommt und ein Schmelzen
   gefährlich wäre.

   Wenn auf die besonderen mechanischen Qualitäten von Duroplasten verzichtet
   werden kann, sind Thermoplaste meist die bessere, weil wirtschaftlichere
   Wahl. Der Grund: Duroplaste sind im Rohmaterialpreis zwar günstiger. Ihre
   Zähigkeit – Duroplaste fließen sehr langsam – bedingt jedoch deutlich
   längere Zykluszeiten, die Duroplast-Spritzgießen im Vergleich zum
   Thermoplast-Spritzgießen signifikant teurer macht.

     • Elastomere: Gummielastisch

   Elastomere, beispielsweise Naturkautschuk, sind elastisch und verhärten
   (vulkanisieren) wie Duroplaste bei Wärmeeinfluss, ein Prozess, der sich
   nicht rückgängig machen lässt. Das Plastifizieren der Formmasse –
   unverarbeitet als bandförmiges Rohmaterial oder rieselfähiges Pulver –
   erfolgt in einer auf 80 Grad Celsius temperierten, speziellen
   Förderschnecke, um Überhitzung und damit vorzeitige Vulkanisieren zu
   vermeiden.

   Wichtig: Eine spezielle Schnecke mischt und knetet die Formmasse für eine
   möglichst homogene Aufbereitung. Die Wärmezufuhr erfolgt dabei von innen
   für eine gleichmäßige Temperaturverteilung. Die mechanischen Eigenschaften
   der so hergestellten Formteile weisen um 30 Prozent bessere mechanische
   Eigenschaft aus, als solche, die mit rein auf Pressen des Elastomers
   basierende Spritzgussverfahren gefertigt werden.  Typische Verwendungen
   sind Autoreifen, Gummibänder oder Chemikalienhandschuhe.

    Neben den Standardverfahren für Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere
   gibt es ein breites Spektrum modifizierter Spritzgussverfahren für
   spezielle Anwendungsgebiete: vergleichsweise einfache
   Mehrkomponententechniken zur Herstellung von  Teilen aus unterschiedlichen
   Kunststoffarten, Materialen- oder Folienhinterspritzung (in mold),
   Innendruck-Spritzgießen mit Gas oder Waser  und Schmelzkern- Spritzgießen
   zur Erstellung von Hohlräumen im Werkstück, Spritzstreckblasen
   beispielsweise zur Umformung eines PET-Rohlings in eine Getränkeflasche,
   Reinraumspritzguss für Medizintechnik und elektronische Bauteile und viele
   andere Verfahren mehr.

   Sie möchten herausfinden, ob es eine geeignete Spritzgießmethode für Ihre
   Idee gibt? Wir beraten Sie gern. Nehmen Sie hier Kontakt zu uns auf –
   unverbindlich.

Nachbearbeitung der Spritzgussteile

   Das Spritzgießen von Kunststoffteilen ist – trotz aller materialbedingten
   Unterschiede – ein insgesamt sehr wirtschaftliches Verfahren, da die
   weitere Montage von Bauteilen oder Baugruppen, soweit erforderlich,
   unmittelbar nach der Herstellung erfolgen kann. Auch eine Nachbearbeitung
   direkt nach Auswurf aus dem Werkzeug ist möglich, wenn auch nicht bei
   jedem Formteil erforderlich.

   Typische Nachbearbeitungsverfahren sind beispielsweise die spanende
   Bearbeitung von Kunststoffteile – fräsen, drehen, bohren, stanzen – und
   das Schneiden von Gewinden. Darüberhinaus können die Formteile
   konditioniert und/oder getempert werden, ersteres zu Erhöhung der
   Schlagzähigkeit und Bruchdehnung, letzteres zur Erzielung einer besseren
   Wärmebeständigkeit und dem Abbau innerer Spannungen. Möglich sind auch
   eine Ionisierung von Kunststoffteilung zur staubfreien Reinigung für
   nachfolgende Farbgebungsverfahren bzw. ganz allgemein, Lackieren, Sieb-
   und Tampondruck, Laserberschriftung und -gravur.

Spritzgusswerkzeug: Hard Tooling, Soft Tooling oder 3D-Druck?

   Der Spritzguss von Kunststoffteilen – insbesondere wenn spezielle
   erweiterte Verfahren zum Einsatz kommen – erlaubt eine nahezu freie Wahl
   von Form und Oberflächenstruktur des zu fertigenden Teils. Diese enorme
   Vielseitigkeit und zugleich die hohe Wirtschaftlichkeit der
   Spritzgießtechnik machen sie zum weitest verbreiteten Verfahren in der
   Massenherstellung von Kunststoffteilen in nahezu allen Bereichen der
   Industrie. Mit einem einzigen gebauten Werkzeug lassen sich Millionen von
   Formteilen produzieren – ohne Qualitätsverluste.

   Werden jedoch nur wenige Hundert oder gar einzelne Prototypen benötigt,
   ist die Spritzguss Technik extrem teuer, da die Werkzeugkosten nahezu
   unverändert bleiben und den Stückpreis des Formteils entsprechend erhöhen.

   Der Grund: Spritzgusswerkzeuge, die Negativformen der zu fertigenden
   Kunststoffteile, müssen sehr präzise gefertigt werden und sind immensen
   Belastungen – thermisch und mechanisch – ausgesetzt. Der
   Entwicklungsaufwand ist hoch. Denn aufgrund der Komplexität der
   Baueilgeometrie, der Vielfalt der Spritzgießverfahren und Werkstoffe
   können beim Spritzgussprozess bzw. beim fertigen Bauteil verschiedene
   unerwünschte Effekte eintreten, die die Gebrauchsfähigkeit eines Formteils
   erheblich beinträchtigen. Jede Anpassung oder Veränderung der Form
   erfordern die Konstruktion und Produktion eines neuen Werkzeugs.

  Hard Tooling

   Entsprechend hoch fallen die Entwicklungskosten selbst für die Erstellung
   einfacher Spritzgusswerkzeuge – Kosten, die sich bei geringem Bedarf
   überproportional auf den Stückpreis des zu fertigenden Formteils
   auswirken. Üblicherweise muss man für die Entwicklung bis zur Serienreife
   dieser so genannten Hard-Tooling-Werkzeuge aus Werkzeugstahl mehrere
   Monate und teils mehrere Hunderttausend Euro veranschlagen – eine
   Investition, die sich nur bei einer geplanten Massenfertigung rechnet.

  Soft Tooling

   Möchte man nicht fünf Millionen, sondern nur 50.000 Formteile spritzgießen
   lassen, bietet sich so genannte Soft-Tooling-Werkzeuge an. Aus Aluminium
   gefertigt, stehen diese je nach Komplexität des Bauteils meist nach zwei
   bis sechs Wochen zur Verfügung. Entwicklungs- und Produktionskosten liegen
   zwischen 2.500 und 25.000 Tausend Euro. Soft-Tooling-Werkzeuge sind auch
   die erste Wahl, wenn ein Prototyp zu Serienproduktion geführt werden soll
   oder Langzeittests, beispielsweise in der Medizintechnik, erforderlich
   sind. Mit ihnen lassen sich marktfähige Formteile für umfassende
   Funktionstests  produzieren oder die Einstiegsphase von Neuentwicklungen
   in den Markt überbrücken, bis das Produkt ausgereift und/oder am Markt
   etabliert ist und sich ein maßgeschneidertes Stahlwerkzeug rechnet.

   Die Kombination beider Werkzeugarten – Soft Tooling für den Einstieg, Hard
   Tooling für die Massenproduktion – ist häufig und wirtschaftlich sinnvoll,
   bis mögliche Entwicklungsfehler beseitigt und die finale Konstruktion der
   Werkzeugs und Fertigungsqualität des Formteils erreicht ist.

   Eine weitere Alternative bieten additive Fertigungsverfahren, insbesondere
   der 3D-Druck. Er erlaubt die einfache, preiswerte und werkzeugfreie
   Produktion fertiger Kunststoffteile. Mit einem 3D-Drucker lässt sich ein
   nahezu frei formbares Werkstück erstellen, direkt von einer digitalen CAD
   Vorlage vom Laptop und für einen Bruchteil der Kosten eine
   spritzgegossenen Formteils. Die Auswahl der zur Verfügung stehenden
   Werkstoffe ist jedoch gering, insbesondere wenn bestimmte
   Materialeigenschaften erforderlich sind. 3D-Druck ist vor allem dann eine
   gute Wahl, wenn plastische Modelle als Prototypen, Ausstellungsobjekte
   oder Musterstücke gefragt sind. Schon bei Kleinserien werden additive
   Verfahren aber unwirtschaftlich, da die Herstellung eines einzelnen
   Formteils bereits mehrere Stunden in Anspruch nehmen kann.

  Werkzeuge aus additiver Fertigung

   Auch Spritzgusswerkzeuge selbst sind mit additiven Fertigungsverfahren
   druckbar. Diese Technik steht jedoch noch am Anfang ihrer Entwicklung.

   Grundsätzlich gilt: Ob 3D-Druck, Aluminium- oder Stahlwerkzeug für den
   Spritzguss, im Entwicklungsprozess eines Kunststoffformteils hat jede
   Herstellungsmethode ihre Berechtigung. Kein Verfahren kann sich
   gegenseitig ersetzen, alle aber ergänzen. Additive Verfahren helfen
   Produktentwicklern neue Ideen gestalterisch zum Leben zu erwecken.
   Soft-Tooling-Werkzeuge bieten eine kostengünstige Möglichkeit,
   Spritzgießprozess und Werkzeug ausreifen zu lassen, bis ein serienfähiges
   Produkt in optimaler Qualität entwickelt ist. Und Hard-Tooling-Werkzeuge
   sind der Schritt in die millionenfache Massenproduktion.

   Sie sind Erfinder, Entwickler oder Designer und möchten Ihr Projekt als
   Spritzgussteil realisieren? Ihre Produktentwicklung ist bereits
   fortgeschritten und Sie benötigen jetzt marktfähige Prototypen aus dem
   tatsächlichen Produktionsmaterial für Markt- oder Funktionstest? Nennen
   Sie uns die gewünschten Parameter zu Stückzahl, Material,
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   unverbindlich und kostenfrei. Schicken Sie uns ein E-Mail
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                       Stereolithographieverfahren – SLA

   Sie suchen nach einem Verfahren, dass zum einen sehr exakte Teile mit
   guten Oberflächenvoraussetzungen liefert und durch verschiedene
   Materialoptionen sowohl als Anschauungs- oder Funktionsteil als auch als
   Urmodell zum Replizieren von Teilen über das Vakuumgießverfahren
   gleichermaßen gut dienen kann?

   Die Stereolithographie  – SLA, auch STL abgekürzt – zählt wie das
   Lasersintern und Laserschmelzen zu den additiven Fertigungsverfahren, die
   mit der schichtweisen Aushärtung formloser bzw. flüssiger Baustoffe durch
   Laser arbeiten. Erfunden zu Beginn der 1980er Jahre vom US-Amerikaner
   Chuck Hull, ist SLA eines der ältesten und bis heute auch am weitesten
   verbreiteten 3D-Druck-Verfahren und als Methode entsprechend ausgereift
   und prozesssicher.

   Inhaltsübersicht

     • Stereolithographieverfahren – SLA

          • Das Verfahren: Langsames Aushärten im Flüssigbad

               • Nachbearbeitung: Verwendungszweck bestimmt den Umfang

          • Stereolithographie im Überblick:
          • SLA Drucker / Maschine: RPS Resin Produktion System by Castsolut
          • SLA Teile vom Profi

   Die Besonderheit: Die Fertigungsmethode verwendet lichtaushärtende
   Kunststoffe, so genannte Fotopolymere – flüssige Acryl-, Epoxid- oder
   Vinylesterharze –, als Baustoff, so dass maßgenaue Bauteile mit feinsten
   Strukturen und glatter, dichter Oberfläche in einem einzigen
   Prozessschritt gefertigt werden können.

   

   Die Verwendungen von Stereolithographie-Teilen sind vielfältig: So werden
   Prototypen und Designmuster, Geometrie- und Funktionsmodelle, aber auch
   hochpräzise Bauteile und maßgeschneiderte Endprodukte – hier sind
   Hörgeräte-Gehäuse als Beispiel zu nennen –mittels SLA gefertigt. Das
   wirtschaftlich bedeutendste Einsatzgebiet dürfte jedoch die Herstellung
   von Urmodellen für den Vakuumguss mit Silikonformen sowie für das RIM
   (Reaction Injection Moulding) sein. Der Vakuumguss ist eines der am
   häufigsten eingesetzten Verfahren zur schnellen und kostengünstigen
   Vervielfältigung von Urmodellen insbesondere für den Kunststoffspritzguss
   und von entsprechend großer Bedeutung für die Kunststoff verarbeitende
   Industrie. RIM ist eine Technik zur Herstellung von Kunststoffteilen
   mittels Niedrigdruckinjektion von Duroplastharzen.

   Sie möchten prüfen, ob SLA das geeignete Fertigungsverfahren für Ihr
   Produkt ist? Wir übermitteln Ihnen ein passendes Angebot – inklusiv
   Machbarkeitsanalyse, kostenlos und unverbindlich. Kontaktieren Sie uns
   unter info@vioproto.de. Wir beraten Sie gern.

Das Verfahren: Langsames Aushärten im Flüssigbad

   Alle additiven Fertigungsverfahren basieren auf demselben Grundprinzip:
   Das herzustellende Bauteil oder Werkstück wird auf Basis eines
   3D-CAD-Modells schichtweise dreidimensional von unten nach oben aufgebaut.
   Dazu muss das 3D-Modell virtuell geslict, d.h. scheibchenweise in
   geometrische Daten bzw. Querschnitte zerlegt und in eine .stl-Datei
   konvertiert werden. Die meisten 3D-Programme verfügen hierfür über eine
   entsprechende .stl-Schnittstelle. Auf Basis dieser Daten, die ein
   3D-Fabrikator – ob einfacher 3D-Drucker für den Hausgebrauch oder komplexe
   Stereolithographie-Anlage – direkt auslesen kann, wird das Bauteil
   „gedruckt“. Werkzeuge oder Formen wie beim Gießen oder Spritzgießen sind
   nicht erforderlich.

    

   Stereolithographie sla teile, sla anfrage, sla kosten, vioproto.de

   In einer Stereolithographie-Anlage erfolgt der Fertigungsprozess in einem
   Flüssigbad aus Basismonomeren photosensitiver, d.h. lichtaushärtender
   Kunstharze statt. Das Bauteil befindet sich dabei auf einer Bauplattform,
   Stützstrukturen verhindern das „Wegschwimmen“. In jedem Prozessschritt
   wird der Baustoff in dünnen Schichten mit einem Wischer aufgetragen und
   durch einen oder mehrere, über Spiegel ausgerichtete, computergesteuerte
   Laser entsprechend den geometrischen Abmessungen ausgehärtet. Die
   Bauplattform wird nach jeder neuen Schicht minimal abgesenkt wird, um das
   Auftragen und Aushärten der nächsten Schicht zu ermöglichen.

   Die Schichtstärke liegt standardmäßig bei 0,05 mm bis 0,25 mm. Bei
   Mikro-SLA sind Schichtdicken von nur 0,001 mm realisierbar. Interessant:
   Neben kleinsten Strukturen beispielsweise für medizinische Verwendungen
   lassen sich mittels SLA auch sehr große Bauteile mit Abmessungen von bis
   zu zwei Metern in einem Stück fertigen – ohne Kleben oder Schweißen. Diese
   sind insbesondere im Maschinen- und Automobilbau gefragt, zum Beispiel als
   Prototypen für Stoßstangen. Aber auch große Architekturmodelle können so
   erstellt werden.

   IFrame

    

   Wichtig: Stereolithographie-Teile werden bei vergleichsweise niedrigen
   Temperaturen gefertigt. Das hat den Vorteil, dass der Verzug durch
   Wärmespannungen gering bleibt. Zum vollständigen Aushärten ist daher aber
   oftmals eine zusätzliche Bestrahlung mit intensivem UV-Licht erforderlich.

  Nachbearbeitung: Verwendungszweck bestimmt den Umfang

   Stereolithographie-Teile müssen immer nachbearbeitet werden. Denn eine
   Fertigung ohne Stützstrukturen ist in der Regel nicht möglich. Das gilt
   nicht nur für Strukturen mit Hohlräumen und Hinterschnitte, sondern für
   alle SLA-gefertigten Bauteile. Diese Stützstrukturen werden bei der
   Umwandlung eines 3D-CAD-Modell in ein 3D-druckbares .stl-Format
   automatisch berechnet und aus demselben Werkstoff „mitgedruckt“. Nach
   Beendigung des Fertigungsprozess müssen diese Stützstrukturen mechanisch
   entfernt und die Bauteile mit Lösungsmittel gereinigt werden.

   Darüber hinausgehende Nachbearbeitungen sind möglich, aber nicht zwingend
   erforderlich und hängen im Wesentlichen vom Verwendungszweck ab. Denn der
   Einsatz flüssiger Harze als Baustoff erzielt vergleichsweise glatte und
   dichte Oberflächen auch ohne zusätzliches Glattschleifen. Die einzelnen
   Materialschichten am fertigen Bauteil oder Prototyp sind zwar zu erkennen
   – ähnlich wie Jahresringe in Baumstämmen –, die Oberflächengüte schränkt
   diese jedoch nicht grundsätzlich ein.

   Das bedeutet: Wird „nur“ ein Prototyp oder ein Bauteil zur Überprüfung von
   Geometrien, zur frühzeitigen Erkennung von Konstruktionsfehlern oder als
   Besprechungsgrundlage für den Werkzeugbau benötigt, sind
   Oberflächenbehandlungen außer Reinigen in der Regel nicht notwendig. Auch
   einfache Bauteile können direkt eingesetzt werden.

   Bei hohen Anforderungen an die Oberflächengüte können SLA-Teile ein- oder
   beidseitig glattgeschliffen, lackiert, metallbeschichtet, bedruckt oder
   laserbeschriftet werden. Dies ist nicht nur bei Design- und Messemodellen
   für Marketingzwecke der Fall. Auch Stereolithographie-Urmodelle für
   Folgeverfahren wie das Vakuumgießen werden oft zusätzlich geglättet und
   geschliffen, um die Oberflächenqualität der Abgüsse zu erhöhen.

   stereolithographie baugröße

   Eine weitere Form der Nachbearbeitung ist das Tempern, das die
   Temperaturbeständigkeit eines SLA-Teils auf bis 260 Grad Celsius erhöhen
   kann, beispielsweise für Bauteile, die im Motorraum eingesetzt bzw.
   funktionsüberprüft werden sollen.

Stereolithographie im Überblick:

     • Materialien: Da die Stereolithographie zu den ältesten additiven
       Fertigungsverfahren zählt, ist nicht nur die Prozesssicherheit hoch.
       Auch die verwendeten Baustoffe sind entsprechend ausgereift und
       vielfältig. Bauteile aus Fotopolymeren – lichtaushärtende flüssige
       Acryl-, Epoxid- oder Vinylesterharze – können je nach eingesetztem
       Material hochfest und stoßsicher oder flexibel und biegsam, aber
       formbeständig sein. Vollkommen transparente Bauteile sind ebenso
       realisierbar wie lackierte oder metallbeschichtete.
       Temperaturbeständigkeit oder Wasserdichtigkeit sind durch
       Nachbehandlungen zu erreichen. Ein Nachteil: Die Teile sind oft spröde
       und bei Sonneneinstrahlung verschleißanfällig bzw. nur begrenzt
       haltbar.
     • Geometrien: SLA erlaubt große Geometriefreiheit, erfordert jedoch
       Stützstrukturen im Fertigungsprozess. Diese müssen am Prozessende
       mechanisch entfernt werden. Die erforderlichen Wandstärken sind
       gering. Feinste, detailgenaue Strukturen mit hoher Maßhaltigkeit sind
       realisierbar. Die Standardgenauigkeit bei regulären
       Stereolithographien liegt bei +/- 0,2 % Abweichung.
     • Kostenaufwand: Stereolithographie-Anlagen sind vergleichsweise teuer
       in Anschaffung, Betrieb und Wartung und erfordern qualifiziertes
       Personal zur sachgemäßen Bedienung. Dadurch sind
       Stereolithographie-Teile naturgemäß teurer als 3D-Druck-Teile
       einfacherer Verfahren. Im Vergleich zu den anderen laserbasierten
       additiven Fertigungstechniken wie SLS und SLM ist SLA jedoch deutlich
       kostengünstiger – bei hoher Maßgenauigkeit und Oberflächengüte.
     • Zeitaufwand: Je nach Komplexität und Größe nimmt dabei ein
       Fertigungszyklus inklusiv Nachbearbeitung zwei bis acht Tage in
       Anspruch. Geht es nur darum, Anschauungsmodelle und Designmuster –
       beispielsweise verschiedene Varianten rein visueller oder haptische
       Prototypen – zu vergleichen, ist auch eine Fertigung innerhalb von 24
       Stunden möglich, hierbei jedoch mit Abstrichen an die Haltbarkeit,
       Funktionalität und Oberflächengüte.
     • Verwendungen: Stereolithographie-Teile werden im Wesentlichen in drei
       Bereichen eingesetzt, und zwar Modelle/Prototypen/Kleinserien,
       Endprodukte für den Verbraucher und – ganz wichtig – Urmodelle/Formen.
       Im Einzelnen handelt es sich dabei um:

          • Designmodelle und visuelle Prototypen für Marketingzwecke
          • Funktionelle Prototypen und Bauteile für (erste) Markt- oder
            Funktionstests
          • Konzept- und Geometriemodelle zur Beurteilung von Dimensionen,
            Konstruktion und Montage (Architektur, Maschinenbau, Automobilbau
            etc.)
          • Kleinserien mit komplexen Geometrien beispielsweise Bauteile für
            Automobil-, Maschinen- und Werkzeugbau, Luft- und
            Raumfahrttechnik, Elektronik und Elektrotechnik
          • Maßgeschneiderte Endprodukte in der Medizintechnik (Prothesen,
            Hörgerätegehäuse) und bei Designerprodukten (zum Beispiel
            Schreibgeräte)
          • Urmodelle und verlorene Formen für Gussverfahren

   Kleinserienteile mit Stereolithographie gefertigtKleinserienteile mit
   Stereolithographie gefertigt
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SLA Drucker / Maschine: RPS Resin Produktion System by Castsolut

   Obwohl das Verfahren seit Jahrzehnten angewendet wird, gibt es nur eine
   begrenzte Zahl an Herstellern von Stereolithographie-Anlagen. Cast Solut
   Technology Solution Service bietet ein wartungsoptimiertes
   Einsteigergerät, den SLA RPS Resin Production System.  Je nach
   Bauraumgröße werden die Typenbezeichnungen 250, 450 und 700 unterschieden.

   SLA Stereolithographie Drucker

   Die Anlage ist mit einem modernen 100 kHz UV-Laser 355 nm ausgestattet.
   Der Rahmen für den Beschichter besteht aus Granit, um höchste
   Maßgenauigkeit bei guter Prozessgeschwindigkeit zu gewährleisten.

   Die mitgelieferte Software ist auf Anwenderfreundlichkeit ausgelegt und
   bietet durch ihre offene Systemarchitektur zahlreiche Möglichkeiten. Die
   Bauprozessvorbereitung erfolgt über einen Build Prozessor von Materialise
   (http://www.materialise.com/). Die Bedienung erfolgt über ein
   Touch-Display direkt am Gerät.

   Die Bauraumgröße von maximal 700 mm x 700 mm x 400 mm (LxBxH) ermöglicht
   auch die Fertigung größerer Bauteile in einem Stück.

   Das SLA RPS ist geeignet für die Herstellung von Prototypen und
   Einzelteilen, die additive Serienfertigung funktionaler Bauteile, die
   Fertigung von Urmodellen für Vakuumguss und Feinguss sowie die Herstellung
   von  Formen und Testteilen insbesondere in Forschungseinrichtungen und
   Hochschulen.

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  Vakuumguss: Vom Prototyp zur Form zur Kleinserie – schnell und kostengünstig

   Vakuumgießen ist eines der am häufigsten eingesetzten Verfahren zur
   schnellen und kostengünstigen Vervielfältigung von Urmodellen und
   Prototypen. Dabei handelt es sich beim Vakuumguss um ein Folgeverfahren,
   bei der eine Silikonform aus dem Urmodell (dieses Urmodell lässt sich
   zeitsparend mit z.B. SLA realisieren) hergestellt wird. Diese Silikonform
   wiederum dient der schnellen und kostengünstigen Vervielfältigung von
   Kunststoffteilen in Kleinserie.

   Inhaltsübersicht

     • Vakuumguss: Vom Prototyp zur Form zur Kleinserie – schnell und
       kostengünstig

          • Vakuumguss für Ihr Projekt gesucht?
          • Das Vakuumgussverfahren: Mit derselben Methode zu Form und
            Werkstück
          • Die Werkstoffe: Feuerfest, lichtdurchlässig, lebensmittelecht –
            und mehr
          • Vakuumguss im Überblick:

               • Vorteile
               • Nachteile

   Vakuumguss kommt vor allem im Prototypenbau sowie in der Fertigung von
   Pilot-, Test- und Vorserien zum Einsatz. Auch Kleinserien von Artikeln mit
   begrenztem Marktvolumen werden mit Hilfe dieses Verfahrens hergestellt.
   Design-Prototypen mit hauptsächlich optischen Anforderungen dienen hierbei
   meist Ergonomie- und Marktstudien sowie als Marketing- und Messe-Muster.
   Aber auch technische Prototypen für Konstruktions-, Funktions- und
   Montagetests können vakuumgegossen werden.

   In Serie gefertigte Vakuumgussteile sind vor allem im Automobilbau, im
   Flugzeugbau, in der Medizintechnik und in der Lebensmittelindustrie zu
   finden. Typische Vakuumgussteile sind dabei unter anderem Gehäuse,
   Abdeckungen und Verkleidungen, Dichtungen aller Art, Schläuche, Formrohre
   und Modelle, aber auch transparente Formteile wie Displays oder
   lichtdurchlässige Behälter.

   

   Wichtig: Test- und Vorserien von Bau- und Formteilen müssen in ihren
   Gebrauchseigenschaften und ihrer Belastbarkeit möglichst weitgehend dem
   Endprodukt entsprechen, damit verlässliche Aussagen aus einer Testreihe
   getroffen werden können. Der Vakuumguss mit Silikonformen ist in der
   Materialauswahl zwar begrenzt. Mit modernen Gießharzen lassen sich jedoch
   die Eigenschaften zahlreicher Kunststoffe – Polyethylen, Polypropylen,
   ABS, Polyamid, Polycarbonat und anderer mehr – weitgehend abbilden, dass
   Funktions- und Produkttests aussagekräftige Ergebnisse liefern.

   Und der Vakuumguss ist dabei erheblich schneller und kostengünstiger als
   herkömmliche Kunststoffspritzgussverfahren in Aluminium- oder gar
   Stahlformen. Eventuelle Konstruktionsänderungen oder Designanpassungen
   lassen sich ähnlich schnell wie bei additiven Fertigungsverfahren
   umsetzen.  Einem Zeitraum von wenigen Tagen bis Wochen vom Prototyp zur
   fertigen Form im Vakuumguss steht daher ein Entwicklungsprozess von
   mehreren Monaten im konventionellen Kunststoffspritzguss gegenüber – mit
   entsprechend großen Kostenvorteilen.

Vakuumguss für Ihr Projekt gesucht?

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Das Vakuumgussverfahren: Mit derselben Methode zu Form und Werkstück

   Da es sich beim Vakuumguss um ein Folgeverfahren handelt – im Prinzip ist
   Vakuumgießen eine Kopiertechnik –, wird immer ein Urmodell benötigt. Meist
   kommt hierbei ein Stereolithographie-Prototyp des zu fertigenden
   Werkstücks zum Einsatz. Aber auch lasergesinterte Master (vgl. Selektives
   Lasersintern/SLS) oder traditionell gefräste und gedrehte Prototypen
   finden Verwendung. Wichtig: Die Oberfläche diese Urmodells wird so
   aufbereitet, dass sie möglichst weitgehend dem zu fertigenden Endprodukt
   entspricht.

   silikonform für vakuumguss
   silikonform für vakuumguss

   Herstellung der Silikonform: Der Prototyp wird in einer Baukammer in einen
   Rahmen eingespannt oder in eine Form eingebettet. Anguss und
   Formtrennebene werden festgelegt. Dann wird Flüssigsilikon um den
   Prototypen gegossen und unter Vakuum erwärmt. Das Vakuum verhindert
   Lufteinschlüsse in Form und Werkstück und erhöht so die Präzision der
   Abgüsse. Nach dem Aushärten des Silikons wird die entstandene Silikonform
   in Übereinstimmung mit den Formtrennebenen auseinander geschnitten und der
   Prototyp bzw. das Urmodell entfernt.

   Zum eigentlichen Vakuumgussverfahren: Nach dem Entformen des Prototyps
   kann die fertige Silikonform sofort für den Vakuumguss der zu fertigenden
   Kunststoffteile verwendet werden. Auch hierbei wird die Form im Vakuum mit
   flüssigem Rohmaterial – meist Zweikomponenten-Gießharze – befüllt und ggf.
   erwärmt. Nach Aushärten des Materials wird das Werkstück entfernt, im
   Wärmeschrank nachgehärtet und je nach Bedarf nachbearbeitet.

   Vakuumgusskammer

   Wichtig: Die Maßhaltigkeit, Formgenauigkeit und Oberflächenqualität des
   Urmodells bestimmen dabei die Qualität der Silikonform und damit der
   Vakuumgussteile.

Die Werkstoffe: Feuerfest, lichtdurchlässig, lebensmittelecht – und mehr

   Die Bandbreite der Materialeigenschaften vakuumgegossener Bau- und
   Formteile ist groß. So lassen sich je nach verwendetem Werkstoff mittels
   Vakuumguss flexible, gummiartige Dichtungen ebenso herstellen wie
   bruchfeste und schlagzähe Teile. Die Temperaturbeständigkeit variiert
   zwischen -50 und +200 Grad Celsius. Auch chemikalienbeständige Teile sind
   möglich. Eine Besonderheit bieten Diffusor-Werkstoffe, die Licht ideal
   streuen, so dass sich Bauteile realisieren lassen, die überall gleich
   durchscheinend sind. Manche Hersteller bieten auch lebensmittelechte Teile
   an.

   Die am häufigsten eingesetzten Zwei- oder Mehrkomponenten-Gießharze –
   Polyurethane – bestehen dabei aus Kunstharz und Härter sowie je nach
   Bedarf weiterer Zusätze wie Farben, Füllstoffe, Verstärkungsmaterialien
   wie Glasfasern etc. Sie werden vermischt bei Raumtemperatur oder unter
   zusätzlicher Wärmezufuhr verarbeitet.

   Darüber hinaus finden Elastomere (PU-Gummi) und niedrigschmelzende
   Metalllegierungen im Vakuumguss Verwendung. Eine Kombination verschiedener
   Materialien – zum Beispiel bei Hart-Weich-Teilen – durch einen
   mehrstufigen Fertigungsprozess oder die Herstellung von Teilen mit
   Metalleinlegern sind möglich.

Vakuumguss im Überblick:

  Vorteile

     • Preiswerte Herstellung von Formen und Bauteilen, u.a. deutlich
       günstiger als Kunststoffspritzguss
     • Schnelles Verfahren mit einer Gesamtdauer von wenigen Tagen bis Wochen
       vom Prototypen zum vakuumgegossenen Formteil
     • Hinterschnitte und nahtlose Hohlkörper (mit Ausschmelzkern) möglich
     • Funktionsintegration durch die Einbindung von Norm- und Formteilen wie
       Lagerbuchsen oder Gewindebolzen in das Werkstück bereits während des
       Gussvorgangs möglich
     • Kleinste Formen (Mikrospritzguss), aber auch große Teile herstellbar
     • Sehr genaue Bauteile mit hoher Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität
       realisierbar
     • Leichte Entformbarkeit
     • Beschleunigung des Fertigungsprozesses mit Hilfe von Mehrfachformen
       mit mehreren Kavitäten zur gleichzeitigen Fertigung von Werkstücken
       möglich
     • Kombination verschiedener Materialien in einem Bauteil, z.B.
       Hart-Weich-Teile, oder Fertigung von Objekten mit Metalleinlegern
       durch Mehrschrittverfahren möglich

  Nachteile

     • Schneller Verschleiß der Formen, daher nur für Kleinserien geeignet
     • Nur niedrigschmelzende Rohmaterialien verwendbar, da Silikonformen nur
       begrenzte Verarbeitungstemperaturen erlauben
     • Verschlissene Formen problematisch in der Entsorgung
     • Hohlkörper nur mit Auschmelzkern realisierbar

   Sie benötigen ein mehrere Marketing-Muster, eine Test- oder Vorserie Ihres
   Produkts zur Design- und Funktionsüberprüfung oder möchten einfach
   Vakuumguss und Kunststoffspritzguss als Fertigungsverfahren für Ihr
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     • Von der Idee zum Prototyp

          • 
               • Die Planungsphase

          • Umsetzung der Produktidee

               • Die CAD Datei als Basis
               • Die Wahl des Verfahrens
               • Selber fertigen oder Herstellung auslagern?

          • Der Prototyp

               • Die Zukunft: Der Prototyp als fertiges Teil

  Die Planungsphase

   Völlig neue Produktideen und echte Innovationen setzen weit vorne im
   Entwicklungsprozess an.

   Zunächst muss, nachdem über Methoden wie Brainstorming eine Produktidee
   entstanden und z.B. mittels Machbarkeits- und Nutzwertanalysen
   weiterentwickelt wurde, über Kosten- und Marktanalysen festgestellt
   werden, ob es sich wirklich lohnt das Produkt zu entwickeln und zur
   Marktreife zu bringen. Möglicherweise gibt es Fördermöglichkeiten oder
   Kooperationen mit anderen Unternehmen oder Forschungseinrichtungen, die
   diesen Prozess finanziell absichern können und die Chance auf Markterfolg
   erhöhen. Bereits in dieser Phase, wenn die Refinanzierung mit einem
   Businessplan gesichert werden muss, kann es von Vorteil sein, ein Modell
   oder einen Prototypen vorzustellen, um das Vorhaben zu visualisieren.

   Jedoch werden hierfür bereits Mittel benötigt, um dies zu realisieren.

Umsetzung der Produktidee

  Die CAD Datei als Basis

   In beiden Fällen ist es notwendig, als Basis vorhandene Skizzen /
   freigeformte Teile oder CAD-Daten in einem CAD-Programm für eine
   verfahrensgerechte Konstruktion umsetzen.

   Dazu ist es auch notwendig, die im Vorfeld gewonnenen Daten aus den
   Marktanalysen insbesondere für die erwartete Anzahl an zu fertigenden
   Teilen und der sich daraus ergebenden Losgrößen zu verwenden und aus den
   technologisch machbaren Verfahren das kostengünstigste auszuwählen.

   Denn beispielsweise Spritzgussteile müssen auch spritzgussgerecht
   konstruiert werden und erfordern dazu unter Umständen aufwändige
   Simulationen über spezielle Programme. Durch die Geometrie der Teile ist
   die Auswahl der Verfahren oft eingeschränkt und meist muss das Teil für
   das Verfahren noch optimiert werden, z.B. durch Entformungsschrägen (um
   beim Spritzgussverfahren zu bleiben).

  Die Wahl des Verfahrens

   Es kann in diesem Fall von Vorteil sein, über einen Dienstleister, der
   eine große Auswahl an Fertigungsverfahren und Prototypenbau anbietet und
   entsprechende Erfahrung hat, eine Vorauswahl an alternativen Verfahren
   treffen zu lassen, damit man sich im Vorfeld nicht unnötig an Details
   verzettelt und völlig ungeeignete Verfahren weiter verfolgt.

   Viele Dienstleister bieten bereits die CAD-Konstruktion in Dienstleistung
   an, fertigen ein erstes Modell in geeigneten Rapid Prototyping Verfahren
   und können über die Vervielfältigung im Prototypenbau Modifikationen
   durchführen z.B. bezüglich des einzusetzenden Materials, Funktion und
   Optik (verschiedenene Shorehärten erproben bezüglich Passform und Haptik ,
   Farbgebungen, Zusammenbau, Tests bezüglich Produkteigenschaften wie
   Schlagzähigkeit und Zugfestigkeit etc.).

   Ein erfahrener Dienstleister wird dann unter Berücksichtigung aller
   Faktoren wie Kosten, erforderliche Produktqualität und zu erfüllende
   Normen, Anforderungen an Geometrie und Toleranzen, zu erwartende
   Stückzahlen usw. einen Vorschlag unterbreiten und kann idealerweise
   Umständen auch geeignete Fertigungsmöglichkeiten anbieten.

  Selber fertigen oder Herstellung auslagern?

   Dieser Service aus einer Hand ist insbesondere für Einsteiger, Erfinder
   und kleine bis mittlere Unternehmen interessant, die unter Umständen z.B.
   gute Konstrukteure sind oder haben, aber nicht über eine
   Entwicklungsabteilung und Prototypenbau verfügen, die solche Projekte
   umfassend abwickeln können unter Berücksichtigung aller genannten
   Faktoren.

   Es kann sich dann lohnen, diese Leistung „einzukaufen“.

   In größeren Unternehmen kann das intern vorhandene Know-How genutzt und
   gebündelt werden, allerdings ist der Koordinationsaufwand zur Durchführung
   von Entwicklungsprojekten recht hoch, da Produktmanagement, Entwicklung,
   Konstruktion, Prototypenbau und Einkauf sowie Marketing und Vertrieb oder
   auch Produktion an einen Tisch gebracht werden müssen, je nach
   Produktentwicklungsphase zumindest ein Teil davon.

   Erfahrungsgemäß verlängert dies die Entwicklungszyklen und daher steigt
   die Tendenz auch in größeren Unternehmen, Projekte in der
   Produktenwicklung teilweise oder komplett auszulagern, um den notwendigen
   Zeit- und Wettbewerbsvorsprung zu gewährleisten.

   Außerdem entscheidet ein externer Dienstleister neutral und ohne Rücksicht
   nehmen zu müssen auf die durch die Unternehmensstruktur vorgegebenen
   Prioritäten der jeweiligen Abteilungen.

Der Prototyp

   In diesem Umfeld nimmt die Erstellung des Prototyps eine zentrale Stellung
   ein.

   Wenn dieser nach CAD-Daten erstellt worden ist, sei es über rein additive
   Verfahren wie FDM, Stereolithographie, Lasersintern, Feinguss etc. oder
   bereits über die Vervielfältigung über Silikonformen unter Einsatz des
   Vakuumgießverfahrens, kann über die weitere Vorgehensweise entschieden
   werden.

   Es kommt häufig vor, dass ein Prototyp z.B. auf eine Messe oder
   Besprechungen im Produktmanagement mitgenommen und den Kunden bzw.
   Produktmanagern vorgestellt wird.

   Dies kann dazu führen, dass das Projekt erst gar nicht realisiert wird,
   weil der Prototyp und die damit verbundene Produktidee, Funktion oder
   Anmutung nicht ankommt und damit wird verhindert, dass ein Produkt in
   Serie geht, das mit hoher Wahrscheinlichkeit ein „Flop“ wird und hohe
   Kosten generiert, ohne dass entsprechend ein Rückfluss an Mitteln erfolgt.

   Oder es wird entsprechend modifiziert und der Prototyp spart dadurch
   Entwicklungskosten und Zeit, denn er lässt sich noch leicht, kostengünstig
   und schnell ändern im Gegensatz zu fertigen Werkzeugen und Vorrichtungen.

   Ein Prototyp lässt sich im Gegensatz auch zu einer 3-D-Zeichnung oder
   Animation einfach in die Hand nehmen und Eigenschaften wie
   Oberflächenstruktur und –optik sowie vor allem Haptik können nur so
   wirklich evaluiert werden.

   Prototypen sind also schon lange nicht mehr, wie früher im Sprachgebrauch
   durchaus üblich, halbfertige improvisierte Teile, sondern eher
   High-Tech-Teile, die durch die große Material- und Verfahrensauswahl
   perfekt fast alle Anforderungen an die Serienteile erfüllen können oder
   sogar je nach Stückzahl und Kostenrechnung tatsächlich als Serienteile
   eingesetzt werden.

  Die Zukunft: Der Prototyp als fertiges Teil

   Durch fortschreitende Entwicklung der additiven Verfahren zu kostenmäßig
   immer wettbewerbsfähigeren Technologien in Vergleich zu klassischen
   Fertigungsverfahren sowie zunehmender Automatisierung von Teilefertigung
   in Prototypen – und Rapid Tooling-Techniken und der damit verbundenen
   Senkung der Produktionskosten wird der Prototyp in Zukunft sehr oft schon
   das verkaufsfähige Teil sein.

   Diese Verfahren lösen auch Probleme wie die logistische Herausforderung
   zur Ermittlung und zum Handling optimaler Losgrößen, Lager- und
   Ersatzteilprobleme mit der damit verbundenen Kapitalbindungs- und
   Handlingproblematik.

   Die meisten Prototypen werden nicht für völlig neue Produktideen gebaut,
   sondern für die Weiterentwicklung oder Differenzierung bereits bestehender
   Produkte. Typisches Beispiel sind die „Faceliftings“ im Automobilbereich.
   Dabei wird eine bestehende Modellreihe meist optisch modifiziert, z.B.
   durch eine neue Scheinwerferform, und es ist eine Änderung der
   Konstruktionen der betreffenden Teile erforderlich und auch der
   Zusammenbau muss neu getestet werden.

   In diesem Fall kann man auf bestehenden Zeichnungen und Daten aufsetzen
   und muss die erforderlichen Änderungen im CAD umsetzen oder wenn z.B. eine
   Form über Freiformen verändert wurde kann über Reverse Engineering diese
   wieder in das CAD-Format zurückgeführt und entsprechend angepasst werden.

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     • Die Vorserie

          • Pilotserie ( „pilot run“ )
          • Nullserie

               • SOP = Start of Production (Produktionshochlauf)

   Vorserien dienen der Erprobung und finalen Optimierung der Komponenten und
   des Zusammenbaus, bevor Produkte in die Massenfertigung gehen. Die
   Stückzahl bewegt sich im Kleinserienbereich.

   Die Vorserie wird meist noch in die sogenannte Pilotserie als erste Stufe
   und Nullserie als zweite Stufe unterschieden. Oft wird anschließend noch
   der Produktionshochlauf (SOP) als Übergangsphase zur Serienfertigung
   dazwischengeschaltet.

Pilotserie ( „pilot run“ )

   Die Pilotserie wird oft auch Engineering Build Production genannt, weil
   sie den Zusammenbau und die Passgenauigkeit sowie Funktionalität testen
   sowie letzte Anpassungen noch ermöglichen soll.

   Wesentliche Änderungen sollten hierzu bereits in der reinen
   Prototypenphase abgeschlossen worden sein und es werden in der Regel
   zumindest Erstmuster aus der Serienfertigung verwendet.

   Sehr oft dient dies in der Kommunikation mit dem Lieferanten dann auch zur
   Endabnahme der Komponenten und der dafür gebauten Werkzeuge oder es müssen
   noch minimale Modifikationen veranlasst werden.

   Pilotserien werden oft noch nicht oder nur unvollständig an der
   endgültigen Produktionsstätte gefertigt.

   Je nach Umfang können auch Pilotlinien oder –werke aufgebaut werden, die
   dann später zu Serienlinien werden oder nur zu Simulationszwecken oder für
   die Mitarbeiterqualifizierung aufgebaut werden.

   Sie dienen häufig auch zur Sollwertermittlung für Produktionsparameter wie
   die benötigte Zeit für die einzelnen Schritte des Zusammenbaus,
   Ergonomieanpassungen für die Gestaltung der Arbeitsplätze in der Serie und
   legen die geplanten Maßnahmen für die Qualitätssicherung fest, damit die
   darauf folgende Nullserie möglichst reibungslos ablaufen kann und hier
   nicht mehr „nachgebessert“ werden muss.

   Diese zusammengebauten Produkte werden entweder rein als Rückstellmuster
   behalten oder kontrolliert entsorgt, da allein aus
   produkthaftungstechnischen Gründen keines dieser Produkte in den Handel
   gelangen sollte.

   Wenn die Pilotserie abgeschlossen und die Teile entsprechend für die
   Serienfertigung optimiert wurden, geht das Produkt in die sogenannte
   Nullserie.

Nullserie

   Die Nullserie ist Bestandteil der Einführungsphase der Serienproduktion.

   Die Teile entstammen zu 100 % den späteren Serienwerkzeugen, die
   Lieferanten produzieren  bereits ebenfalls unter Serienbedingungen.

   Es wird unter realen Produktions-bedingungen und in Echtzeit, z.B. direkt
   an der Fertigungsstraße oder am Fließband, zusammengebaut, um ein letztes
   Mal vor Serienstart die Teile und deren Zusammenbau zu prüfen, aber auch
   um den Fertigungsablauf, Kontroll- und Prüfpläne sowie weitere Maßnahmen
   zur Qualitätssicherung und Dokumentation, Taktzeiten und Personal- sowie
   Ressourcenplanung dafür final festzulegen.

   Die Unterlagen hierfür wie Arbeitspläne, Stücklisten, Prüfpläne existieren
   und sollten vorher bereits vollständig sein, alle Fertigungs- und
   Prüfschritte sollten identisch mit der Serienfertigung übereinstimmen, es
   geht im wesentlichen wirklich nur noch um die Feinabstimmung.

   Die Fertigungsmethode der Nullserie sollte idealerweise bereits exakt der
   Methode entsprechen, nach der die Serienteile dann auch gefertigt werden
   sollen, um einen möglicherweise fix geplanten Serienstart nicht zu
   gefährden – zu riskant ist es, dass Vertrieb und Marketing ein Produkt
   bewerben und aktiv verkaufen, das dann gar nicht verfügbar, weil noch
   nicht in Serie produzierbar ist.

   Natürlich gibt es Kunden, die bereit sind, monatelang auf einen Neuwagen
   warten und auch eine weitere Verzögerung beim Start einer neuen
   Modellreihe in Kauf nehmen, aber das Risiko ist immer, dass dann der
   ideale Zeitpunkt für den Produktionsstart in Abstimmung mit der Bewerbung
   des Produktes vorab verpasst ist und der Wettbewerb schneller mit
   vergleichbaren Produkten und sofortiger Verfügbarkeit präsent ist.

   Und es gibt Produkte, die einfach zu einem bestimmten Zeitpunkt in Serie
   gefertigt werden müssen, weil sie z.B. Saisonware sind (Weihnachtsartikel,
   Mode, Gartenzubehör… ) oder das Produkt selbst als Komponente oder Modul
   in andere Produkte eingebaut wird und das Unternehmen über Lieferverträge
   mit Konventionalstrafen für den Fall von Lieferunfähigkeit oder –
   verzögerung rechtlich verpflichtet ist, zu einem bestimmten Zeitpunkt in
   Serienqualität die entsprechenden Mengen gemäß Lieferplan zu liefern.

   Der Begriff Nullserie ist nicht wirklich genormt, also verwenden einige
   Unternehmen diesen Begriff auch schon für die erste Hauptserie, die dann
   im Rahmen der Qualitätssicherung besonders genau geprüft und getestet
   wird, bevor diese das Haus verlassen und in den Verkauf gelangen.

   Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn es sich um ein sehr
   standardisiertes Produkt oder nur eine Produktvariante bestehender
   Produktlinien handelt oder bei Produkten, die nicht sicherheitsrelevant
   sind und im schlechtesten Fall eine hohe Reklamationsquote, aber keine
   rechtlichen Folgen wie z.B. Produkthaftungsfälle zu erwarten sind.

   Bei anderen Unternehmen, die versicherungs – und produkthaftungstechnisch
   diese Risiken nicht eingehen wollen oder dürfen, werden auch die Teile der
   Nullserie bis auf die Rückstellmuster nach Auseinanderbauen und Tests zu
   Versuchszwecken kontrolliert entsorgt.

   Es gibt aber auch in der Regel branchenbezogen bereits genormte
   Vorgehensweisen bezüglich Vorserien, z.B. durch den VDA (Verband der
   Automobilindustrie e. V), die im Rahmen ihrer Tätigkeit als Qualitäts
   Managament Center im Verband der Automobilindustrie für
   Automobilhersteller und ihre Zulieferer verbindliche und für beide Seiten
   transparente Richtlinien hierfür festgelegt haben.

  SOP = Start of Production (Produktionshochlauf)

   Nach der Serienfreigabe erfolgt der Produktionshochlauf, der erst endet
   und in die endgültige Serienproduktion übergeht, wenn eine stabile
   Produktion erreicht ist und die tatsächlichen Stückzahlen den geplanten
   Sollwerten der  Tagesproduktion unter Serienbedingungen entsprechen mit
   gleichbleibender Qualität gemäß den Soll-Kennzahlen wie:

   Einhaltung von Toleranzen und Messpunkten, maximalen Werten für Ausschuss
   und Nacharbeit, Laborwerte etc.

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                  Werkzeugbau: Die Basis marktfähiger Produkte

   Inhaltsübersicht

     • Werkzeugbau: Die Basis marktfähiger Produkte

          • Werkzeugbauer gesucht?
          • Werkzeugbau, von der Idee zum Werkstück

               • Guss- und Spritzgießtechnik: Werkstoffe in Form gebracht
               • Formwerkzeuge: Modernste Technik für beste Ergebnisse

          • Der Werkzeugbau – Prozess: Von der 2D-Skizze zur fertigen Form

               • • Die Idee in 3D
               • • Der Prototyp (oft gedruckt)
               • • Die Optimierung bis zum anforderungsgerechten
                 Musterwerkzeug
               • • Vom Versuchsteil zur Kleinserie
               • • Mit Stahlwerkzeug in die Serienproduktion

          • 3D-Druck – Soft Tooling – Hard Tooling: Fertigungsverfahren des
            Werkzeugbaus im Überblick

               • Soft Tooling
               • Hard Tooling

          • Die Auswahl des Werkzeugmachers

   Werkzeuge übernehmen eine Schlüsselfunktion in der nahezu allen Zweigen
   der Industrie. Die Qualität beim Werkzeugbau beeinflusst maßgeblich die
   Qualität des gefertigten Produkts. Ist ein Werkzeug fehlerhaft oder nicht
   ganz ausgereift, weist in der Regel auch das Werkstück – ob Halbzeug,
   Bauteil oder Endprodukt – Mängel auf.
   Entsprechend hoch ist die Bedeutung von Werkzeugen für die Marktfähigkeit
   und damit den Erfolg von Produkten. Entsprechend aufwändig – zeitlich und
   finanziell – gestaltet sich der Prozess der Entwicklung, Herstellung und
   Optimierung eines neuen Werkzeugs bis zur Serienreife. Und die
   Einsatzdauer eines hochwertigen Werkzeugs kann den Lebenszyklus des
   gefertigten Werkstücks mitunter deutlich übersteigen.

Werkzeugbauer gesucht?

   Sie benötigen einen erfahrenen Werkzeugmacher, der Ihre Produktidee prüft
   und den Entwicklungsprozess des Werkzeugbaus begleitet? Sprechen Sie uns
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Werkzeugbau, von der Idee zum Werkstück

   Der Werkzeugbau umfasst dabei die komplexe Herstellung von Werkzeugen und
   Formen für eine zeit- und kostenoptimierte (Serien)Fertigung in der
   Kunststoff und Metall verarbeitenden Industrie. Er fungiert als Bindeglied
   zwischen Entwicklung und Produktion. Im Werkzeugbau werden je nach
   Verwendungszweck und Einsatzart folgende Werkzeugarten unterschieden:

     • Urformwerkzeuge wandeln formlose – flüssige, gasförmige, plastische,
       körnige oder pulverförmige – Werkstoffe in einen festen, geometrisch
       bestimmten Körper um. Urformwerkezuge kommen in erster Linie in
       Galvanoplastik, Pulvermetallurgie, Druck- und Spritzgießen zum
       Einsatz.
     • Umformwerkzeuge bringen Materialien – meist Metalle oder
       thermoplastische Kunststoffe – in eine andere Form bzw. bilden mit
       einer Negativformhälfte das herzustellende Werkstück ganz oder
       teilweise ab. Dabei behält der Werkstoff seine Masse und seinen
       Zusammenhalt. Umformwerkzeuge werden unter anderem zum Walzen,
       Gesenkformen, Ein- und Durchdrücken, Ziehen, Längen, Weiten, Tiefen,
       Biege- und Schubumformen eingesetzt.
     • Im Vorrichtungsbau werden Maschinen oder Geräte gebaut, die Bauteile
       montieren oder demontieren.
     • Im Lehrenbau werden Maße und Formen hergestellt, um Soll- und
       Ist-Zustände zu in Entwicklung, Montage und Produktion zu vergleichen
       und Toleranzen festzustellen.

   Individuell gefertigte Formwerkzeuge – d. h. Bearbeitungswerkzeuge zum
   Urformen oder Umformen – spielen eine zentrale Rolle in der
   blechverarbeitenden Metallindustrie und der Metallgusstechnik, in der
   Kunststoffverarbeitung sowie in einigen Bereichen des Handwerks. Hier
   liefert der Werkzeugbau nicht nur die passenden Werkzeuge, sondern
   übernimmt oft auch wesentliche Aufgaben in der Entwicklung, beginnend bei
   der werkstoffgerechten Konstruktion und Optimierung der Form über
   Prozesssimulationen für die Serienfertigung bis hin zur technischen
   Serienfreigabe und qualitätssichernden Maßnahmen in der Produktion.

   Dabei gilt: Moderne Produktionstechniken allein ergeben noch kein
   optimales Werkzeug. Das Knowhow des Werkzeugmachers bzw. seiner
   Mitarbeiter von mindestens ebenso hoher Bedeutung. Der Grund: Vor jeder
   Werkzeugentwicklung steht eine Machbarkeitsanalyse. Im Rahmen des
   Entwicklungsprozesses können zahlreiche Veränderungen notwendig werden,
   die umfassende Kenntnisse des Werkstoffs, des Verfahrens und des zu
   fertigenden Werkstücks erfordern. Nur der Gesamtprozess führt zu einem
   ausgereiften Werkzeuge für eine erfolgreiche Serienfertigung.

  Guss- und Spritzgießtechnik: Werkstoffe in Form gebracht

   Nahezu alle Fertigungsverfahren in der Gusstechnik – ob mit Metallen oder
   Kunststoffen – wären ohne Formwerkezuge nicht durchführbar. Historisch
   wurde flüssiges Metall meist in offene Formhälften aus Sand- oder
   Speckstein gegossen, in die das Negativ des zu gießenden Werkstücks durch
   Meißeln, Schaben oder Schnitzen eingearbeitet war.

   Moderne Formwerkzeuge bestehen dagegen zumeist aus zwei Formplatten – eine
   Düsenseite und eine Auswerferseite –, die gemeinsam die negative Kontur
   des zu fertigenden Werkstücks als Hohlraum (Kavität) abbilden. Soll
   beispielsweise ein Gehäuse spritzgegossen werden, unterteilt sich die
   Kavität zusätzlich in Mutterform/Matrize, die die Negativform der äußeren
   Kontur des Werkstücks darstellt, und Innenform/Kern, der nach der
   Fertigung entfernt wird oder im Material verbleibt. Die
   (Spritz)Gießmaschine fährt dabei für den Gießvorgang beide Formhälften
   zusammen und nach Erstarrung wieder auseinander. Das Werkstück verbleibt
   in der Ausstoßerseite oder wird über Stößel, Schieber oder andere
   Vorrichtungen ausgeworfen. Je nach Fertigungsverfahren und verwendeten
   Werkstoff verfügt das Werkzeug mit Heiß- oder Kaltkanälen.

   Folgend ein Video des Frauenhofer Institut zum Thema Werkzeugbau in der
   Automobilbranche:
   IFrame

   Für mehr Flexibilität in der Produktion und hohe Wartungsfreundlichkeit
   sind viele Werkzeuge modular aufgebaut, d. h. die Kavitäten können bei
   Verschleiß oder wenn andere Formteile benötigt werden, ausgewechselt
   werden.

  Formwerkzeuge: Modernste Technik für beste Ergebnisse

   Hergestellt werden Formwerkzeuge – insbesondere für den
   Kunststoffspritzguss – in der Regel mittels hochpräziser, meist
   CNC-gesteuerter Fräs- und Drehmaschinen. Aber auch Erodiermaschinen sowie
   Flach-, Profil- und Gewindeschleifmaschinen kommen zum Einsatz. Dabei ist
   eine Fertigungsgenauigkeit von bis zu 5 µm möglich. Die Oberfläche kann
   variabel – glatt, rau, reliefiert – gestaltet werden.
   Je nach Verwendungszweck, Einsatzdauer und Phase des Entwicklungsprozesses
   werden die Werkzeuge aus Silikon, Kunststoff, Aluminium oder Stahl
   hergestellt, in speziellen Verwendungen auch aus Wachs, Holz oder Gips
   hergestellt. Dabei unterscheidet man so genannte verlorene Formen, die
   beim oder nach dem Guss zerstört werden, und Dauerformen, die für hundert
   oder hunderttausend (oder mehr) Gussvorgänge ausgelegt sein können.
   Sie haben bereits einen Prototyp und möchten ein Formwerkzeug aus Metall
   fertigen lassen? Ob Drehen oder Fräsen, Flach- oder Profilschleifen, Rund-
   oder Gewindeschleifen, Senk- oder Drahterodieren – wir vermitteln Ihnen
   ein passendes Angebot für Ihre gewählte CNC-gesteuerte Fertigungsmethode.
   Kontaktieren Sie uns unter …

Der Werkzeugbau – Prozess: Von der 2D-Skizze zur fertigen Form

   Werkzeuge sind in der Regel Einzelanfertigungen. Ihre Entwicklung ist ein
   oft hochkomplexer, zeitaufwändiger und kostenintensiver Prozess. Er kann
   mehrere Wochen bis Monate in Anspruch nehmen und – je nach verwendetem
   Material und Verwendungszweck – von einigen Tausend mit mehreren
   Hunderttausend Euro kosten. Eine frühzeitige Analyse und laufende
   Beseitigung eventuell auftretender Schwierigkeiten in allen
   Entwicklungsstufen hilft, die Entwicklungskosten des Werkzeugs im Rahmen
   zu halten.

   Dabei gilt: Ob designorientiertes Endkundenprodukt oder Bauteil für die
   Weiterverarbeitung – Ziel ist immer, exakte, bedarfsorientierte Formen und
   Werkzeuge herzustellen, die eine zuverlässig reproduzierbare Qualität
   liefern.

  • Die Idee in 3D

   Am Anfang steht die Idee des zu fertigenden Werkstücks, meist in Form
   einer zweidimensionalen technischen Zeichnung, die vom Werkzeugmacher
   mittels 3D-CAD-Engineering-Anwendung in eine dreidimensionale Skizze
   umgewandelt wird. Parallel dazu werden Machbarkeitsanalysen durchgeführt
   und prinzipielle Lösungen und Varianten simuliert.

  • Der Prototyp (oft gedruckt)

   Im zweiten Schritt wird auf Basis des 3D-CAD-Modells ein Prototyp
   gefertigt. Häufig kommen dabei additive Fertigungsverfahren (LINK) wie der
   3D-Druck zum Einsatz. Der Vorteil: Gedruckte Prototypen lassen sich mit
   überschaubarem zeitlichen und finanziellen Aufwand neu fertigen. Greift
   man bereits beim Prototypenbau auf Metallwerkzeuge zurück, sind
   Modifikationen deutlich aufwändiger. Aber auch Vakuumgießtechnik mit
   Silikonen, Kunststoffspritzguss und Soft Tooling mit Aluminium kommen im
   Prototypenbau zum Einsatz. (LINKS?)

  • Die Optimierung bis zum anforderungsgerechten Musterwerkzeug

   Als nächstes wird der Prototyp in mehreren Probeläufen (Try Outs) geprüft
   und so lange modifiziert, bis ein anforderungsgerechtes Musterwerkzeug
   entstanden ist. Von diesem fertigt die Konstruktion Detailzeichnungen an.
   Je nach Komplexität und Qualitätsanspruch können bis zu diesem Zeitpunkt
   der Entwicklung eines Werkzeug bereits mehrere Monate vergangen sein.

  • Vom Versuchsteil zur Kleinserie

   Ist das Musterwerkzeug hergestellt, werden üblicherweise erst eine Reihe
   von Versuchsteilen gefertigt, um das Produkt auf Mängel oder
   Ungenauigkeiten prüfen zu können. In diese Projektphase fällt auch die
   Durchführung der Werkzeug-FMEA (Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse)
   sowie gegebenenfalls der EG-Konformitätserklärung (CE-Zeichen).

  • Mit Stahlwerkzeug in die Serienproduktion

   Sind alle Versuchsreihen abgeschlossen und keine Änderungen mehr
   notwendig, wird ein Formwerkzeug aus Stahl gefertigt. Sie erlauben in
   kurzen Fertigungszyklen die Produktion von Hunderttausenden von
   Werkstücken – ohne Qualitätsverluste.

   Sie möchten ein maßgeschneidertes Angebot für die Herstellung Ihres
   Werkzeugs? Oder Sie haben eine Produktidee, wissen aber nicht, mit welcher
   Form und welchem Werkstoff sie sich umsetzen lässt? Wir beraten Sie gern,
   schreiben Sie uns jetzt unter info@vioproto.de 

3D-Druck – Soft Tooling – Hard Tooling: Fertigungsverfahren des Werkzeugbaus im
Überblick

   Der 3D-Druck zählt zu den nahezu werkzeugfreien, additiven
   Fertigungsverfahren und wird im Rapid Tooling, Rapid Prototyping oder
   Rapid Manufacturing eingesetzt. Bedingt durch sein Funktionsprinzip des
   schichtweisen Aufbaus ermöglicht er die schnelle und preiswerte von
   Werkzeug-Prototypen – gedruckt direkt vom 3D-CAD-Modell, meist innerhalb
   weniger Stunden.
   Gestalt- und Designvarianten können dabei problemlos parallel realisiert
   werden. Die Wiederholgenauigkeit ist hoch. Nachbearbeitungen direkt am
   Prototyp sind jedoch nicht möglich. Es muss immer neu gedruckt werden.

   Auch ist die Auswahl der zur Verfügung stehenden Werkstoffe im 3D-Druck
   ist vergleichsweise gering, insbesondere wenn bestimmte
   Materialeigenschaften erforderlich sind. Zudem sind gedruckte
   Formwerkzeuge insbesondere bei hohen Qualitätsansprüchen nicht
   kleinserienfähig. Additive Verfahren eignen sich daher vor allem für den
   Prototypenbau, die Erstellung von Vertriebsmustern oder Modellen.

   Soft und Hard Tooling sind dagegen werkzeugbasierte Fertigungsverfahren
   von Formwerkzeugen.

  Soft Tooling

   Zum Soft Tooling zählen:

   • der Vakuumguss
   • der Kunststoffspritzguss und
   • die Herstellung von Werkzeugen aus Aluminium.

   Soft Tooling-Werkzeuge sind wesentlich einfacher und kostengünstiger zu
   produzieren, als vergleichbare Formen aus Werkzeugstahl und bieten damit
   mehr Flexibilität und einfachere Modifikationsmöglichkeiten. Allerdings
   können sich die erzielbaren Eigenschaften des zu fertigenden Werkstücks
   unterscheiden. Auch Maßtoleranzen des Werkstücks und Verschleiß des
   Werkzeugs liegen deutlich höher.
   Bei Versuchs- und Kleinserien sind Soft Tooling-Werkzeug jedoch die
   weitaus wirtschaftlichere Wahl als additive Verfahren oder Hard Tools. Mit
   ihnen lassen sich bei überschaubaren Kosten marktfähige Formteile für
   umfassende Funktionstests produzieren oder die Einstiegsphase von
   Neuentwicklungen in den Markt überbrücken.

   Der Vakuumguss dient der schnellen Herstellung hochpräziser Kunststoff-
   und Metallteile mittels Silikonformen. Die Ausgangsbasis bildet meist ein
   Urmodell, welches nach dem so genannten Stereolithographie-Verfahren
   (STL-Modell) gefertigt wird. Komplexe Geometrien und geringe Wandstärken
   von unter einem Millimeter sind beim Werkstück möglich. Die Herstellung
   dauert nur in der Regel wenige Arbeitstage.

   Allerdings verschleißen Silikonformen schnell – meist sind nur 15 bis 25
   Abgüsse pro Form möglich – und die vergleichsweise geringe
   Temperaturbeständigkeit setzt Grenzen bei der Materialauswahl. Neben
   Zweikomponenten-Gießharzen (Kunststoffe) und Wachsmaterialien können daher
   nur niedrig schmelzende Metalllegierungen in Silikonformen gegossen
   werden.
   Der Vakuumguss zählt zu den häufigsten Verfahren zur kostenoptimierten und
   kurzfristigen Vervielfältigung von Urmodellen als Versuchsmuster für
   Produktentwicklung und Testreihen und kommt vor allem in Prototypen- und
   Kleinserien zum Einsatz.

   Der Spritzguss von Formwerkzeugen aus Kunststoff kann ab einer Losgröße
   von etwa 20 Werkstücken sinnvoll sein. Aber auch größere Serien können mit
   spritzgegossenen Werkzeugen gefertigt werden. Ein weiterer Vorteil:
   Gestalt und Oberfläche gegossener Formwerkzeuge sind sehr flexibel zu
   gestalten. Neben polierten Oberflächen für optische Anwendungen lassen
   sich auch Muster und Gravuren sowie Narbungen für berührungsfreundliche
   Bereiche herstellen. Einmal hergestellt ist jedoch eine Nachbearbeitung
   durch Nachfräsen oder Nachschleifen – maschinell oder manuell – kaum
   möglich. Und bei höheren Produktionsvolumina sind Toleranzen jedoch schwer
   einzuhalten, leidet somit die Fertigungsgenauigkeit. Zudem ist die Wahl
   der Werkstoffe eingeschränkt.
   Ähnliches gilt für Formwerkzeuge aus Aluminium, die wesentlich schneller
   und kostengünstiger zu fertigen sind als solche aus Werkzeugstahl, jedoch
   schneller verschleißen. So sind bei höheren Produktionsvolumina Toleranzen
   schwer einzuhalten, leidet somit die Fertigungsgenauigkeit. Zudem ist die
   Wahl der Werkstoffe eingeschränkt.
   Je nach Komplexität des zu fertigenden Werkstücks stehen Soft Tools aus
   Kunststoff oder Aluminium meist nach zwei bis sechs Wochen zur Verfügung.
   Die Entwicklungs- und Produktionskosten liegen zwischen 2.500 und 25.000
   Euro. Sie stellen daher oft den Zwischenschritt zwischen gedrucktem
   Werkzeug-Prototyp und dem fertigen, ausgereiften Formwerkzeug für die
   (millionenfache) Massenproduktion dar.

   Sie benötigen ein Soft Tool aus Kunststoff oder Aluminium? Lassen Sie uns
   ein CAD-Modell Ihres Prototyps zukommen. Nennen Sie uns die gewünschten
   Parameter zu Stückzahl, Material, Oberflächenbeschaffenheit und Farbe des
   zu fertigenden Werkstücks. Wir vermitteln Ihnen ein passendes Angebot
   unserer Partner – neutral und unverbindlich. Sie erreichen uns
   unverbindlich & kostenfrei unter info@vioproto.de

  Hard Tooling

   Im Hard Tooling werden Formwerkzeuge aus hochwertigem Werkzeugstahl
   gefertigt. Sie bieten die beste Wiederhol- und Abbildungsgenauigkeit, die
   höchste Verarbeitungsgeschwindigkeit und die längste Lebensdauer aller
   Formwerkzeuge. Eine hunderttausendfache Produktion von Halbzeugen,
   Bauteilen oder Endprodukten ist mit einem einzigen Werkzeug möglich – ohne
   Qualitätseinbußen.
   Aber: Entwicklung und Herstellung von Stahlwerkzeugen sind sehr zeit- und
   kostenintensiv und bei Kleinserien nur bei höchstem Qualitätsanspruch und
   geringer Kostensensibilität sinnvoll. Bis zur Serienreife vergehen bei
   einem komplexen Hard Tooling-Werkzeug mehrere Monate. Die Vorphase, in der
   zunächst Versuchsteile vor Beginn der eigentlichen Serienproduktion
   angefertigt werden, nimmt dabei den längsten Zeitraum in Anspruch. Hierbei
   werden das Werkstück auf Mängel und Ungenauigkeiten geprüft und eventuelle
   Fehler am Werkzeug beseitigt. Wenn erforderlich, kann das Werkzeug zudem
   nachbearbeitet werden, beispielsweise durch Schleifen oder Fräsen, um eine
   bestimmte Oberflächenbeschaffenheit des zu fertigenden Werkstücks zu
   gewährleisten.
   Die Kosten für Formwerkzeuge aus Stahl belaufen sich daher in der Regel
   auf mehrere Hunderttausend Euro. Will man entweder massenhaft identische
   Werkstücke produzieren oder ist höchste Fertigungsgenauigkeit
   erforderlich, sind Stahlwerkzeuge jedoch die erste und auch wirtschaftlich
   sinnvolle Wahl.

   Grundsätzlich gilt: Ob werkzeugbasiert oder additiv, jede
   Fertigungstechnologie hat ihren Platz im Werkzeugbau ebenso wie in der
   industriellen Fertigung. In der Regel ergänzen sie sich gegenseitig,
   anstatt einander zu verdrängen.

   Additive Verfahren können Prototypen gestalterisch zum Leben erwecken. Sie
   punkten mit hoher Änderungsflexibilität und hoher Prozessgeschwindigkeit
   bei günstigen Kosten, sind in ihren Einsatzmöglichkeiten und ihrer
   Leistungsfähigkeit jedoch begrenzt.

   Hard Tooling-Werkzeuge aus Stahl bilden das andere Extrem des Werkzeugbaus
   mit langen Entwicklungszeiten und hohen Anlaufkosten, aber auch langer
   Lebensdauer und hoher Fertigungsgenauigkeit.

   Soft Tooling-Formwerkzeuge aus Silikon, Polymeren und Aluminium bilden den
   Mittelweg. Mit ihrer Hilfe können Fertigungsverfahren und Werkzeug
   optimiert und zur Serienreife geführt werden. Sie werden in der Regel für
   Prototypen und Testserien eingesetzt, bieten aber auch die Möglichkeit,
   Kleinserien komplexer Werkstücke zu realisieren, die andernfalls nicht
   wirtschaftlich zu fertigen wären.

Die Auswahl des Werkzeugmachers

   Erfinder und Designer, Konstrukteure und Produktentwickler haben vielfach
   eine klare Vorstellung, wie ein Endprodukt aussehen soll. Welcher Weg zum
   Ziel der Serienreife führt, ist jedoch oft noch offen. Mitunter sind
   mehrere Fertigungsverfahren im Vergleich zu betrachten, mehrere Prototypen
   zu entwickeln, bevor eine Entscheidung für einen bestimmten Werkstoff,
   einen Fertigungsprozess getroffen wird. In der Regel fällt es in das
   Kompetenzfeld des Werkzeugmachers zu prüfen, ob das geplante Werkstück
   technisch und physikalisch in einem produktionssicheren, zuverlässig
   wiederholbaren Fertigungsprozess umsetzbar ist. Das heißt: Kann ein
   geeignetes Werkzeug nach den vordefinierten Produktanforderungen in
   Stückzahl, Qualität, Haltbarkeit, Design und gegebenenfalls Ergonomie
   überhaupt wirtschaftlich sinnvoll hergestellt werden?

   Jedes Werkstück – zumindest wenn es nicht millionenfach in Großserie
   gefertigt wird –bewegt sich dabei im Spannungsfeld zwischen
   Qualitätsanspruch, Stückzahl und Wirtschaftlichkeit. Entwicklungszeit,
   Kosten, Lebensdauer, Produktivität und Fertigungsgenauigkeit von
   Werkzeugen können dabei entscheidenden Einfluss auf die
   Wettbewerbsfähigkeit eines Produktes nehmen. In manchen Branchen machen
   Entwicklung und Bau maßgeschneiderter Werkzeuge bis zu 30 Prozent der
   Produktionskosten aus – zuzüglich der Kosten für Reparatur und
   Instandhaltung. Eine möglichst hohe Produktivität ist daher wichtig, um
   die Stückkosten wettbewerbsfähig zu halten. Zudem ist die Dauer der
   Entwicklungszeit von Bedeutung, da der Erfolg schnelllebiger Produkt oft
   davon abhängt, wie zeitnah sie nach einer Innovation verfügbar. Ist der
   Wettbewerber schneller am Markt, wandern die Kunden ab.

   In jedem Fall unabdingbar ist eine Machbarkeitsanalyse am Anfang des
   Entwicklungsprozesses. Dabei gilt: Je enger die Toleranzen – die erlaubten
   Abweichungen am Werkstück – gesetzt sind, desto höher fallen die Kosten
   der Werkzeugentwicklung aus. Am Anfang steht daher nahezu immer die Frage
   nach dem funktionell notwendigen Maß. Das bedeutet: Wie hoch sind die
   Anforderungen an die Maßhaltigkeit, also die Genauigkeit der Umsetzung der
   gezeichneten Maße im fertigen Werkstück? Wie hoch dürfen Toleranzen sein,
   ohne dass der Nutzwert des Werkstücks sinkt? Ein Beispiel: Ob eine
   Lautsprecherverkleidung um einen Millimeterbruchteil kleiner oder größer
   ist als eine andere, ist unwichtig. Für die Zufriedenheit des Endkunden
   ist der Nutzwert von Bedeutung, sprich: es klappert nichts. Mit bloßem
   Auge nicht erkennbare Abweichungen am Bauteil ohne Einfluss auf das Design
   sind nicht relevant.

   Das gleiche Augenmerk wie auf die fachgerechte Ausführung des Werkzeugs
   und Fachkenntnis des Werkzeugmachers sollte man zudem auf die
   Produktionsbedingungen richten. Zum Beispiel beim Kunststoffspritzgießen:
   Hier sind die maschinelle Ausstattung und Ausrüstung, deren Wartung sowie
   die Qualifikation der Mitarbeiter eines Kunststoff verarbeitenden
   Betriebes mindestens ebenso bedeutend für eine maßgenaue Fertigung wie das
   Werkzeug selbst. Besonders wichtig für die Fertigungsgenauigkeit ist dabei
   die Klimatisierung der Produktionshallen. Denn Umgebungstemperaturen
   können die Maßgenauigkeit eines Werkstücks maßgeblich beeinflussen. Ob
   winterlich kalt oder sommerlich warm, große Temperaturunterschiede in der
   Produktionsumgebung gestatten keine Fertigung innerhalb enger Toleranzen.

   Ob Werkzeugbau, Prototypenbau oder Serienfertigung, ob additive Fertigung,
   Soft oder Hard Tooling: Unternehmer müssen nicht jeden
   Wertschöpfungsschritt selbst beurteilen oder gar ausführen (können). Wer
   sich jedoch auf eigene Ideen und Stärken – beispielsweise als
   Produktdesigner – konzentrieren möchte, benötigt die richtigen Partner bei
   der Umsetzung. Wir unterstützen Sie bei der Suche und Auswahl – kostenlos
   und unverbindlich.
   Sie haben ein Bauteil oder eine Endkunden-Produkt entwickelt und benötigen
   Messemuster, marktfähige Prototypen oder möchten die erste
   Kleinserienfertigung starten? Wir vermitteln Ihnen ein passendes Angebot
   für Machbarkeitsanalyse, Entwicklung und Fertigung eines maßgeschneiderten
   Werkzeugs – neutral, unverbindlich und kostenfrei. Schicken Sie uns ein
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   12. Juli 2016Vioproto1 Kommentar3D Druck, Allgemein

   3d programme software

   Das Aufkommen des 3D-Drucks hat die Fantasie vieler Unternehmer und auch
   Hobby-Designer seit ein paar Jahren wieder voll im Griff. Und tatsächlich
   bietet das unkomplizierte Erschaffen komplexester Strukturen bis dato
   unbekannte Möglichkeiten. Bevor es allerdings daran geht, die eigenen
   Ideen in erste Prototypen umzusetzen oder in einer Kleinserie zu
   produzieren, müssen diese zunächst in Form eines digitalen 3D-Modells
   erstellt werden. Sind einmal die Grundlagen in der Bedienung der dazu
   notwendigen Software erlernt, sind der Kreativität in puncto
   Produktentwicklung kaum mehr Grenzen gesetzt.

Die richtige 3D-Software auswählen

   Bevor es also losgehen kann, steht die Auswahl einer geeigneten
   3D-Software an, was sich aufgrund des sehr breit gefächerten Angebots
   unterschiedlicher Programme zugegebenermaßen schwer gestaltet. Es ist
   daher bereits im Vorfeld unabdingbar, sich Gedanken darüber zu machen, wie
   groß das Interesse an der Thematik tatsächlich ist und ob die
   3D-Modellierung ausschließlich als Hobby oder, wenngleich auch erst
   langfristig, professionell betrieben werden soll.

   Wichtig ist dies vor dem Hintergrund der Tatsache, dass sich die
   entsprechenden Softwareprodukte sowohl hinsichtlich ihres
   Funktionsumfangs, ihrer Bedienung als auch natürlich bezüglich ihrer
   Anschaffungs- und Betriebskosten mitunter deutlich voneinander
   unterscheiden. Eines der wichtigsten Kriterien ist dabei der
   voraussichtliche Einsatzbereich, denn sowohl für ambitionierte Designer
   als auch für technische Konstrukteure gibt es Speziallösungen. Folglich
   unterscheiden wir im Folgenden anhand dieser beiden Kriterien.

Konzentration auf das Erlernen einer Software

   Ist eine grundlegende Entscheidung gefallen, ist es sehr empfehlenswert
   sich zunächst auf eine Software zu konzentrieren und die Konzepte der
   3D-Modellierung sowie der Texturierung anhand dieser zu erlernen. Diese
   Kenntnisse lassen sich im Bedarfsfall auch später auf andere 3D-Programme
   übertragen, zumal sich die Grundfunktionalitäten und Konzepte sehr ähneln.
   Dank universal nutzbarer Austauschformate wie unter anderem 3ds und obj
   können erstellte Strukturen auch in anderer Software genutzt werden. Der
   große Vorteil der Konzentration auf eine einzelne Software ist also
   weniger ein globaler, sondern schlicht die Tatsache, dass nicht mehrere
   Softwaresysteme nebst spezifischen Interfaces und Shortcuts verinnerlicht
   werden müssen, was auch für 3D-Profis eine große Umstellung darstellt. Um
   im Detail die passende Software zu finden, lohnt es, sich über
   Nutzerreviews und Testberichte über die Stärken und Schwächen der
   jeweiligen Programme zu informieren.

Software für Hobby-Designer

   Wer die 3D-Modellierung und den 3D-Druck hauptsächlich für das Design
   beispielsweise von Figuren nutzen möchte, findet sowohl professionelle
   Software als auch brauchbare Lösungen für den Hobbybereich. Zu diesen in
   der Regel kostenlosen Programmen zählen unter anderem die Software
   Sculptris von Pixologic und das aus dem Hause Autodesk stammende Programm
   123D Sculpt+. Letzteres lässt sich im Übrigen ausschließlich auf dem
   Tablet nutzen und spricht damit durch seine hervorragende Usability ebenso
   wie Sculptris vorwiegend Casual-User an. Besonders einfach gelingt der
   Einstieg durch im Netz vorhandene Tutorials, die alle relevanten
   Funktionen verständlich erläutern.

Der Einstieg in das professionelle Design

   Wer sein Hobby professionell betrieben oder gar zum Beruf machen möchte,
   muss sich allerdings nach einer entsprechend professionellen 3D-Software
   wie Cinema 4D Studio, 3D-Studio Max, Maya oder Rhino umschauen. Diese
   mächtigen Werkzeuge liefern alles, was der professionelle Designer
   braucht, denn nicht umsonst werden diese Programme auch im Rahmen der
   Entwicklung von Videospielen sowie in der Filmproduktion eingesetzt. Die
   Kehrseite der Medaille ist neben der Komplexität, die zunächst beherrscht
   werden muss, der mitunter stolze Preis, der beispielsweise im Fall von
   Autodesk 3DS Max bei rund 1.600 Euro jährlich oder bei Cinema 4D Studio
   insgesamt bei gut 3.700 US-Dollar liegt. Unter dem Strich lohnt sich die
   Investition für ambitionierte Designer aber in jedem Fall. Wer günstiger
   in die Welt der professionellen 3D-Software einsteigen möchte, kann
   alternativ zu kostenlosen Tools wie Milkshape und Blender greifen, die
   zwar eigenwillig zu bedienen sind, den Branchengrößen in puncto
   Funktionalität aber in kaum etwas nachstehen. Überdies bieten die
   einschlägigen Hersteller auch Test- oder Studentenversionen ihrer Software
   an, mit denen sich der Umgang erlernen und eine Kaufentscheidung
   zementieren lässt.

Kostenloser Einstieg in die technische Modellierung

   Die Erstellung von funktionalen und technologischen Modellen stellt
   hingegen andere Anforderungen an eine Software, was wiederum andere Tools
   auf den Plan ruft. Im Fokus stehen in diesem Zusammenhang viele klassische
   CAD-Tools, deren Stärke die technische Modellierung ist. Zu den
   beliebtesten Tools zählen bei Hobby-Anwendern dabei kostenlose Programme
   wie das extrem technische und nicht minder präzise FreeCAD oder die
   webbasierten Tools 3DTin und Autodesk TinkerCAD. Die komplette
   Anwendbarkeit im Browser bietet dabei den Vorteil, dass die Software
   plattformübergreifend auch auf Mobilgeräten genutzt werden kann. Wer sich
   in die entsprechenden Tools mit Hilfe der verfügbaren Online-Ressourcen
   einarbeitet, kann bereits vorzeigbare 3D-Modelle unter anderem für den
   Druck erstellen.

Professionelle Software für Ingenieure und Maschinenbauer

   Wer professionelle technische Modelle erstellen und damit langfristig sein
   Geld verdienen möchte, kommt um kostspielige Software allerdings nicht
   herum. Neben dem Branchenprimus Solidworks, der unter anderem dazu in der
   Lage ist, zweidimensionale technische Zeichnungen vollkommen automatisch
   in ein detailliertes 3D-Modell umzuwandeln, bieten sich auch Tools wie das
   bei Architekten beliebte SketchUp Pro an. Für das Tool spricht der im
   Vergleich zum mehrere Tausend Euro teuren Solidworks günstige Preis von
   700 US-Dollar. Nichtsdestotrotz gilt Solidworks als weltweite
   Standardsoftware für Ingenieure und Maschinenbauer.

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  Response (1)

    1. 
       Frank
       1. August 2016 at 14:15 · Antworten

       Eine kostenlose Software mit automatischer Reparatur und
       Druckbarkeitsanalyse gibt es auch auf 3yourmind.com. Für Personen die
       keinen Zugang zu 3D Druckern haben sehr zu empfehlen. Es kann zwischen
       150 verschiedenen Materialien gewählt werden. Außerdem können
       verschiedenste kostenlose Plugins für 3D Software heruntergeladen
       werden welche den Zugang zu 3D Druckern erheblich erleichtern.

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   Vioproto.de / 3D Druck / 5 Gründe warum Firmen die additive Fertigung
   outsourcen sollten
   

        5 Gründe warum Firmen die additive Fertigung outsourcen sollten

   7. Juli 2016VioprotoKeine Kommentare3D Druck, Additive Fertigung und
   Industrie

   5 gründe
   In der öffentlichen Wahrnehmung gelten Konzerne als kraftstrotzende
   Riesenunternehmen, denen kein finanzielles Hemmnis zu groß ist, um eigene
   Visionen in die Tat umzusetzen. Umso größer ist die Überraschung, dass
   auch die meisten Großunternehmen nicht dazu in der Lage sind, alle
   Fertigungsschritte- und Prozesse in Eigenregie abzuwickeln.

   Dies gilt überraschenderweise auch für Hightech-Bereiche wie den 3D-Druck
   von Prototypen und Serienteilen. Warum aber greifen auch diese Unternehmen
   auf Outsourcing-Lösungen zurück, obwohl die sinkenden Kosten für den
   3D-Druck doch gegenteiliges erwarten lassen? Die Gründe sind mannigfaltig
   und beruhen dennoch auf dem Guten alten ökonomischen Prinzip der
   Arbeitsteilung, denn die dadurch erzielte Spezialisierung führt unter dem
   Strich zu einem Produktionszuwachs. Welche fünf Gründe die größten
   Unternehmen dabei am häufigsten als Outsourcing-Grund nennen, zeigt die
   folgende Auflistung.

Fortschritt und Kosten der Technologie

   Einer der Hauptgründe, warum auch große Unternehmen ihre 3D-Fertigung
   auslagern, ist schlicht und ergreifend der technologische Fortschritt
   selbst, denn die grundlegenden 3D-Fertigungsverfahren haben sich alleine
   in den letzten zehn Jahren derart schnell weiterentwickelt und in
   verschiedene Richtungen spezialisiert, sodass selbst große Konzerne kaum
   mehr alle Fertigungsmaschinen unter einem Dach vereinen können. So ist es
   also beispielsweise keine Seltenheit, dass ein Unternehmen eine eigene
   Fertigungsstraße für SLA-Systeme hat, aber dennoch die Fertigung von
   Metallteilen via 3D-Druck (z.B. Selektives Lasersintern) an einen externen
   Dienstleister auslagert, anstatt selbst eine in der Anschaffung
   kostspielige Maschine anzuschaffen. Das Motiv ist abermals die kosten- und
   outputeffiziente Kombination von Arbeitsteilung und Spezialisierung.

Fehlende Produktionskapazität

   Zu den Dingen, welche die Produktivität eines Unternehmens begrenzen,
   zählen nicht nur die Arbeitskraft der Mitarbeiter oder die Verfügbarkeit
   von Rohstoffen, sondern auch die Verfügbarkeit von Produktionskapazitäten
   in Form von Maschinenstunden. Da es also durchaus vorkommen kann, dass
   auch die Maschinen eines Großunternehmens bereits an der Kapazitätsgrenze
   arbeiten und die dauerhafte Anschaffung weiterer Maschinen wirtschaftlich
   unrentabel wäre, greifen Unternehmen zum Outsourcing.

   Der große Vorteil ist die flexible und damit kosteneffiziente Erhöhung der
   Produktionskapazität, um somit beispielsweise dringend benötigte Teile für
   Sonderprojekte schnell fertigen zu können. Speziell in diesem Umfeld haben
   sich bereits einige Firmen aufgestellt, die gezielt
   Outsourcing-Dienstleistungen im Bereich der additiven Fertigung mit
   unterschiedlichsten Verfahren anbieten. Somit lassen sich nicht nur
   Betriebskosten regulieren, sondern auch Flaschenhälse in der Produktion
   vermeiden.

Kosten spielen auch für Großunternehmen eine Rolle

   Auch wenn Großunternehmen für viele aufgrund der hohen Umsätze als
   unantastbar gelten, kalkulieren gerade diese Player besonders scharf. Die
   Kostenoptimierung betrifft dabei selbstredend auch die Produktion, da es
   stets eines der großen ökonomischen Ziele ist, die Kosten zu optimieren.
   Zu dieser Kostenoptimierung gehört dabei aber nicht nur der Einkauf
   günstiger Rohstoffe, sondern auch die Optimierung der Maschinenkosten.

   Selbst wenn ein Unternehmen also beispielsweise gleich mehrere teure
   Fertiggungsmaschinen sein Eigen nennt, um damit Prototypen herzustellen,
   so kann es unter dem Strich doch günstiger sein, die Serienfertigung an
   einen externen Dienstleister zu übergeben, der aufgrund von Skaleneffekten
   zu deutlich günstigeren Stückkosten produzieren kann. Diese günstigeren
   Stückkosten der spezialisierten Unternehmen beruhen dabei aber nicht nur
   auf den Maschinen selbst, sondern auch auf dem günstigen Einkauf großer
   Rohstoffmengen.

Spezialwissen

   Je komplexer eine Produktionstechnik, desto mehr Optimierungspotenzial
   steckt im Grunde genommen darin. Auch der 3D-Druck ist dabei keine
   Ausnahme, sondern stellt vielmehr ein Paradebeispiel dafür dar, dass
   Expertise und Spezialwissen für den Unternehmenserfolg essenziell sind,
   zumal bereits kleine Änderungen an der eingesetzten Technik oder dem
   Material entscheidenden Einfluss haben. Anstatt sich selbst zum Preis von
   hohen zeitlichen und finanziellen Aufwendungen diese sich in rasendem
   Tempo erneuernde Expertise anzueignen, ziehen es viele Unternehmen
   dementsprechend vor, auf das Know-how von spezialisierten Dienstleistern
   zurückzugreifen, um hochwertigste Produkte zu erhalten, die zudem auf dem
   neuesten Stand der Fertigungstechnik sind. Unternehmen sparen sich damit
   den Aufwand für die eigenständige Aktualisierung des
   produktionsspezifischen Spezialwissens und können sich folglich mit vollem
   Ressourceneinsatz ihren Kernkompetenzen widmen.

Minimierung von Lieferzeiten

   In der modernen Wirtschaft laufen immer mehr Prozesse parallel ab, um
   Produktions- und Lieferzeiten zu verkürzen. Möchte ein Großunternehmen
   beispielsweise eine hohe Stückzahl eines zweiteiligen Produkts herstellen,
   so kann es durchaus lohnenswert sein, einen Bestandteil aus Kunststoff
   in-house zu produzieren und den anderen Bestandteil aus Metall an eine
   externe Firma auszulagern. Unter dem Strich werden also beide Teile trotz
   beschränkter Produktionsressourcen gleichzeitig produziert, was unter
   anderem die Lieferzeiten für die Auslieferung an die Groß- und
   Zwischenhändler herabsetzt. Gerade in Zeiten der weltweiten Vernetzung der
   Wirtschaft nimmt die Bedeutung minimaler Lieferzeiten aufgrund der
   steigenden Nachfrage immer weiter zu.

   Wollen auch Sie Ihre Fertigung outsourcen und wünschen hierzu eine
   kompetente Beratung oder Angebot? Schreiben Sie uns jetzt unverbindlich an
   unter info@vioproto.de!

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   Vioproto.de / Allgemein / Additiver Fertigung und 3D-Druck in Wissenschaft
   und Medizin
   3d druck in der medizin

          Additiver Fertigung und 3D-Druck in Wissenschaft und Medizin

   4. August 2016VioprotoKeine KommentareAllgemein

   3d druck in der medizin

   Additive Fertigungsverfahren haben in der produzierenden Wirtschaft
   bereits seit beinahe 20 Jahren ihren Platz und erleben durch die stete
   Verbesserung der Verfahren sowie die rapide sinkenden Kosten eine
   fortschreitende Ausbreitung. Dass additive Fertigungsverfahren auch im
   Bereich von Medizin und Wissenschaft von großem Interesse sind und ein
   beinahe unbegrenztes Potenzial für die Kreation neuer Produkte sowie
   Verfahren bergen, liegt auf der Hand. Das Erschaffen künstlicher Organe
   auf Basis menschlicher Stammzellen ist zwar noch immer Zukunftsmusik, aber
   auch die bis dato realisierten Projekte aus Medizin und Wissenschaft sind
   durchaus beeindruckend und wären bis vor wenigen Jahren so noch nicht
   denkbar gewesen.

Wie werden additive Fertigungsverfahren derzeit in Medizin und Wissenschaft
angewendet?

   Gerade, wenn es darum geht, neue Forschungserkenntnisse anhand von
   Versuchen nachzustellen, liefern additive Fertigungsverfahren sehr gute
   Dienste ab, zumal beispielsweise filigrane Einzelanfertigungen für
   Versuchsanordnungen in kurzer Zeit angefertigt werden können.

   Wichtig ist dies unter anderem im Fall mikroskopischer biologischer
   Molekülstrukturen, die durch die Anwendung von 3D-Druckverfahren in stark
   vergrößertem Maßstab in plastische Modelle umgemünzt werden können, sodass
   Forscher die funktionalen Zusammenhänge leichter erfassen und verstehen
   können. Gerade in der Medizin, die von der Individualität des menschlichen
   Organismus geprägt ist, übernehmen additive Fertigungsverfahren weitere
   wichtige Anwendungsfelder.

   Dies betrifft in erster Linie den dreidimensionalen Druck von anatomisch
   angepassten Prothesenteilen, Hörgeräten und anatomischen Modellen, die
   sowohl im Rahmen der Medizinerschulung als auch zum Zweck der
   OP-Vorbereitung verwendet werden. Interessant ist diesbezüglich, dass es
   bereits möglich ist, Daten, die durch CT und MRT gewonnen wurden, in
   patientenspezifische Modelle umzuwandeln.

   Ärzte erhalten damit deutlich bessere Möglichkeiten, individuelle
   Krankheits- und Verletzungsmuster zu begreifen und geeignete Behandlungen
   in die Wege zu leiten.

  Welche Technologien, welche nicht und warum?

   Da in der Wissenschaft und insbesondere in der Medizin besonders hohe
   Ansprüche an zum Einsatz kommende Verfahren gestellt werden, eignen sich
   nicht alle additiven Fertigungsverfahren für dieses Anwendungsgebiet. Am
   Beispiel der patientenspezifischen Anatomiemodelle lässt sich auch leicht
   erklären, warum dies so ist, denn gerade die komplexen Strukturen des
   menschlichen Organismus verlangen nach einer unmittelbaren detailgetreuen
   Darstellung samt farblicher Hervorhebung, die nur mit wenigen Verfahren
   wie der PolyJet Technologie realisiert werden kann.

   Die Auswahl verfügbarer Druckmaterialien sowie der Fertigungsprozesse
   schränkt die Menge der infragekommenden Verfahren zusätzlich ein. Während
   sich die Stereolithographie (SLA), das Selektive Lasersintern (SLS) und
   das Selektive Laserschmelzen (SLM) durch ihre hohe Präzision sowie die
   große Bandbreite an verfügbaren Werkstoffen auszeichnen und damit
   hervorragend für den Einsatz eignen, eignet sich beispielsweise das Fused
   Deposition Modelling gleich aus mehreren Gründen eher schlecht für
   Anwendungsgebiete die maximale Qualität und Präzision voraussetzen.
   Dies liegt zum einen am geringen Angebot entsprechend professioneller
   Hardware als auch zum anderen am großen Nachbearbeitungsaufwand der
   erstellten Modelle, da das FDM-Verfahren zum Beispiels im Gegensatz zum
   SLM-Verfahren Stützstrukturen benötigt.
   Ein besonderer Vorteil des Selektiven Laserschmelzens für die Anwendung im
   medizinisch-orthopädischen Bereich ist insbesondere die Verwendung von
   Materialien wie Titan und anderen metallischen Werkstoffen, sodass
   funktionale und widerstandsfähige Prothesen gefertigt werden können.

   Wie sich additive Fertigungsverfahren für Ihre Projekte am besten
   einsetzen lassen und welche individuellen Vorteile sich daraus für Sie und
   Ihr Unternehmen ergeben, erläutern wir Ihnen gerne im Rahmen einer
   unverbindlichen Beratung. Kontaktieren Sie uns jetzt unter
   info@vioproto.de 

  Was wird in Zukunft möglich sein?

   Beinahe noch viel interessanter als das, was bisher in der Praxis
   umgesetzt wird, ist das, was derzeit in den Forschungszentren dieser Welt
   praktisch erprobt oder bis dato nur in Form theoretischer Gedankenspiele
   vorliegt.
   Im Fokus steht dabei in erster Linie die biotechnologisch Anwendung des
   3D-Drucks durch spezielle Bioprinter.

   Bereits vor einigen Jahren präsentierten Biotech-Bastler aus dem Silicon
   Valley einen umgebauten Tintenstrahldrucker, der einen leuchtend grünen
   Schriftzug aus lebenden Bakterienzellen auf einen Nährboden druckte.
   Dies war aber nur der Anfang, denn Biotechnologen wie der Wissenschaftler
   Will Wenmiao Shu von der Heriot-Watt University in Edinburgh haben bereits
   Bioprinter entwickelt, die unterschiedlichste Arten von Zellen zusammen
   mit Wachstumsfaktoren und den benötigten Stützsubstanzen Schicht für
   Schicht in ein potenziell lebensfähiges Gebilde umwandeln. Fernziel der
   Wissenschaftler ist es dabei, künstliche Organe aus den Stammzellen von
   Patienten zu drucken, um somit unheilbare Krankheiten zu bekämpfen und die
   Verfügbarkeit von Organen zu erhöhen.

   Bis dahin sind mit der Einbeziehung der möglichen Immunreaktion, der
   Erstellung der komplexen Blutgefäße und Nervengeflechte sowie den
   physikalischen Einwirkungen der Extruderdrüsen auf das Zellmaterial aber
   noch einige Herausforderungen zu bewältigen.

    Laborstudien versprechen große Fortschritte

   Deutlich weiter ist die Forschung hinsichtlich der Erstellung weniger
   komplexer Strukturen wie Hauttransplantaten sowie Knochen.
   So verpflanzten Wissenschaftler des Wake Forest Institute for Regenerative
   Medicine in North Carolina in Tierversuchen künstliche Knochenpartien aus
   dem biologisch abbaubarem Kunststoff Polycaprolacton (PLC).

   Neben der Abbaubarkeit des Kunststoffs liegt die Besonderheit darin, dass
   Hohlräume innerhalb des künstlichen Knochens mit verschiedenen Zellgelen
   gefüllt sind, die nach und nach für einen Wiederaufbau der natürlichen
   Knochenstrukturen sorgen, während sich das künstliche Gewebe binnen zwei
   Jahren langsam abbaut. In Zukunft ist es damit möglich, durch passgenaue
   Knochenmodelle selbst schwerste Frakturen im Bereich des Schädels
   insbesondere aus dem kosmetischen Betrachtungswinkel deutlich besser zu
   behandeln. Ebenso wie der Druck von Knorpelstrukturen wurden auch die
   Knochenplastiken bereits erfolgreich in Tierversuchen erprobt. Interessant
   ist auch die Vision des US-Bioinformatikers Patrick D’haeseleer, der in
   absehbarer Zeit künstliche Blätter drucken und diese zum Zweck der
   Konstruktion besonders energieeffizienter Solarmodule nutzen möchte.

   Die Zukunft scheint durch die rasante Entwicklung des 3D-Drucks also
   spannend zu werden.

   Spannend ist aber nicht nur die Zukunft der additiven Fertigung, sondern
   auch das, was bereits jetzt mit der additiven Fertigung im Bereich des
   medizinischen 3D-Drucks möglich ist.

   Lassen Sie sich von uns beraten und fordern Sie ein unverbindliches
   persönliches Angebot für die Entwicklung und Fertigung Ihrer Produkte an.
   Kontakt: info@vioproto.de 

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   Vioproto.de / Allgemein / So reduzieren Sie die Kosten Ihrer CNC Fertigung
   günstige frästeile drehteile

                So reduzieren Sie die Kosten Ihrer CNC Fertigung

   25. Juli 2016VioprotoKeine KommentareAllgemein

   günstige frästeile drehteile

   Die Herstellung von Bauteilen via CNC-Verfahren gehört aufgrund der an den
   Tag gelegten Qualität und Flexibilität nicht umsonst zu den beliebtesten
   Herstellungsverfahren. Wenn es allerdings um die Kosten geht, folgt
   schnell die Ernüchterung, zumal die abgerechneten Maschinenstunden oftmals
   den kostentechnischen Flaschenhals darstellen und dabei sogar die
   Materialkosten und die Kosten für das individuelle Bauteilfinisch
   überschreiten.

   Ziel sollte es also in jedem Fall sein, die Maschinenstunden, wo es nur
   geht zu reduzieren, ohne dabei aber Abstriche in puncto Qualität machen zu
   müssen. Die Bandbreite der Schritte, um eine Kostenreduktion zu erreichen,
   ist jedoch breit gefächert.

Kostenvorteile durch Zerlegung und das Ausnutzen von Skaleneffekten

   Um die Maschinenarbeitszeit bezogen auf ein einziges Bauteil zu
   reduzieren, macht es insbesondere hinsichtlich komplexer Werkstücke mit
   vielen Hohlräumen Sinn, diese nach Möglichkeit in mehrere Teile zu
   zerlegen und erst nach der Fertigung zusammenzusetzen.
   Maschinenarbeitszeit und Kosten werden vorrangig deshalb gespart, da in
   einem Arbeitsgang nur eine beschränkte Menge an Werkzeugen zum Einsatz
   kommt und diese damit nicht mehrfach ausgetauscht werden müssen. Eng im
   Zusammenhang mit der Aufsplittung komplexer Werkstücke steht auch die
   Ausnutzung quantitativer Skaleneffekte hinsichtlich der
   Fertigungsquantität, da die Produktionsprozesse nur ein einziges Mal für
   eine hohe Stückzahl eingestellt und nicht mehrfach angepasst werden
   müssen. Seine maximale Kosteneffizienz erreicht das CNC-Verfahren indes in
   einem Bereich von 8.000-10-000 zu fertigenden Einheiten.

Einheitliche Innenkanten sparen zeitintensive Prozessschritte

   Wie lange die Fertigung eines Werkstücks dauert, hängt oft von den Details
   ab, sodass es vor allem in dieser Hinsicht Optimierungspotenzial
   wahrzunehmen gilt. Die Ausgestaltung von Kanten, und insbesondere innerer
   Kanten, ist ein fertigungstechnischer Flaschenhals, zumal speziell ein
   sehr gering gewählter Kantenradius den Einsatz mehrerer filigraner
   Werkzeuge sowie mehrerer Prozessdurchgänge bedarf. Im Idealfall sollten
   Werkstücke daher so geplant werden, dass in puncto Innenkanten ein
   optimales Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis (LD-Ratio) von 3:1 oder weniger
   eingehalten wird.

   Darüber hinaus ist es empfehlenswert, den einmal gewählten Radius für das
   gesamte Bauteil beizubehalten, um unter anderem Werkzeugwechsel zu
   vermeiden. Ebenso wie die Kantenfertigung beansprucht auch die
   Ausgestaltung großer Hohlräume viel Zeit, was dementsprechend bereits im
   Rahmen des Werkstückdesigns berücksichtigt werden muss.

   Da die kostenoptimierte Planung von CNC-Teilen damit an Komplexität
   gewinnt, stehen wir Ihnen bei der Planung und Optimierung Ihres Vorhabens
   gerne zur Seite.

Fertigungstoleranzen und Wandstärken optimieren

   Ingenieure und Produktdesigner neigen gerne dazu, Bauteile in höchster
   Präzision zu planen und in der Folge sehr enge Fertigungstoleranzen
   festzulegen. Bei den meisten Bauteilen sind derart eng gesteckte
   Toleranzen aber nicht notwendig, sondern führen ganz im Gegenteil eher
   dazu, dass die notwendige Fertigungszeit ansteigt. In der Regel reichen
   Fertigungstoleranzen von 0,005 – 0,001 Zoll aus, womit geringere Werte nur
   im Fall funktioneller Erforderlichkeiten sinnvoll erscheinen.

   Eng gesteckte Toleranzen sind insbesondere hinsichtlich der Wanddicke
   filigraner Werkstücke ein großes zeittechnisches Problem, da die Fertigung
   in immer feiner werdenden Schritten ablaufen muss, um das Bauteil selbst
   nicht zu beschädigen. Um die Kosten für die maschinelle Fertigung so
   gering wie möglich zu halten, empfiehlt sich daher eine Mindestwandstärke
   von rund 0,8 Millimetern.

   Sollten dennoch geringere Wandstärken notwendig sein, bieten sich andere
   Fertigungsverfahren wie die Sheet Metal Fabrication an. Standardisierung
   ist dementsprechend einer der Hauptaspekte, mit dem Maschinenarbeitszeit
   und Fertigungskosten einsparen lassen.

   Zu dieser Standardisierung zählt auch beispielsweise die Beachtung
   standardisierter Bohrungsgrößen, denn sobald ein Bauteil nicht genormte
   Bohrlochgrößen aufweist, erhöht sich der Aufwand durch den Einsatz
   mehrerer Werkzeuge. Wo immer es geht, sollten Bohrungen so gestaltet
   werden, dass Standardwerkzeuge unmittelbar zum Einsatz kommen können.

Geschickter Materialeinsatz zahlt sich aus

   Bei aller Detailoptimierung sind es aber häufig auch die Dinge auf der
   Makroebene, die einen großen Einfluss auf die Maschinenarbeitszeit und
   damit auch die Produktionskosten der CNC-Fertigung nehmen. Entscheidend
   für die Kostenentwicklung ist dabei vor allem das verwendete Material,
   denn insbesondere weichere Metalle lassen sich aus verschiedenen Gründen
   kosteneffizienter einsetzen.

   Ursächlich ist neben dem möglichen Einsatz kostengünstigerer Werkzeuge
   auch schlicht die Tatsache, dass die Bearbeitung vergleichsweise weicher
   Metalle deutlich weniger Zeit in Anspruch nimmt. Neben der Wahl des
   richtigen Metalles ist es auch die Festlegung der angestrebten
   Materialfinishs, welches die Kosten stark beeinflusst. Je mehr
   unterschiedliche Oberflächenfinalisierungsschritte dabei bei einem Bauteil
   zum Einsatz kommen, desto kostenintensiver gestaltet sich die Fertigung.

   In vielen Fällen ist es daher auch aus Sicht der Oberflächengestaltung
   besser, ein Bauteil nach Möglichkeit in mehrere Fertigungssegmente zu
   zerlegen.

   Bei Fragen beraten wir Sie gerne vollumfänglich bezüglich der Umsetzung
   ihrer Projekte und übernehmen auf Ihren Wunsch hin ebenfalls die
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                              CNC Fräsen / Drehen

   Inhaltsübersicht

     • CNC Fräsen / Drehen

          • 
               • Als Materialien kommen alle festen Werkstoffe in Frage wie:

          • CNC-Fräsen

               • Der große Vorteil dieses Verfahrens liegt in der:

          • CNC-Drehen

               • Ausblick für CNC-Drehen und Fräsen

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   Allgemein zerspanende Verfahren

   CNC-Fräsen und –Drehen gehören zu den zerspanenden Verfahren.

   Diese definieren sich dadurch, dass zum Zweck einer Formgebung von
   Material ein Abtrag von überflüssigem Material erfolgt.

   Dabei fallen Späne an, daher die Namensgebung. Oft werden diese Verfahren
   neuerdings  im Zusammenhang mit den neueren sogenannten additiven
   generativen Verfahren als subtraktive Verfahren bezeichnet.

   Neben dem Drehen und Fräsen zählen beispielsweise auch Bohren, Sägen,
   Läppen oder Schleifen zu den zerspanenden Verfahren.

   Diese werden auch als trennende Bearbeitungs- oder Fertigungsverfahren
   bezeichnet.

  Als Materialien kommen alle festen Werkstoffe in Frage wie:

     • Metalle

     • Holz

     • Kunststoff

     • Modellbaumaterial etc

   Beim Zerspanen oder Spanen dringt eine Form von Schneidwerkzeug in die
   Oberfläche eines Teils ein und schält dabei einen Span heraus, allgemein
   muss das Material des Schneidwerkzeugs stets härter sein als das zu
   bearbeitende Material des Werkstücks.

   Während bei weicheren Ausgangsmaterialien Stähle in Standardqualität
   genügen, muss mit zunehmendem Härtegrad des zu bearbeitenden Materials zum
   Beispiel speziell gehärteter Werkzeugstahl, gesinterte Werkstoffe, Keramik
   oder sogar Diamant eingesetzt werden.

   Beim Drehen, Fräsen oder Bohren beispielsweise wird das Schneidwerkzeug 
   geometrisch exakt bestimmt, es existieren oft auch normierte Werkzeuge und
   Normen generell für die damit zu erzeugende Geometrie.

   Andere Verfahren wie Schleifen oder Läppen arbeiten mit geometrisch nicht
   näher bestimmten Schneiden.

CNC-Fräsen

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   Fräsmaschinen existieren in sämtlichen Größen und es können je nach
   Anforderung äußerst präzise Genauigkeiten erzielt werden.

   Die modernen Fräsmaschinen sind CNC-gesteuert (CNC = Computerized
   Numerical Control = rechnergestützte numerische Steuerung) und verfügen in
   der Regel über mehrere, bis zu 5 Achsen.

   Die Anzahl der Achsen bestimmt, wie komplex die Geometrien sein können,
   die gefertigt werden können. Der Vorteil der 5-Achs-Fräsen ist, dass der
   Fräser unter jedem Winkel am zu erstellenden oder bearbeitenden Teil
   positioniert werden kann und jeder Verfahrweg möglich ist.

   Nur dadurch können hochkomplexe Geometrien und 3D-Konturen über dieses
   Verfahren gefertigt werden, obwohl immer noch gegenüber additiven
   Verfahren einige Strukturen sehr schwierig oder gar nicht darstellbar
   sind, z.B. dreidimensionale Netzstrukturen oder hochkomplexe
   Kühlkanalsysteme für Werkzeuge.

   Jedoch existieren für spezielle Anwendungen Maschinen für bis zu 8 oder
   sogar 15 Achsen ( Langdrehen ).

   Und in der Kombination mit additiven Verfahren, wenn beispielsweise in
   einem generativen Verfahren ein „Rohling“ erstellt wird, der bereits die
   erforderlichen Hohlräume hat und nur noch ausgefräst oder final
   nachbearbeitet werden muss, könnte eine große Chance für das CNC-Fräsen
   liegen, seinen hohen Stellenwert in den Fertigungs- und
   Formgebungstechnologien zu behalten oder sogar auszubauen.

   Nicht nur die Vergrößerung der Palette an machbaren Teilen, sondern auch
   die durch die Verwendung des additiv gefertigten „Rohlings“ erzielbare
   Material- und Zeitersparnis verschafft dem CNC-Verfahren neue
   Anwendungsgebiete z.B. im Rapid Tooling, Fertigung von Kleinserien etc.

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  Der große Vorteil dieses Verfahrens liegt in der:

     • Materialvielfalt

     • erzielbaren Genauigkeiten

     • endlose Wiederholbarkeit bei gleicher Qualität

     • keine Probleme mit Schrumpf, Erkalten oder Verzug

     • kein Nachhärten prozesstechnisch erforderlich

   Die Technik der modernen CNC-Maschinen ist bereits sehr ausgereift und
   dadurch sehr prozesssicher, jedoch gibt es auch hier noch
   Optimierungspotentiale neben der Achsenanzahl, zum Beispiel die
   Geschwindigkeit, mit der gefräst wird.

   HSC-Fräsen ( HSC – High Speed Cutting = Hochgeschwindigkeitsfräsen ) wird
   überall dort eingesetzt, wo die schnelle Fertigung von Teilen die hohe
   Investition in weit teurere Maschinen mit  höheren Antriebsleistungen und
   Drehzahlbereichen rechtfertigt.

   Optimierungspotentiale liegen auch beim Wechsel der Werkzeuge bzw. Fräser,
   die bei modernen Frässystemen in einem Werkzeugwechselsystem
   zwischengelagert werden und dann automatisch bei Bedarf ausgewechselt
   werden mittels eines Werkzeugwechslers.

   Natürlich spielen speziell bei der Größe der Werkstücke die Verfahrwege
   der CNC-Fräse, die X-Y-Z-Koordinaten, eine große Rolle.

   Insbesondere für Standardteile ist es besonders wichtig, so viel wie
   möglich zu automatisieren, z.B. auch das Aufspannen des Materials und
   Entnehmen des Fertigteils, Be- und Entladerobotersysteme usw.

   –> Hier geht es zum ausführlichen Beitrag über das Fräsverfahren

CNC-Drehen

   Durch Drehen werden meist rotationssymmetrische Teile durch Zerspanung
   hergestellt.

   Das Drehen entstammt historisch dem Drechseln von Teilen, wie man es auch
   heute noch von Stuhlbeinen etc. kennt.

   Moderne CNC-Drehmaschinen arbeiten mit verschiedenen Werkzeugen, wie z.B.
   Wendeschneidplatten sowie Bohrern oder auch Gewindeschneidern und über
   Werkzeugrevolvermagazine oder Zubringer –und Entnahmesysteme für die Teile
   sowie weitere Automatisierung können ähnlich wie beim CNC-Fräsen sehr hohe
   Effizienz und Qualität, beispielsweise über automatische Vermessung der
   Teile direkt nach Fertigung noch an der Maschine, erzielt werden.

   Die CNC-Drehmaschine steuert die Lage des Werkzeugs, wie schnell die
   Zerspanungsbewegung sein soll, die Lage und Geschwingkeit der Umdrehung
   der Spindel und damit des dort befindlichen zu bearbeitenden Teils. Sie
   steuert daneben auch noch die Kühlmittel- und Materialzufuhr.

  Ausblick für CNC-Drehen und Fräsen

   Einerseits hat der bereits sehr hohe Automatisierungsgrad dazu geführt,
   dass über die verlängerte Werkbank eine Auslagerung dieser Prozesse
   zunächst  EU-weit in Länder mit niedrigerem Lohnniveau, nach Osteuropa und
   immer mehr nach Fernost erfolgte, da nur sehr wenig qualifiziertes
   Personal zum Einrichten und Umrüsten benötigt wird.

   Andererseits haben steigende Logistikkosten, höhere Qualitätsansprüche und
   der Zeitfaktor dazu geführt, dass vor allem hochwertige und komplexe Teile
   wieder vermehrt im Inland gefertigt werden und ein hoher
   Automatisationsgrad fördert durch geringe Lohnstückkosten ein weiteres
   Zurückholen dieser Art von Fertigung.

   Wie bereits erwähnt liegt die Zukunft darin zu erkennen, dass die
   Verwendung additiver Verfahren primär nicht als Wettbewerb, sondern als
   Chance gesehen werden muss, durch dadurch erzielbare Vorteile der
   Verwendung dieser Technologie in Kombination mit CNC-Zerspanung neue
   Anwendungsfelder und Marktpotentiale zu erschließen.

   Machbarkeit von bisher nicht umsetzbaren Teilen in CNC-Technologie, Zeit-
   und Materialersparnis sind ökonomische Faktoren, die für diese Kombination
   sprechen.

   [Bildrechte / Bildquelle von oben nach unten:
    https://www.flickr.com/photos/fagorautomation/, https://www.flickr.com/photos/26524277@N04/]

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