Prototypen mit Vakuumguss – Rapid Prototyping

Es ist unerheblich, welche Ziele angesteuert werden, das Vakuumgießen zählt inzwischen zu den technischen und wirtschaftlichen Punktlandungen. Bei einigen Vakuumgießteilen reichen technische Vorgaben aus, um ein Ergebnis in ausgezeichneter Qualität zu bekommen. Der Vorteil wiegt umso mehr, wenn es dabei gleichzeitig zu Kosten- und Zeitersparnissen kommt. Prototypen werden auch als „Urmodelle“ bezeichnet, vereinfacht gesagt, werden CAD-Daten direkt dazu genutzt, ein Modell herzustellen. Dieser Prototyp wird dann als Vorlage für eine Kleinserie verwendet.

In der heutigen Zeit gewinnt umweltschonendes Handeln und Produzieren immer mehr an Bedeutung, kann längst nicht mehr nur einfach als „Trend“ angesehen werden. Wenn Natur und Umwelt am Herzen liegen, dann sollte man bei der Auswahl des Unternehmens auch darauf achten, wie umweltschonend die erteilten Arbeiten erledigt werden. Für die Entwicklung von Prototypen stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Die neue Technologie wird auch als „Rapid-Prototyping“ bezeichnet. Frei übersetzt bedeutet das „schneller Modellbau“. Damit werden als Oberbegriff alle Verfahren bezeichnet, bei denen Bauteile nach am Computer geschaffenen Konstruktionsdaten schnell und ohne größere Umwege hergestellt werden.

Was ist „Rapid Prototyping“?

Rapid Prototyping bedeutet übersetzt „schneller Modellbau“ und genau das ist es auch. Beim sogenannten Rapid-Prototyping-Verfahren wird ein Urmodell innerhalb kürzester Zeit in aller Präzision gefertigt. Der Vakuumguss ist ein Teil des Verfahrens, denn mittels Vakuum wird der Form Luft entzogen, so entsteht im Inneren einer Form exakt das gewünschte und zuvor am Computer kreierte Modell.

Für was werden Prototypen benötigt?

Mit der Fertigung solcher Prototypen können Modelle zu Anschauungszwecke, für Testdurchläufe, als Prüfobjekt vor einer Serie oder als Muster für eine Messe gefertigt werden. Oft kommen solche Einzelteile für Handelsvertreter zum Einsatz, da damit eine Funktionsweise erklärt werden kann.

Die Prototypenherstellung mit Anwendung des Vakuumgussverfahrens

mit dem vakuumgussverfahren gefertigte prototypen

Mit dem vakuumgussverfahren gefertigte prototypen

Die Silikonform wird in eine spezielle Vakuumkammer gegeben und durch einen Angusskanal – etwa ein Rohr – aufgefüllt. Durch das Vakuum wird der Form die Luft entzogen, was die Produktion von filigranen Bauteilen ermöglicht. Ohne das Vakuum würden sich Luftblasen ebenfalls mit dem eingefüllten Werkstoff füllen, was die Nachbearbeitungszeit erheblich verlängern würde. Eine Silikonform kann für 20 bis 30 Teile genutzt werden, bevor sie ausgetauscht werden müsste. Aus diesem Grund eignet sich das Vakuumgussverfahren ausgezeichnet für Kleinserien, bei denen eine Form für die Serie reicht.

Stereolithographie

Sie gehört zu den ältesten generativen Modellbauverfahren und ist den meisten Anwendern als STL bzw. SLA bekannt. Auch im Hinblick auf inzwischen verfügbare hochmoderne Verfahren des modernen Prototypings, gehört dieses Verfahren noch lange nicht zum alten Eisen. Bei der Stereolithographie können die Oberflächen sauber und glatt herausgearbeitet werden. Die absolute Präzision gehört zu den entscheidenden Vorteilen des Verfahrens, komplexe Bauteile mit Hinterschnitten, Rastnasen und Funktionsbereichen können perfekt abgebildet werden. Stereolithographiemodelle sind unter anderem deshalb eine perfekte Basis für anspruchsvolle Vakuumgießteile.

Metall-Lasersintern

Es mag sich anhören wie ein Verfahren der Zukunft, ist es aber nicht, die Realität spielt bereits heute. Bei diesem Verfahren werden die Metallteile direkt aus digitalen Daten hergestellt. Dabei wird unter Mithilfe eines Laserstrahls und unter Schutzgasatmosphäre kleinstes und mikrofeines Metallpulver zu Metallteilen verschweißt. Das Verfahren wird in der Fachsprache als Selective Laser Melting oder auch „SLM“ bezeichnet. Die erreichbare extrem hohe Dichte der produzierten Metallteile ist das Besondere an dem Verfahren. Sie liegt bei sagenhaften 99,8% und verfügt damit über Eigenschaften, die man ansonsten nur von den klassisch produzierten Metallteilen kennt.

Das SLM-Verfahren ermöglicht nie dagewesene Produktionsmöglichkeiten, beispielsweise können geschlossene Zellstrukturen und Hohlkörper ohne Festigkeitsverlust für den Leichtbau hergestellt werden. Auch bei Werkzeugeinsätzen mit relativ konturnahen Kühlverläufen und Formkernen verspricht das Verfahren ein enormes Einsparpotential und deutliche Fortschritte in den Arbeitsprozessen. So kann die bei der Kunststoffproduktion anfallende unerwünschte Wärme beim Erkaltungsprozess über SLM-hergestellte Formkerne ganz gezielt verringert werden. Als Folge dieser gezielten Wärmekontrolle hat die Qualität der Kunststoffteile bei der SLM-Technik deutliches Steigerungspotential, da weniger Wärme auch einen geringeren Verzug bedeutet. Hinzu kommt, dass durch die wesentlich schnellere Wärmeabfuhr die Zykluszeit reduziert werden kann, womit wir bei dem Thema „Zeit ist Geld“ wären.

Somit können bei den unterschiedlichen Rapid Prototyping-Verfahren – etwa SLA oder SLM – günstig Prototypen in Kombination mit dem Vakuumguss – hergestellt werden, das gilt ganz besonders bei der Fertigung eines Urmodells, welches später als Vorlage für eine Kleinserie dient.

Weitere 3-D-Druckverfahren

Die Bezeichnung ist sicherlich ein wenig irreführend, aber keineswegs falsch. Das gebräuchliche und hochmoderne 3-D-Druckverfahren ist bestens für Prototyping geeignet. Es hört sich natürlich zunächst einmal sensationell an: Aus Edelstahl, Werkzeugen, Inconel, Titan oder irgendwelchen Legierungen lassen sich direkt aus den digitalen Daten, ohne vorhandenes Werkzeug, Metallbauteile herstellen. Die genauen Daten, über die man inzwischen bei den jeweils notwendigen Produkten verfügt, machen jedoch diese Technik zu einer gebrauchsfähigen Anwendungstechnik.

Die Möglichkeiten des 3D-Drucks aus Metall sind nahezu grenzenlos. Egal, ob es sich um komplexe Funktionsteile, Konstruktionsteile oder Werkzeugeinsätze mit konturnahen Kühlverläufen handelt, mit dem 3-D-Druckverfahren ist schlicht und ergreifend alles möglich.

Das Verfahren kommt in der Hauptsache inzwischen beim Fertigen von Prototypen und kleinen Stückzahlen zur Anwendung. Der hohe maschinelle Aufwand und ganz besonders die vom erzeugten Volumen abhängigen Prozesszeiten, die je nach Aufwand zwischen einigen Stunden oder aber auch einigen Tagen liegen können, sorgt dabei dafür, dass die Technik immer häufiger zum Einsatz kommt, um die Möglichkeiten der schnellen Verfügbarkeit zu nutzen.

Fazit

Vakuumguss ist ein absolut effizientes und kostengünstiges Verfahren zur Fertigung einer Kleinserie oder eines Prototypen. Allerdings empfiehlt es sich, bei einzelnen Modellen genau abzuwägen, ob eventuell ein additives Verfahren – etwa SLM oder SLA – oder eine Kombination mit dem Vakuumguss zum Einsatz kommen sollte.