Engineering 02.04.1999, 17:21 Uhr

Digitales Prototyping und Rapid Prototyping ergänzen sich

Beide Verfahren haben ihre lohnenden, individuellen Einsatzgebiete. Wettbewerb findet derzeit nur in einem kleinen Anwendungssektor statt.

Konstrukteure kennen diese Vorgaben: Immer schneller entwickeln und Arbeitsfehler tunlichst minimieren. Kein Wunder also, wenn in den letzten Jahren ständig neue Systeme für Rapid Prototyping, aber auch für Digital Prototyping eingeführt wurden. Der Markt boomt für beide Ansätze. Aber „man sollte hier vorsichtig agieren mit einer Wettbewerbssituation, die es so umfassend gar nicht gibt,“ meint dazu Dipl. Ing. Sandra Seitz, Application Support Managerin beim Lasersinter-Anbieter DTM in Hilden. „Der Schlüssel für die Beurteilung liegt in den unterschiedlichen Klassen von Prototypen.“

Im wesentlichen unterscheidet man drei solcher Klassen, nämlich die Konzeptmodelle, die Funktionsmuster und die technischen Prototypen. Konzeptmodelle werden in erster Linie während der Ideen und Vorentwicklungsphase gebraucht. Hier geht es um die Geometrie als solche, um die äußere Anmutung etc.
Im zweiten Fall hat man es mit einbaufähigen FunktIonsmustern zu tun. Sie dienen der Optimierung des Funktionsprinzips, möglicherweise auch schon als Vorlage für die Fertigungsplanung. Funktionsmuster müssen zwar noch nicht im Serienwerkstoff vorliegen, entsprechen aber sonst schon weitgehend den Serienteilen
Drittens werden technische Prototypen gebraucht, die im Serienwerkstoff vorliegen und mit denen man auch Dauerfestigkeiten prüfen kann. Teile, die auch für TÜV-Abnahmen und Zertifizierungen geeignet sind.

„Wenn wir uns dieses Spektrum vergegenwärtigen, können wir uns schon vorstellen, daß Digital Prototyping den ersten Bereich in Zukunft ganz abdeckt. Solange jedenfalls, wie Ingenieure damit zu tun haben, die es gewöhnt sind, Dinge am Bildschirm zu betrachten und zu beurteilen“, so Sandra Seitz.
Die Vorteile des Digitalen Prototyping kommen in der Konzeptphase voll zum Tragen: Schneller und direkter Eingriff, nicht nur einzelne Teile, sondern ganze Baugruppen können analysiert werden, analytische Auswertung, keine Größenbegrenzung der Bauteile, kostengünstig Daten sind über das Netz sofort überall verfügbar.
Der konsequente Einsatz von entsprechenden Software-Werkzeugen bringt nach Aussagen verschiedene Anwender rund 30 % Entwicklungszeitverkürzung.
Spätestens ab der Ebene Funktionsmuster aber muß die Schwelle zur physischen Ebene wieder überschritten werden. Seitz: „Wie wollen Sie am Bildschirm überprüfen, ob ein Scharnier leicht oder schwer geht, oder ob ein Plastikverschluß wirklich klipst oder nicht. Das geht nicht am Rechner, das muß man real ausprobieren.“ Die Möglichkeiten des Rapid Prototyping, insbesondere des Lasersinterns, mitmetallischen Werkstoffen zu arbeiten, lassen heute aber noch ganz andere Versuche zu. So wurde mit einer DTM-Anlage ein Wasserpumpengehäuse für einen Automotor erzeugt und direkt im Feldversuch gefahren. Ähnliches widerfuhr jüngst einem Turoboladergehäuse. Nach der CAD-Konstuktion und dem Lasersintern konnten sofort Versuche auf dem Prüfstand unternommen werden.
Rapid Prototyping (RP) bringt mit seinen unterschiedlichen Verfahren und seinen vielen Werkstoffen neue Ideen so schnell in die Materie wie nie zuvor. Dabei stimmt das Formteil mit dem CAD-Modell exakt überein. Eventuelle Fehler sind sofort rückübertragbar, d.h. am CAD-Modell zu ändern. Rapid Prototyping spart Wochen, wenn nicht Monate gegenüber dem klassischen Formenbau ein. RP ist zudem leicht in ein Unternehmen integrierbar. Die Datenübertragung vom CAD zur RP-Anlage ist mittlerweile gut zu handhaben. Gegenüber dem Digitalen Prototyping hat man zudem den Vorteil, daß die Teile nicht nur gesehen, sondern auch ertastet und so buchstäblich begriffen werden können. Für viele Industriedesigner ist das immer noch unabdingbar. Sie sind zwar mittlerweile einverstanden, zunächst mit Studien am Bildschirm zu beginnen, irgendwann möchten sie aber ihren hochsensiblen, haptischen Sinn mit einbringen.
Diesen Vorteilen stehen, in den Augen der Anwender, zwei Minuspunkte gegenüber: die Begrenzung hinsichtlich der Bauteilgröße, sehr kleine und sehr große Bauteile sind noch ausgeschlossen und der Preis. Rapid Prototyping-Anlagen kosten zwischen einigen hunderttausend DM bis zu 1 Mio. DM. Um dabei den „return of inverment“ zu erreichen, braucht man eine hohe Auslastung der Maschinen. Hier schlägt die Stunde der Dienstleister.
Während man mit verbesserten Rechnermodellen versuchen wird, Teile der Funktionsprototypen zukünftig auch digital zu checken, wird Rapid Prototyping bei kleinen Stückzahlen in den Produktionsbereich vordringen.
KARL OBERMANN
Rapid Prototyping ist auf dem Weg zum Serienwerkstoff: Metallische Formwerkzeuge können per Lasersintern direkt hergestellt werden. Stunden nach der Konstruktion stehen sie „handfest“ zur Verfügung. Digital Prototyping dagegen bietet die simulierte Realität auf dem Bildschirm.

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  • Karl Obermann

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