Welche Werkstoffe soll ich bei der Prototypen und Kleinserien Beschaffung auswählen?

Veröffentlicht von Tamara Tüchelmann am 08. Februar, 2018.

Welche Werkstoffe soll ich auswählen?

Nachdem wir in unserem ersten Blogpost, der hier zu finden ist, uns schon genauer mit den Fertigungsverfahren beschäftigt haben, steht in diesem die Auswahl des richtigen Werkstoff zur Untersuchung.

In erster Linie sind die Werkstoffe prozessabhängig, d.h. nicht jeder Werkstoff kann in jedem Fertigungsprozess ausgewählt werden. Weiter noch ist die gewünschte Anwendung des Bauteils ausschlaggebend – soll ein erster Prototyp, ein finaler Prototyp oder doch schon das finale Produkt gefertigt werden? Welche Eigenschaften soll das Bauteil erfüllen – soll es flexibel  sein oder doch eher eine hohe Steifigkeit aufweisen?  So stehen diese Gedanken am Anfang, auch noch vor der Auswahl des Fertigungsverfahrens. Denn im Endeffekt muss immer die beste Gesamtlösung gefunden werden, die sowohl Material als auch Fertigungsverfahren beinhaltet.

Versuchen wir uns jedoch erst einmal einen kleinen Überblick über die schier riesige Materialienanzahl zu verschaffe. Angefangen mit einfachen Plastiken über Metalle bis hin zu Hightech Materialien wie Glas- und Carbonfasern kann mittlerweile fast jedes Material in einem der vielen Fertigungsprozesse verwendet werden. Dabei ist, vor allem bei den Hightech Materialien, nicht nur die Prozessauswahl, sondern auch die Maschinenauswahl entscheidend. Sofern man an einen bestimmten Zulieferer gebunden ist, ist man so auch durch seine vorhandenen Maschinen begrenzt.

Versuchen wir uns der Thematik wieder mit Praxisbeispielen zu nähern. So werden wir mit dem selben Bauteil die verschiedenen Produktionsstufen gedanklich durchlaufen und erklären. Zu Beginn stehen wieder die verschiedenen CAD-Modelle des Bauteils – in diesem Fall ein neuartiger Stuhl, der sich durch besondere Leichtigkeit und Festigkeit auszeichnet. Es sollen verschiedene Designs getestet werden.  So wäre hier der erste Schritt das “Rapid Prototyping” mit dem ein erster Prototyp gefertigt wird.

Also besitzen wir zwei verschiedene Stuhldesings, die nun miteinander verglichen werden sollen. Der erste Prototyp soll vor allem günstig und schnell produziert werden können. So bietet sich hierfür die additive Fertigung an – hier kommt die Frage des Produktionsprozesses vor der des Materials. Man würde dafür vermutlich ein einfaches und billiges Plastik auswählen, das gerade so die Mindestanforderungen erfüllt, um das Bauteil so schnell wie möglich testen zu können.

Jetzt haben wir die zwei Designs getestet und einer der beiden Stühle hat sich durchgesetzt, es wurden nur noch leichte Modifikationen vorgenommen, die den Stuhl in seinen Eigenschaften verbessern. Nun gilt es einen finalen Prototypen anzufertigen, der dem Serienmodell entsprechen wird. Wir erinnern uns – der Stuhl soll eine besondere Leichtigkeit und dennoch eine enorme Steifigkeit aufweisen. Für diesen Fall entfallen nahezu alle Metalle, so bleiben noch die verschiedenen Plastike oder Hightechmaterialien. Bei dem finalen Prototypen entscheiden wir uns für ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer) ein äußerst langlebiges, kratzfestes und hitzebeständiges Plastik, das im 3D Druckverfahren verwendet werden kann.

So stehen wir nur vor der Auswahl des finalen Materials. Zu bedenken sind die von uns gewünschten Eigenschaften des Bauteils: Leichtigkeit, aber auch eine enorme Steifigkeit. Unser finaler Prototyp wurde in ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer) im FDM-Verfahren (Fused deposition modeling) gefertigt. Für noch bessere Produkteigenschaften entscheiden wir uns für die Serienfertigung für einen Druck in Carbonfasern, wodurch wir die gewünschte Leichtigkeit, aber auch Steifigkeit erreichen.

So beeinflussen die gewünschten Produkteigenschaften die Materialauswahl und so auch die Auswahl des Fertigungsverfahrens beträchtlich. Es gilt aus dem großen Pool der Materialien (Metalle, Polymere, Harze, Gemische) der richtigen Fertigungskategorie (additives, subtraktives oder Gussverfahren) und den dort auswählbaren Prozessen zu wählen. Das sind in der additiven Fertigung: das Selective Laser Melting, das Selective Laser Sintering, das Fused Deposition Modeling und die Stereolithographie. Wie zu Beginn schon erwähnt gilt es die beste Gesamtlösung zu finden, die die gewünschten Produkteigenschaften am besten widerspiegeln kann.

Tamara Tüchelmann
Tamara TüchelmannMarketing & Communications bei KREATIZE® GmbH.

2018-04-26T09:10:00+00:00Februar 8th, 2018|Prototypen und Kleinserien, Werkstoffe|