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Rapid Technologie - Neue Möglichkeiten für Unternehmen

Studienarbeit 2011 20 Seiten

Informatik - Internet, neue Technologien

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitende Worte

2 Definitionen
2.1 Dreidimensional (3D)
2.2 Rapid Prototyping Technologie (RPT)
2.3 Rapid Prototyping (RP)
2.4 Rapid Tooling (RT)
2.5 Rapid Manufacturing (RM)
2.6 Fused Layer Modeling (FLM)
2.7 Fused Deposition Modeling (FDM)
2.8 Computer Aided Design (CAD)
2.9 Stereolithographie Language (STL)

3 Funktionsweise eines „3D Druckers“

4 Einsatzgebiete der Rapid Technologie in ausgesuchten Branchen
4.1 Architektur, Landschaftsplanung
4.2 Maschinenbau, Ingenieurwesen (der Automobilbranche)
4.3 Design, Modellbau
4.4 Ausbildung
4.5 Medizin

5 Abschließende Betrachtung

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Technologie der generativen Fertigungsverfahren und ihre Gliederung in die Anwendungen Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing

Abbildung 2: Funktionsweise eines „dreidimensionalen Druckers“

Abbildung 3: Ein mit Rapid Prototyping erstelltes Gebäude

Abbildung 4: Von einem 3D Drucker gefertigt: Das Fahrzeug der Fakultät Gestaltung der Hochschule für Angewandte Wissenschaft und Kunst, Hildesheim

Abbildung 5: Von der ersten Skizze bis zum fertigen, „ausgedruckten“ 3D Modell

Abbildung 6: “The Hand” zeigt ein komplettes Wohngebäude, deren Etagen in der Form einer Hand gebaut wurden

Abbildung 7: „3D Ausdruck“ eines Fußknöchels

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitende Worte

„Mit Laser- oder Tintenstrahldruckern Dokumente oder Fotos auszudrucken ist mittlerweile alltäglich. Die dafür notwendigen Geräte sind für wenig Geld zu haben und praktisch in jedem computerisierten Haushalt zu finden. Jetzt zeichnet sich der Schritt in die dritte Dimension ab: „Drucker“, die in der Lage sind, dreidimensionale Gegenstände aus Kunststoff oder Metall zu produzieren.“[1]

Heute ist Rapid Technologie vorwiegend in Industrieunternehmen im Einsatz, wo sie verwendet wird, um schnell und kostengünstig aus dreidimensionalen Datensätzen dreidimensionale Prototypen und Muster zu erstellen oder Kleinserien zu produzieren. In der Zukunft wird Rapid Technologie aber wohl auch in normalen Haushalten zu finden sein. „Alltagsgegenstände“ - vor allem solche aus Kunststoff – kauft man dann nicht mehr im Laden. Stattdessen lädt man sich die entsprechende dreidimensionale CAD-Datei aus dem Internet und „druckt“ sich das gewünschte Teil aus. Natürlich beschränkt sich das nicht nur auf Gebrauchsgegenstände, auch einfache Ersatzteile ließen sich auf diesem Weg schnell besorgen.“[2]

Gerade vor dem Hintergrund immer kürzerer Produktlebenszyklen, wachsender Produktkomplexität, steigender Individualität der Produkte und kleineren Serien werden Rapid Manufacturing Verfahren in Zukunft immer mehr an Bedeutung gewinnen.[3] Für Unternehmen aller Branchen eröffnen sich mit dieser neuen Technologie neue Möglichkeiten, da die Einsatzgebiete vielfältig sind.

In dieser Hausarbeit wird aufzeigt, welche neuen Möglichkeiten sich für Unternehmen durch Rapid Technologie eröffnet haben und in welchen Fällen es sinnvoll ist, diese neue Technologie für sich zu nutzen. Zu Beginn werden wichtige Begriffe erklärt und definiert. Im weiteren Verlauf wird die Funktionsweise eines mit dem Material ABS arbeitenden „3D Druckers“ aufzeigt. Außerdem werden die Einsatzgebiete von Rapid Technologie in ausgesuchten Branchen genannt.

Zum Schluss der Hausarbeit, werden noch einmal die wichtigsten Punkte erläutert um zu einem Resümee zu gelangen. Ziel dieser Hausarbeit ist es, einen Überblick über Rapid Technologie und deren Anwendung in Unternehmen ausgesuchter Branchen zu bekommen.

2 Definitionen

2.1 Dreidimensional (3D)

3D ist eine verbreitete Abkürzung für dreidimensional und ein Synonym für räumliche Körper. Der Begriff 3D wird oft bei der trigonometrischen Berechnung und Herstellung von räumlichen Volumenmodellen sogenannten 3D-Modellen verwendet.[4]

2.2 Rapid Prototyping Technologie (RPT)

Die Technologie der generativen Fertigungsverfahren gliedert sich in die Anwendungen zur Herstellung von Prototypen und Modellen (Rapid Prototyping) und zur Fertigung von Produkten (Rapid Manufacturing). Die Herstellung von Werkzeugen und Werkzeugeinsätzen wird üblicherweise mit Rapid Tooling bezeichnet, obwohl sie technologisch keine eigene Gruppe begründet, sondern je nach Bauteil dem Rapid Prototyping oder dem Rapid Manufacturing zuzuordnen ist und damit eine Querschnittsmenge bildet.[5]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Technologie der generativen Fertigungsverfahren und ihre Gliederung in die Anwendungen Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing[6]

2.3 Rapid Prototyping (RP)

Rapid Prototyping bezeichnet die Anwendung der Technologie der generativen Fertigungsverfahren zur Herstellung von Modellen und Prototypen (physische Bauteile ohne Produktcharakter) direkt aus 3D-CAD Daten. Die Bauteile weisen lediglich einzelne, für die jeweilige Anwendung besonders repräsentative Eigenschaften eines späteren Produktes auf. Ziel ist es, sehr schnell möglichst einfache aber bezüglich einzelner Produkteigenschaften aussagekräftige Modelle herzustellen und damit möglichst frühzeitig einzelne Produkteigenschaften abzusichern. Rapid Prototyping Bauteile sind daher im Sinne der bestimmungsgemäßen Verwendung des zu entwickelnden Produktes meist nicht verwendbar. Das wird auch bewusst beabsichtigt und meist schon durch die Bezeichnung Modelle unterstrichen.[7]

2.4 Rapid Tooling (RT)

Unter Rapid Tooling werden die Anwendungen verstanden, die zum Ziel haben, unter Einsatz von Rapid Prototyping Verfahren Werkzeuge und Formen zur Herstellung von Prototypen und Vorserien zu bauen. Das betrifft das Modell (Positiv) und die Form (Negativ) gleichermaßen.[8]

2.5 Rapid Manufacturing (RM)

Unter Rapid Manufacturing oder Rapid Production werden Rapid Prototyping Anwendungen verstanden, die Produkte mit Seriencharakter erzeugen. Dies können direkt mit Rapid Prototyping Methoden erzeugte Positive (beispielsweise Stecker und dergleichen in Kleinstserien) sein, oder mit Rapid Prototyping erzeugte Werkzeuge, die zur direkten Herstellung der verlangten Stückzahlen verwendet werden können.[9]

2.6 Fused Layer Modeling (FLM)

Das Fused Layer Modeling ist ein Verfahren zur Schichtbildung durch Extrusion (von lateinisch extrudere = hinausstoßen, -treiben) schmelzflüssiger Thermoplaste und Erstarrung infolge Wärmeleitung.[10]

2.7 Fused Deposition Modeling (FDM)

Ist ein Verfahren der Firma Stratasys und gehört zum Fused Layer Modeling-Verfahren. Das Fused Deposition Modeling-Verfahren verarbeitet
ABS-Kunststoff, (Acrylnitril-Butadien-Styrol) welcher sich besonders für Einsatzgebiete mit hoher Beanspruchung eignet. Aus ABS erstellte Modelle sind präziser und genauer. Einzelne Teile passen genau zusammen bzw. rasten ineinander ein. Mit ABS können haltbare, funktionsfähige Prototypen hergestellt werden, die sich nicht verziehen, nicht schrumpfen oder Feuchtigkeit aufnehmen. ABS ist der Kunststoff, der in der Herstellung heute am weitesten verbreitet ist und in Mobiltelefonen, Fernsehern und in den meisten Autoinnenausstattungen Verwendung findet.[11]

2.8 Computer Aided Design (CAD)

Computer Aided Design bedeutet computergestützter Entwurf oder computergestützte Konstruktion, vorzugsweise im Sinne der geometrischen Konstruktion.[12]

2.9 Computer Aided Three Dimensional Interactive Application (Catia)

Ein von der französischen Firma Dassault Systémes hergestelltes CAD-Programm, das ursprünglich für den Flugzeugbau entwickelt wurde und sich heute in vielen verschiedenen Branchen etabliert hat. Mit Catia können dreidimensionale Modelle, sowie die Ableitung dazugehöriger zweidimensionaler Zeichnungen erstellt werden. Die Menüführung von Catia ist Windows-basierend.[13]

2.9 Stereolithographie Language (STL)

STL ist ein Schnittstellenformat für dem Austausch von Geometriedaten zwischen CAD-System und Rapid Prototyping Anlagen.

Ursprünglich: Standard Transformation Language. Anfangs zum einfachen Schattieren von 3D-CAD Strukturen entwickelt, wurde es vom Rapid Prototyping, insbesondere der Stereolithographie, vereinnahmt, und daher umbenannt.[14]

3 Funktionsweise eines „3D Druckers“

Die Beschreibung der Funktionsweise eines „3D Druckers“ wird sich auf ein Modell beschränken, welches mit Hilfe des FDM-Verfahrens unter Verwendung von ABS Kunststoff arbeitet.

Mit einem „3D Drucker“ können recht einfach Modelle erstellt werden. Ausgehend von dreidimensionalen Objekten, die auf einem gängigen CAD-System entworfen wurden, wie zum Beispiel Catia, werden STL-Daten abgeleitet, die eine spezielle Software (z.B. Catalyst) dann direkt verarbeiten kann.[15]

Nach dem Laden der Daten in die Verarbeitungs-Software wird das Objekt angezeigt und kann noch skaliert und gedreht werden. Sofern noch Platz auf der Bauplattform vorhanden ist, können noch weitere Objekte geladen werden. Jetzt werden automatisch die Druckdaten, beziehungsweise die Verfahrwege des Kopfes generiert und an den Drucker übertragen.[16]

Das eigentliche Baumaterial (Modeling Material) liegt in Drahtform vor und besteht aus einem ABS-Kunststoff (Acrylnitril-Butadien-Styrol). Dieser ABS-Draht fädelt sich automatisch ein und wird über Rollen (Drive Wheels) dem Druckkopf zugeführt, dort verflüssigt (im Heater Block) und in ca. 0,25mm dicken Schichten spurweise durch eine Düse (Tip) herausgepresst. Dabei entsteht das Objekt schichtweise von unten nach oben, wobei sich die einzelnen Bahnen und Schichten durch thermische Verschmelzung verbinden. Auch die Stützkonstruktion, die beliebige Hinterschneidungen möglich macht, wird auf dieselbe Weise aufgebaut, geht allerdings mit dem eigentlichen Objekt keine Verbindung ein. Der Drucker verwendet dafür einen zweiten Kunststoff (Support Material). Damit werden Konturen, unter denen sich sonst nur Luft befinden würde, unterlegt.

[...]


[1] Vgl. http://www.auge.de

[2] Vgl. http://www.auge.de

[3] Vgl. A. Gebhardt, Rapid Prototyping, München, 2000, S. 30

[4] Vgl. http://www.expoplast.de

[5] Vgl. A. Gebhardt, Rapid Prototyping, München, 2008, S. 4

[6] Vgl. A. Gebhardt, Rapid Prototyping, München, 2008, S. 4

[7] Vgl. A. Gebhardt, Rapid Prototyping, München, 2008, S. 5

[8] Vgl. A. Gebhardt, Rapid Prototyping, München, 2000, S. 29

[9] Vgl. A. Gebhardt, Rapid Prototyping, München, 2000, S. 29

[10] Vgl. A. Gebhardt, Rapid Prototyping, München, 2000, S. 402

[11] Vgl. http://www.dimensionprinting.com

[12] Vgl. A. Gebhardt, Rapid Prototyping, München, 2000, S. 400

[13] Vgl. http://www.3ds.com

[14] Vgl. A. Gebhardt, Rapid Prototyping, München, 2000, S. 404

[15] Vgl. http://www.medacom.de

[16] Vgl. http://www.auge.de

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