produktentwicklung und additive fertigung · für die individuelle wie rapide produktentwicklung...

RAPID ENGINEERING Autochassis im 3D-Druck Seite 12

RAPID PRODUCT DEVELOPMENT Design Thinking Seite 14

RAPID PROTOTYPING Künstliche Blutgefäße Seite 16

RAPID TECHNOLOGY Tempelmodell Seite 26

Dynamischer zur Mobilität

von morgen

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www.rapidx-online.de

PRODUKTENTWICKLUNG UND ADDITIVE FERTIGUNG

D: Euro 14,80A: Euro 14,80CH: SFr 26,00

01_Titel BMW_RX1-12_hk_fan 08.02.2012 18:58 Uhr Seite 1

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02_U2-U4_RX1 08.02.2012 15:42 Uhr Seite 1

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EDITORIAL 3

rapidX 1 -2012

Vom Auftriebsprinzip FAuftrieb = Vverdrängt·rFluid·g des

Archimedes über das Gravitationsgesetz Newtons

bis zur berühmten Energieformel E=mc2 von

Einstein war es zunächst ein weiter Weg. Die sich daraus

ergebenden technischen Innovationen haben unsere Welt

schneller verändert, als man denkt. Sie glauben das nicht?

Nur so viel: Diese drei abstrakten Formeln sind für Laien

zwar nicht besonders aufschlussreich. Aber konkret gesagt,

ist die Archimedes-Formel wichtig für die Schifffahrt, die

von Newton für die Raumfahrt und die von Einstein für

Atomreaktionen. Anders dagegen hier – eine sofortige

wie schnelle Auswirkung bemerken wir per Mausklick mit

diesem Formelgebilde:

Das ist der Page-Rank-Algorithmus der Suchmaschine

Google. Er liefert uns – nach Gewichtung gelistet – die

gesuchten Web-Seiten. Die Algorithmen der Informations-

technik und des Internets haben unsere Arbeits- und

Lebensweise radikal und nachhaltig verändert. Und auch

für die individuelle wie rapide Produktentwicklung sind

Algorithmen und damit Formeln

unverzichtbar. Mit ihrer Hilfe

entstehen per Digital & Rapid

Prototyping komplexe wie raf-

finierte Produkte und Teile

im 3D-Druck. Diese individuelle

Produktion nach Maß lässt

Formeln vergessen – gut so,

denn der Mensch ist immer

noch das Maß aller Dinge!

Richard Fachtan, Chefredakteur

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EINBLICK

Formeln verändern rapideunsere Welt

Schicht für Schicht.

Dieser Anwenderleitfaden bietet Ihnen

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Überblick über die verschiedenen

Verfahren und Applikationen. Dabei

werden unterschiedliche Anforderungen

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aspekte und Problemfelder der einzelnen

Anlagen und Technologien vermittelt.

Zusätzlich bekommen Sie Tipps zur

Auswahl der richtigen Technologie für

verschiedene Aufgabenstellungen. So

werden Sie in die Lage versetzt, eigen-

ständig eine Aufwand/Nutzen-Betrach-

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rap idX INHALT4

rapidX 1 -2012

Öko-AutoDer Urbee von Stratasys

in 3D gedruckt:

Die FDM-Technologie hat

es möglich gemacht,

Änderungen am Design

einfach und effizient

während der Fertigung zu

realisieren.

Künstliche BlutgefäßeEin hochauflösendes Rapid-

Prototyping-Verfahren verarbeitet

biokompatible Harze. Per

3D-Inkjetdruck werden feine

Strukturen für Gefäßäste mit

kleinen Wandstärken hergestellt.

Virtueller Tempel1,5 Milliarden erfasster

Bildpunkte ließen dieses

virtuelle Modell

entstehen. Die Forscher

konnten damit Analysen

vor der Restaurierung

durchführen. Und

Voxeljet konnte damit

ein Modell des Tempels

ausdrucken.

TeamworkDieses Induktionsgerät aus der

Tiermedizin ist eine gemein-

same Entwicklung von Markt-

forschern, Werkzeugbauern

und Designern.

TITELSTORY 01/12

Der Versuchsfahrzeugbau der BMW Group hat inder Regel nur wenige Wochen Zeit, um ein neues Fahrzeugmodell zu bauen. Ohne werkzeuglose Fertigung ist so ein Zeitplan nicht realisierbar. Ein eigenes Rapid Technologies Center sorgt für dieschnelle Lieferung von Bauteilen. Auch Qualitäts-sicherung spielt eine große Rolle – die Entwicklerarbeiten mit Hochdruck an Lösungen zurSteigerung der Bauteilgüte.

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RAPIDX IMAGE

10 Designer-KunststückDer Zusammenhang zwischen digitalem Design und dessen Umsetzung wird eindrucksvoll präsentiert. Der Multimaterial-Druck erfolgte in einem Schritt.

RAPID ENGINEERING

12 Verbrauch: 1,18 l auf 100 kmMit ›Urbee‹ wurde per Digital & Rapid Prototyping ein kraftstoffsparender Zweisitzer entwickelt, der nebenbei auch noch praxistauglich ist.

RAPID PRODUCT DEVELOPMENT

14 Rapid TeamworkBeim Design Thinking arbeiten Teams aus vielen Disziplinen zusammen – heute auch mithhilfe von Rapid-Technologien.

RAPID PROTOTYPING

16 Wie aus Tinte Röhren werdenFraunhofer-Forscher entwickeln im Projekt ›Bio-Rap‹ mit neuartigen Verfahren künstliche Blutgefäße. Der 3D-Inkjetdruck verarbeitet dabei biokompatible Harze.

18 Individuelle KranioplastikKünstliche Gelenke sind mittlerweile Routine. Als neue Herausforderung gelten patientenspezifische Schädel-prothesen mit hybrider lasergesinterter Geometrie.

RAPID MANUFACTURING

20 Schneller Prototypenbau für AutosDer Versuchsfahrzeugbau der BMW Group muss in wenigen Wochen neue Fahrzeugmodelle bauen – und setzt dabei auf die werkzeuglose Fertigung.

RAPID TECHNOLOGY

26 Tempelmodell per 3D-DruckArchäologie trifft Hightech: Scanspezialisten lieferten Daten für die Restauration. Zur Krönung wurde ein reales Modell der sudanesischen Hathorkapelle erstellt.

STANDARDS

3 Editorial6 Branche

28 Innovationen33 Inserenten & Firmen34 Vorschau & Impressum

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NEUNTE RAPID TECH, 8. BIS 9. MAI 2012, ERFURT

Innovationen treffen auf Visionen Auf der kommenden Rapid Tech erwei-tern Experten und Neueinsteiger der additiven Fertigungsverfahren bereits zum neunten Mal ihr Fachwissen. Die drei Fachforen, die Anwendertagung undder Konstrukteurstag bieten außerdemideale Gelegenheiten zum Networking.Trends bei Dienstleistungen, Produkten,Maschinen und Anlagen zeigt die

begleitende Fachausstellung. Seit ihrerPremiere im Jahr 2004 ist die Rapid Techauf Verfahren zur direkten Fertigung vonProdukten mittels additiver Verfahrenspezialisiert. Was damals Rapid Manu-facturing hieß, ist heute als AdditiveManufacturing (AM) bekannt und erobertimmer neue Anwendungsgebiete, mitzum Teil gravierenden Auswirkungen aufdie gesamten Herstellungsprozesse, Wert-schöpfungsketten und Geschäftsmodelle.Leitmotiv ist dabei, immer schneller undeffizienter individuelle Bauteile zu fer-tigen. Die Entwicklung hat der Rapid Techrecht gegeben: Heute stehen nicht mehrPrototypen, sondern Endprodukte alsEinzelteile oder in Kleinserien im Mittel-punkt von Fachvorträgen und ausgestell-ten Beispielen. Besonderes Merkmal derRapid Tech ist die enge Verknüpfung vonFachwissen und branchenbezogenerpraktischer Umsetzung. Die hohe Dichte

von Fachwissen, vermittelt durch Vorträgeund Beispiele in der Fachausstellung, wirddurch vielfältige Möglichkeiten zum intensiven Austausch und zur Kontakt-pflege ergänzt. Ungebremst ist der Fortschritt bei der Anwendung von CAD/CAM-Verfahren inder Zahntechnik: Neben alltäglichemZahnersatz wie Kronen und Brücken spie-

len Implantatarbeiten undkieferorthopädische Anwen-dungen eine immer größereRolle. Die Besucher desFachforums ›CAD/CAM undRapid Prototyping in der Zahntechnik‹ im letzten Jahrzeigten sich oft überrascht vonden wachsenden Möglich-keiten von AM in dieserBranche. Spannend waren vorallem erfolgreiche Beispielewie das 3D-Printing für Guss-verfahren und die direkte Her-stellung von Zahnersatz in biokompatiblen Composites. In der Medizintechnik zeigtsich besonders eindrucksvolldie Stärke des Rapid Proto-typings – das Fertigen vonpassgenauen, individuellenEinzelstücken. Das zweitägigeFachforum ›Medizintechnik‹

widmet sich darüber hinaus dem Einsatzmarktreifer Rapid-Manufacturing-Anlagenzur direkten Herstellung von Implantatenund Prothesen. Wer einen Überblick suchtoder die Trends ausmachen möchte in

dem sich vielfältig, innovativ und dyna-misch in viele Richtungen entwickelndenMarkt, für den ist die Rapid Tech 2012 ein Muss. Für die Luftfahrtbranche ist neben denunmittelbaren ökonomischen Vorteilenbei der Herstellung der Bauteile vor allemauch die Leichtbauweise beim AM vonBedeutung. Unterschiedliche Anwendervermitteln im Fachforum ›Luftfahrt‹ ihreSichtweise auf das Produktionssystem,Maschinenhersteller präsentieren Erfolgs-beispiele. Derzeit ist ein Paradigmen-wechsel von der Prototypen- zur Serien-fertigung wahrnehmbar. Das Fachforumerläutert, kommentiert und unterstütztdiesen.Praxisnähe und Visionen kennzeichnendie zweitägige Anwendertagung. Hierwerden der derzeitige Stand und dieTendenzen der direkten generativen Fertigung diskutiert. Ziel ist, aus diesen Erfahrungen und Erkenntnissen neue Anwendungsfelder abzuleiten. Anwen-der, Hersteller und Dienstleister präsen-tieren viele praktische Beispiele. Aberauch Forschern und Visionären bietet die Anwendertagung ausreichend Raum.Entwickler und Konstrukteure, die mitkonventionellen Fertigungsverfahren vertraut sind, erkennen immer mehr dieVorteile der direkten werkzeuglosen Pro-duktion. Die damit einhergehende, fastvollkommene geometrische Gestaltungs-freiheit wirft aber auch viele Fragen auf.Der Konstrukteurstag bietet die Plattformfür Lösungen: Er vermittelt das nötige Zusatzwissen, um für die traditionelle Produktion konstruierte Bauteile für einegenerative Fertigung zu optimieren. � www.rapidtech.de

›ArachNOphobia‹: Kai Ondratschek, Student der

Uni Stuttgart, belegte damit den ersten Platz des

›Student Design Award for Rapid Manufac-

turing 2011‹. Bild: Messe Erfurt

Früh übt sich: Die additiv gefertigten

Objekte begeistern Groß und Klein.

Bild: Messe Erfurt

Ganz nah dran: Die Fachmesse

bietet den Besuchern die Chance für

Detailansichten. Bild: Messe Erfurt

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Innovation am ILT: Nun

folgt der nächste Schritt

für die generative

Fertigung – vom

Nischeneinsatz des Rapid

Prototyping hin zum

Rapid Manufacturing.

Bild: Fraunhofer ILT

INNOVATIONSPREIS FÜR FRAUNHOFER ILT

Selbst ist der KundeDer Innovationspreis des Landes NRW in der Kategorie ›Inno-vation‹ geht an den Leiter des Fraunhofer-Instituts für Lasertech-nik ILT, Prof. Dr. Reinhart Poprawe M.A., und sein Team. BeimSelective Laser Melting (SLM) ist das Team weltweit führend. Inder Fertigung sollen neue Geschäftsmodelle wie Mass Customi-zation, Open-Innovation oder Co-Creation, bei denen der Kundesein gewünschtes Produkt weitgehend selbst oder mitgestaltenkann, Einzug halten. Während vor 20 Jahren die Herstellung vonDesignmustern aus Kunststoff oder Papier möglich war, konnteman metallische Bauteile in dieser Art noch nicht fertigen. Erstdie Entwicklung des SLM am Fraunhofer ILT in Aachen erweiterteden Horizont für das Rapid Prototyping. � www.ilt.fraunhofer.de

3D-Modell: Der

Bühnenaufbau beim

Staatszirkus

in Minsk.

Bild: Bosch-Rexroth

EXTRAVAGANTE BÜHNENTECHNIK

Digitaler Entwurf und SimulationRaffinierte Bühnentechnik für Theater- und Opernhäuser inZentral- und Osteuropa entwickelt Bosch-Rexroth Tschechienmit Autodesk-Software. Erst kürzlich realisierte das Unter-nehmen drei Vorzeigeprojekte für Theater in der Slowakei und in Polen sowie ein aufwendiges Bühnensystem für denStaatszirkus in Minsk. Alle drei Projekte wurden mithilfe vonAutodesk Inventor und Autodesk Vault umgesetzt. Als Teil desProjekts in Minsk haben die Bosch-Rexroth-Ingenieure einSystem ausgearbeitet, bei dem sich die Arena innerhalbweniger Minuten automatisch verändern lässt. Das System istwie ein Jukebox-Container konstruiert: Die einzelnen Bödensind übereinander positioniert und schieben sich mithilfe eines hydraulischen Motors hinein und heraus. Der Containerwird über ein zentrales Kontrollpanel per Knopfdruck bedient.Die Manege verwandelt sich so von einer Arena für Tiere zu einer künstlichen Eisfläche oder in einen Tanzboden mit ein-gelassenen Lichtern. Eine der Herausforderungen des Minsk-Projektes war, dass die Bühne dem Gewicht mehrerer großerTiere – beispielsweise von Elefanten oder Nilpferden – stand-halten musste, der Raum unter der Arena aber doch sehr beschränkt ist. Hinzu kam, dass die Böden mit einer Genauig-keit von einem Millimeter auf der Bühne positioniert werdenmussten. Autodesk Inventor berechnete und analysierte die Anordnung des kompletten Systems und simulierte unter anderem die Ein- und Ausfahrbewegungen der Böden:Um einen Boden in den Container zu schieben, bedarf es 27 einzelner, mit exaktem Timing ausgeführter Antriebs-motor-Bewegungen. � www.autodesk.de

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MEDIZINISCHE FORSCHUNG

Individuelle Implantate Die Ergebnisse des Forschungsprojektes ›Additiv gefertigteIndividual-Implantate für die Rekonstruktive Chirurgie‹wurden kürzlich am Firmensitz der FIT GmbH präsentiert. DieAdditive Fertigung von medizinischen Implantaten aus Metalldurch Schichtaufbauverfahren wie DMLS, SLM oder EBMwird bereits seit geraumer Zeit mit Erfolg untersucht. Indiesem speziellen Projekt lag der Fokus jedoch auf anderenMaterialien und neuen Wegen. FIT war besonders in den Bereichen Werkstoffauswahl und -charakterisierung sowiebei der Konzeption und dem Bau des Versuchsstandes invol-viert. Dabei ist es gelungen, ein Gerät zu konstruieren, dasKunststoffpulver genau und wirtschaftlich verarbeiten kann.Mechanisch belastbare Bauteile lassen sich so aus Kunststoffgenerieren. Damit sind die technischen Voraussetzungen für den Einsatz bei individuellen Implantaten bereitet. Alswesentlicher Fortschritt ist außerdem die Entwicklung des›Powder Shuttle‹ durch das Team der FIT-Tochter Sintermaskzu werten. Das neuartige Beschichtungssystem macht denAuftrag schlecht rieselfähiger Pulver möglich. Das Systemnutzt ein neues Funktionsprinzip und kann Pulver bis 250 µm verarbeiten. Aktuell entwickelt das Unternehmenbereits eine Integration von Powder Shuttle und Laser-Scanner-System. An dem Projekt haben die FIT FruthInnovative Technologien GmbH, der Lehrstuhl für Kunststoff-technik (LKT) der Uni Erlangen-Nürnberg und die Mund-,Kiefer- und Gesichtschirurgische Klinik (MKG) der UniklinikErlangen zusammengearbeitet. � www.pro-fit.de

NEUERÖFFNUNG

Vergrößerter Einzugsbereich Ein neues Büro in Oberursel hat Inus Technology eröffnet. Das Unternehmen istspezialisiert auf Reverse Engineering und Qualitätskontroll-Software auf Basis von3D-Scandaten. Die Räumlichkeiten befinden sich nordwestlich von Frankfurt. Daskoreanische Unternehmen Inus Technology, Inc. hat das erste europäische Büro inEschborn im Jahr 2004 als Rapidform-Filiale für Europa, den mittleren Osten undAfrika eröffnet. Seither ist die Anzahl der autorisierten Rapidform-Vertriebspartnerund Anwender im EMEA-Bereich um das 15-Fache gestiegen. Die Präsenz im auf-strebenden europäischen Markt unterstützt die globale Wachstumsstrategie von Inus mit der Eröffnung neuer Fillialen, dem Angebot von Schulungen und der Einstellung von neuem Personal in den Bereichen Vertrieb und Marketing. � www.rapidform.com

INNOVATIONSENTWICKLUNG FÜR DEN A380

Blick in die Airbus-Kabine Airbus hat die Sieger des intern ausgeschriebenen Wettbewerbs›The Airbusway‹ mit dem ›Airbus Award for Excellence 2011‹ geehrt. Einer der neun Preisträger in der Kategorie ›Drive in-novation and deliver reliably‹ war das Hamburger Projektteam›A380 Virtual Cabin Review‹. Aus insgesamt 800 Anmeldungenweltweit und als eine von 25 Siegermannschaften gewann dasTeam erstmals einen Preis mithilfe der 3D-Visualierungssoftwareund Beratungsleistung von RTT. Für das prämierte Airbus-Projektteam bestand die Herausforderung darin, Daten aus einer Vielzahl von Quellen zusammenzuführen, um damit hoch-realistisch abzubilden, wie die Kabine eines in Bau befindlichenFlugzeugs nach Fertigstellung aussehen wird. Auf Basis von 3D-DMU- und Lieferantendaten, Layout-Zeichnungen undweiteren Informationen bietet die ›A380 Virtual Cabin Review‹einen ersten exklusiven Blick in das Flugzeug: Das interaktive,fotorealistische Verfahren der RTT-Software zur Darstellung vonKabinen erleichtert die Entscheidungsfindung in der Phase derProduktzusammenstellung und fördert den Bezug des Kunden zu seinen zukünftigen Airbus-Kabinen. � www.rtt.ag

Hüftimplantat:

Die additiv

gefertigte Form

des Implantats

kann jetzt den

Scan-Daten des

Originalknochens

individuell nachemp-

funden werden.

Bild: FIT

Neue Filiale: In Oberursel (Taunus)

hat Inus nun seine Räumlichkeiten

eröffnet. Bild: Inus Technology

Airbus Award for Excellence 2011: Das Siegerteam hat eine

Flugzeugkabine hochrealistisch abgebildet. Bild: RTT


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STRATEGISCHE PARTNERSCHAFT

Prototypen und KleinserienDie strategische Kooperation im Bereich Metall-Gieß-anlagen und Selective-Laser-Melting-Anlagen haben nun die SLM Solutions GmbH und die Schultheiss GmbHbekannt gegeben. Die beiden Unternehmen präsentierensich dem Markt als umfassender Gesamtlösungsanbieterfür Prototypen und Kleinserien aus Metall. Kunden derbeiden Partner profitieren künftig von konzentrierter Erfahrung und einem großen Portfolio. Im Fokus steht diebestmögliche Lösungsfindung und optimale Anwendungvon Gießtechnik und der Selektiven Laser-Schmelztech-nik. Die kompakte generative Laserschmelzanlage ›SLM125 HL‹ beispielsweise erzeugt hochwertigemetallische Bauteile auf der Basisdreidimensionaler CAD-Daten. Daswirtschaftlich arbeitendeSystem ist für den F&E-Bereich sowie für die Produk-tion kleinerer Werkstückeausgelegt. Die bidirektionaleBeschickung führt laut Hersteller die SLM 125 HL zur höchsten Baurate dieserKlasse. Ferner überzeugt dasSystem durch ein Sicherheits-filtersystem in Verbindung mit einer effizienten Schutz-gasumwälzung mit laminarerStrömung und geringem Gasverbrauch. Durch eineVielzahl von Optionen und Erweiterungsmöglichkeitenkann der Anwender dieseSLM-Anlage immer seinenindividuellen Anforderungenanpassen. � www.slm-solutions.com

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rapidX 1 -2012

SLM 125 HL: Verwendbar

sind Edelstahl, Werkzeugstahl,

Kobalt-Chrom, Inconell,

Aluminium oder Titan.

Bild: SLM Solutions

Offenes

Steuerungs-

konzept:

Individuelle

Bauprozesse

lassen sich so

anpassen und

einspeisen.

Bild: SLM

Solutions Der jährliche Treffpunkt für Praktiker,Entwickler und Visionäre mit:

· Anwendertagung

· Konstrukteurstag

· Fachforum „CAD/CAM und Rapid Proto typing in der Zahntechnik“

· Fachforum „Medizin technik“

· Fachforum „Luftfahrt“

Fachmesse und Anwender tagung für Rapid-Technologie

8. + 9. Mai 2012

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RAPID TECHNOLOGY10

rapidX 1 -2012

RAPID TECHNOLOGY10

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RAPID TECHNOLOGY 11

rapidX 1 -2012

RAPID TECHNOLOGY 11

DESIGNER-KUNSTSTÜCK

Das Objekt hier könnte

man auch als die

stilisierte Skulptur

einer liegenden Figur

interpretieren. In Wirk-

lichkeit dient diese

Form jedoch als Stuhl.

Beachten sollte man

jedoch die außer-

gewöhnlichen Details

des Materials – es ist

ein einzigartiges

Produkt des Multi-

material-3D-Druckers

Objet Connex. Dieser

kann bis zu 14 ver-

schiedene Material-

kombinationen aus den

Kunststoffen Vero

White Plus und Tango

Black Plus in einem

einzigen Arbeitsschritt

nahtlos herstellen. Das

Kunststück ist ein Ent-

wurf der Designerin

Neri Oxman. Sie ist

Assistenz-Professorin

am MIT Media Lab und

erforscht den Zusam-

menhang zwischen

digitalem Design und

dessen Umsetzung zu

realen Objekten. Bild

: OB

JE

T/

Ner

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an

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RAPID ENGINEERING12

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»Wir sollten das Bedürfnis haben, ein sauberesund energieeffizientes Auto zu fahren und zu

besitzen«, erklärt Jim Kor, Präsident und Senior Designerder Engineering Group von Kor Ecologic mit Sitz inWinnipeg. Seine Leidenschaft für die Umwelt brachteihn dazu, ein neues Auto mit dem Arbeitstitel Urbeeentsprechend den Prinzipien der Nachhaltigkeit zu kon-struieren. Das Fahrzeug wurde mithilfe der 3D-Druck-kapazitäten von Stratasys entwickelt. Der ZweisitzerUrbee, dessen Name für ›Urbanes Elektroauto mitEthanol-Unterstützung‹ (Urban electric with ethanolbackup) steht, wurde daraufhin konzipiert, möglichstwenig Energie zu verbrauchen. Er erreicht mehr als 200 mpg (entspricht 1,18 l/100 km) auf Fernstraßenund 100 mpg (etwa 2,35 l/100 km) im Stadtverkehr.Und nun ist der Urbee der erste Prototyp eines Autos,dessen gesamte Karosserie ausschließlich mit einemadditiven Fertigungssystem hergestellt wurde.

Als die Firmenleitung von Kor die Entscheidung traf,das laut Herstellerangaben kraftstoffsparendste undumweltfreundlichste Fahrzeug der Welt zu entwickeln,bestand ihr Ziel darin, ›ein praxistaugliches und verkehrs-sicheres Auto zu entwerfen, das nur mit erneuerbarerEnergie betrieben wird und dabei umweltverträglichsowie universell einsetzbar ist‹, erläutert Jim Kor. SeineHoffnung ist, dass es eines Tages einen globalen Markt

dafür geben wird. Kor Ecologic wollte den Urbee während des gesamten Ent-wicklungs- und Fertigungsprozesses so aerodynamisch und umweltgerecht wiemöglich gestalten.

Zunächst fertigten Jim Kor und sein Team ein halbes Tonmodell des Autosin einem Größenmaßstab von 1:60 an. Indem sie einen Spiegel an das Halb-modell hielten, konnten sie sehen, wie ein vollständiges Modell aussehen würde,ohne dafür das Auto komplett herstellen zu müssen. Als Nächstes ließ das Teamdas Modell in einen Computer einscannen, um seine aerodynamischen Eigen-schaften zu testen. Sie wollten dabei bestimmte Ziele erreichen – ansonstenwürde sich ihre Computersimulation als falsch herausstellen und das ganzeFahrzeug würde praktisch auseinanderfallen. Eine sehr wichtige Größe war derLuftwiderstandsbeiwert (cw-Wert), der nach ihrem Wunsch 0,15 oder wenigerbetragen sollte. Zum Vergleich: Der Toyota Prius hat einen cw-Wert von 0,26.Das Computermodell wies den cw-Wert des Urbee mit 0,149 aus. »Das warverblüffend«, meint Jim Kor. »Damit gewannen wir die nötige Zuversicht, umweiterzumachen.«

Von der Idee zum realen Modell. »Wir hatten alle Daten im Com-puter drin, aber wir wussten nicht, wie wir sie umsetzen sollten«, erzählt JimKor. Sein Unternehmen verwendete dabei eine CAD-Software von Autodeskzunächst für das Digital Prototyping. Mit dem realen Rapid Prototyping warman jedoch noch nicht soweit.

Er und sein Team waren sich im Klaren darüber, dass sie mit traditionellenProduktionsmethoden nicht die von ihnen gewünschten Ergebnisse erreichenwürden, deshalb prüften sie andere Optionen. Eine Möglichkeit bestand darin,die Karosserieteile des Prototyps aus Faserverbundkunststoff (FVK) oder Fiber-

Verbrauch: 1,18 l auf 100 kmZiel war, das bisher umweltfreundlichste Auto zu entwickeln. Heraus kam

Urbee, ein kraftstoffsparender Zweisitzer, der auch praxistauglich ist. Die

Karosse wurde per Digital & Rapid Prototyping konstruiert und gefertigt.

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Das Elektroauto Urbee in Fahrt: Dessen Chassis wurde gedruckt.

Die FDM-Technologie hat es möglich gemacht, Änderungen am Design

einfach und effizient während der Fertigung zu realisieren.

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glas herzustellen. Dies würde es nötig machen, für jedes der Karosserieteileeinen Kern im Maßstab 1:1 zu fertigen, wobei zunächst ein starkes Gerüst ausHolz oder MDF erstellt und mit einem Hartschaumstoff ummantelt wird. Dieserkann dann per Hand in die passende Form gemeißelt werden.

Alternativ könnte der Kern auch mithilfe einer CNC-Fräsmaschine gefrästwerden, um eine präzisere Oberfläche zu erzeugen. Danach müsste eineNegativform erstellt und Fiberglas- und Kunstharzschichten auf die Oberflächeaufgetragen werden, bis sie formstabil ist. Sobald das Teil ausgehärtet ist, würdedas Bauelement von der Form getrennt werden. »Das ist ein sehr langwierigesund arbeitsintensives Verfahren«, erläutert Blaine McFarlane, einer derIngenieure von Kor Ecologic. Er gelangte zu der Einschätzung, dass mit derAnfertigung sämtlicher Karosserieteile aus FVK zwei Mitarbeiter acht bis zehnMonate durchgehend beschäftigt wären. Der Einsatz von CNC-Fräsen hättezwar die benötigte Zeit verkürzt, aber immer noch drei Monate gedauert.

Die Lösung: die Karosserie drucken. Etwa zur selben Zeit schickteTerry Halajko, einer der Industriedesigner von Kor Ecologic, eine e-Mail miteinem Link zum 3D-Druckerhersteller Stratasys. Er wollte wissen, ob man sogroße Teile herstellen könnte. Es schien, als hätte man die Lösung gefunden.Seine Gespräche mit Führungskräften von Stratasys brachten Jim Kor zu derEinschätzung, dass alle äußeren Bauteile mithilfe von Dimension-3D-Druckernund Fortus-3D-Produktionssystemen bei Red Eye On Demand entwickelt werdenkönnten. Jim Kor und seine Kollegen wandelten daraufhin die eingescanntenComputermodelle des Autos in zehn logische Karosserieteile um, wobeizunächst ein Modell im Maßstab 1:6 erstellt wurde, um die Passgenauigkeitaller Einzelteile zu überprüfen. Dadurch gelangte das Team zu der Überzeugung,dass die großen Karosserieteile keine Probleme bereiten würden.

Zusammen mit Stratasys wählte das Team ABS-Kunststoff als bevorzugtesFertigungsmaterial und begann mit dem Bau des Autos. Einige Karosserieteilewurden innerhalb von Wochen nach dem Startschuss für den Baubeginn gefer-tigt. Als Erstes wurden die Tür und die Seitenteile im Maßstab 1:1 fertiggestellt.»Das waren richtig große Teile«, erklärt Jim Kor. »Sie passten perfektzusammen.«

Die übrigen Karosserieteile werden derzeit von Stratasys gefertigt. »Schondie Herstellung des ersten Autos war eine ziemliche Leistung«, betont Jim Kor.

»Bei unserem zweiten Prototypwerden wir das Design auf dieMöglichkeiten der Drucker vonStratasys ausrichten. Wirmöchten die Leistungsfähigkeitder Geräte voll ausnutzen.« Dasheißt, dass mit deren Hilfesowohl das Innere als auch dasÄußere des Fahrzeugs ent-worfen werden sollen.

Jim Kor vergleicht den Kot-flügel eines zukünftigen Urbeegerne mit dem Beinskelett einesVogels. »Wenn Du Dir den Querschnitt eines Vogelbeinsanschaust, so siehst Du, dasssich nur dort Knochenmaterialbefindet, wo der Vogel einehohe Bruchfestigkeit benötigt«,erklärt er. »Das Bein sieht wie einchaotisch geformtes Gewebeaus. Die FDM-Technologie ist daseinzige Fertigungsverfahren, mit

dem man ein Vogelbein replizieren kann.« Das wird beider Anfertigung extrem leichter und doch stabilerBauteile, wie etwa des Urbee-Kotflügels, von hoherBedeutung sein. Gegenwärtig werden Kotflügel mitkonstanter Dicke gefertigt, aber ein Großteil des ver-wendeten Materials ist überflüssig, meint Jim Kor. Daserhöht nach seiner Einschätzung nur die Ineffizienz undUmweltbelastung des Autos. »Mit Stratasys-Druckernlässt sich ein Kotflügel herstellen, bei dem der Kunst-stoff genau dort angebracht ist, wo er benötigt wird«,so Jim Kor. »Das ermöglicht eine unglaubliche Leis-tungsfähigkeit. Das Verfahren ist gut für die Umweltund reduziert die Kosten ohne Einbußen bei der Sicher-heit. Es ist schlichtweg unnütz, Fertigungsmaterial anStellen einzusetzen, wo wir es nicht benötigen.«

»Die FDM-Technologie hat es uns ermöglicht,Änderungen am Design des Urbee einfach und effizientwährend der Fertigung zu realisieren«, erklärt Jim Kor.»Sie hat uns auch beim Erreichen unserer Umwelt-schutzziele geholfen, indem sie die Werkzeugbestü-ckung und maschinelle Bearbeitung ebenso überflüssigmacht wie sämtliche Handarbeit. Einen Pilot-Durchlaufohne Werkzeugbestückung machen zu können, bringtklare Vorteile.«

Die 3D-Druck-Geschwindigkeit erstaunt JimKor immer noch. »Karosserieteile in Tagen oder Wochenanfertigen zu können, ist ganz schön schnell«, so JimKor. »Mit anderen Methoden braucht man Monate.«Er sieht sich in der Verantwortung, positive Ver-änderungen durch die Entwicklung eines Fahrzeugsanzustoßen, das wenig Energie verbraucht. »Wenn wirdas Automodell sowieso schon im Computer haben,dann erfolgt die Herstellung der Karosserie im 3D-Druckaus Konstrukteurssicht ohne große Mühe«, bekennt er.»Man schickt einfach die Dateien, wartet ein bisschen,und dann...bums...sind die Karosserieteile fertig. Keinanderes Fertigungsverfahren ist damit vergleichbar.«

Der Urbee ist der erste Prototyp eines Autos, dessengesamte Karosserie man ausschließlich per additiver Fer-tigung im 3D-Druck produzierte. � Artikel unter RX110530

RAPID ENGINEERING 13

rapidX 1 -2012

Das Team von Kor Ecologic: Da das

Ökoauto Urbee noch weitgehend eigen-

finanziert ist, hoffen die Beteilgten,

nun Mittel für einen zweiten Prototyp

akquirieren zu können.

KONTAKTINFO

Entwickler:

Kor Ecologic

www.urbee.net

RP/AM-Dienstleister:

Red Eye On Demand

Tel. +32 16 396760

eu.redeyeondemand.com

Ausrüster:

Stratasys GmbH

Tel. +49 69 420 9943-0

www.stratasys.com

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RAPID PRODUCT DEVELOPMENT14

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Die Design-Thinking-Methode basiert auf derLösung komplexer Probleme bei der Entwicklung

innovativer Ideen. Innovation kann nur dann geschehen,wenn starke multidisziplinäre Gruppen sich zusam-menschließen, um eine Schnittstelle unterschiedlicherMeinungen, Perspektiven und Lösungen zu bilden.Hierbei wird die technische Machbarkeit, wirtschaftlicheRentabilität und Nachhaltigkeit erforscht.

Snail Design & Production Studio, mit Sitz in BuenosAires, bietet umfassende Lösungen für die Entwicklungneuer Produkte. Von der Beobachtung heraus, mittelsnicht linearer Denkprozesse, wird synthetisiert, probiert,wiederholt, gelernt und umgesetzt.

Gutes Design ist die Kombination von Ästhetik undoptimaler Benutzbarkeit. Diese Methodik ist auch alsDesign Thinking bekannt. Aus diesem Grund sind neueTechnologien wie e-Manufacturing äußerst nützlicheTools für diese Methodik. Die Möglichkeit,in kurzer Zeit mittels Rapid-TechnologienFunktionsteile zu entwickeln und herzu-stellen, ermöglicht es, Ideen schnell undpräzise zu realisieren. Durch die schnelleWiederholbarkeit von Funktionsteilenergibt sich die Fähigkeit, Änderungen inder Vorschlagsphase zu generieren undsomit die Auswirkungen des Designs vorder Umsetzung zu integrieren. Die Ergeb-nisse dieser Analysen und Studienermöglichen Snail Design ein ›learning bydoing‹. So wird das Paradigma ›Wie bauenwir‹ zu ›Bauen als Denkweise‹ geändert.Durch diesen Erfahrungsaustausch wird diebeste Umsetzung des Designs als ein ehr-licher Produktentwurf erzielt – und dasohne Aufzwingen mit angepasster undabgestimmter nachhaltiger Lösung.

Ein Beispiel fürs Teamwork war die Entwicklung eines Stellungsreglers in derDentalmedizin, mit welchem Röntgenbilder sequentiell aufgenommen werdenkönnen. Snail Design hat in dem Fall mit Cipres einen echten Entwicklungs-partner gefunden. In Zusammenarbeit mit der Universität Maimonides,Argentinien, wurde ein interaktives Dental-Forschungsteam gegründet. Zieldieser Zusammenarbeit war, das Produkt direkt bei Patienten zu untersuchen.Die Kernarbeit bestand darin, die Ergebnisse zu beobachten, dazuzulernen, zuändern und dann die Umsetzung im großen Maßstab zu realisieren. Dieerprobten Teile mussten der mechanischen Beanspruchung standhalten sowieauch hohe Temperaturen für die Sterilisation aushalten. Das Ergebnis über-zeugte. Innerhalb von zwei Jahren wurden alle Zielvorgaben erreicht.

Einen ganzheitlichen Blick zu bewahren ist für Nicolas Husseyals Designer sehr wichtig : »Wir sind das Bindeglied zwischen den verschiedenenDisziplinen. Wir müssen Kenntnis über Herstellungsmethoden, Materialien, Ver-fahrenstechniken, technologische Fortschritte, technische Einschränkungen,Ressourcenoptimierung und Auswirkungen auf die Umwelt haben. Nur sokönnen wir Produkte mit einem echten Mehrwert schaffen«.

Rapid TeamworkBeim Design Thinking arbeiten Teams aus vielen Disziplinen zusammen.

Designer, Entwickler, Werkzeugbauer und Marktforscher entwickeln

gemeinsam Ideen – heute auch mithilfe von Rapid-Technologien.

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Hält auch hohen Temperaturen stand:

Dieses Induktionsgerät aus der

Tiermedizin wurde von Syntex, Snail und

Cipres gemeinsam entwickelt. Der Einsatz

wurde direkt bei Tieren erprobt.

PROFILDer 34-jährige Industrie-Designer

Nicolas Hussey ist Teilhaber und

Design-Manager von Snail Design &

Production Studio: »Ich betrachte

Objekte nicht als statische Elemente,

sondern als Referenz der Evolution

des Menschen. Wir als Designer

müssen das Verhalten der Natur

verstehen lernen, vor allem wie mit

der Mutation die Weiterentwicklung

gelingt. Wir hören oft den Satz: ›Die

Welt verändern‹, in der Tat sollte es

heißen: ›Die Natur verstehen‹.«

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Verschiedene Stadien in der Entstehungsphase:

SLS (Selektives Lasersintern) war das Verfahren

der Wahl, um die Prototypen im Entwicklungspro-

zess schnell verfügbar zu haben, zu prüfen und zu

ändern - ›damit das Dazulernen nicht aufhört‹.

Viele Kunden haben nur kleine Produktionskapazitäten und können diehohen Herstellungskosten nicht bewältigen. Snail Design und Cipres haben esgeschafft, Lösungen mittels Rapid-Technologien zu implementieren. Ein Bei-spiel dafür ist die flexible Anpassung des e-Moduls vom Material. So könnenfunktionale Teile mit komplexen morphologischen Strukturen praktischgrenzenlos gebaut werden. Einer der großen Vorteile dieser Entwicklung ist,dass die Produkte eine ständige Evolution durchlaufen. Durch Beobachtungwerden Verbesserungen kontinuierlich integriert, das erhöht den Nutzen unddie Wertschöpfung der Produkte.

Snail Design ist nicht nur konzeptionell und theoretisch tätig, sondern widmetsich auch der Werkzeugentwicklung und der physikalischen Realisierung. Das Unternehmen greift in den gesamten Prozess vom Anfang bis zum Ende ein. Der Kunde Syntex zum Beispiel benötigte ein Produkt, das bestimmte technische Anforderungen und Produkteigenschaften erfüllenmusste. Hierzu wurden Tests durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Zieleerreicht werden.

Eine Arbeitsgruppe bestehend aus Tierärzten, Agronomen und Soziologenwurde zusammengestellt, um die zukünftigen Ziele und Probleme festzulegen.Die wichtigsten Punkte waren hierbei diese: so einfach wie möglich zusammen-setzbar, verständliche Bedienungseinleitung, die Produktion in größerenMengen musste zudem gewährleistet sein, und die Teile sollten dazu nochergonomisch und leicht sein.

Die Bewertung und Prüfung vor der Produktentwicklung mit Kunden-Feedback aus der ganzen Welt sind ohnehin grundlegende Werkzeuge, umeine Interaktion in den verschiedenen Disziplinen mit den Kunden zuermöglichen – ausgehend von einem gemeinsamen Punkt.

E-Manufacturing bringt multidisziplinäre Integration, dieessenziell für die Entwicklung von Mehrwert-Produkten ist. Dies erlaubt Ideenzu haben und diese in Frage zu stellen, um wiederum neue Ideen zu erzeugen,damit das Dazulernen nicht aufhört. Snail Design kann so die Kunden richtiginterpretieren und ihre wirklichen Bedürfnisse viel besser verstehen.

Hierzu sagt Nicolas Hussey vorausdenkend: »Obwohl ein Boot angefragtwurde, möchte der Kunde in Wirklichkeit den Fluss überqueren.« Man solltedemnach schon bei der ersten Produktidee herausfinden, was ein Kunde wirk-lich haben will. � Nicolas Hussey Ingrid Prestien

Artikel unter RX110484

RAPID PRODUCT DEVELOPMENT 15

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KONTAKTINFO

Designer & Entwickler:

Snail Design & Production Studio

Tel. + 54 11 4717-1085

www.snail.com.ar

Hersteller Prototypen:

Cipres Technology Systems

Tel. + 49 9561 23136-71

www.cipres.de

SLS-Maschinenlieferant:

EOS Electro Optical Systems

Tel: + 49 89 89336-0

www.eos.info

Finales Werkzeug: In diesem Werkzeug laufen zwei Jahre Entwick-

lungsarbeit zusammen. Die erprobten Teile mussten der mechanischen

Beanspruchung standhalten sowie hohe Temperaturen für die

Sterilisation aushalten.

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Künstliches Blutgefäß: Ein Röhrchen aus biokomatiblem Harz

wird mit Zellmedium gespült.

RAPID PROTOTYPING16

rapidX 1 -2012

Mehr als 11 000 Menschen standen allein in Deutschland im ver-gangenen Jahr auf der Warteliste für eine Organtransplantation. Doch

im Durchschnitt werden kaum halb so viele Transplantationen durchgeführt.Ziel von Tissue Engineering ist es, Organe im Labor herzustellen und dafür neueMöglichkeiten zu erschließen. Weil das nötige Gefäßsystem fehlte, ist esForschern allerdings noch nicht gelungen, künstliches Gewebe mit Nährstoffenzu versorgen. Fünf Fraunhofer-Institute haben sich im Jahr 2009 zusammen-geschlossen, um biokompatible künstliche Blutgefäße zu entwickeln. Es schienunmöglich, solch kleine und komplexe Strukturen wie Kapillargefäße zu bauen,besonders Verzweigungen und Hohlräume machten den Forschern zu schaffen.Hilfe kam schließlich aus der Produktionstechnik: Mittels Rapid Prototypinglassen sich Werkstücke direkt nach einem beliebig komplexen 3D-Modell auf-bauen. Nun ist es den Fraunhofer-Wissenschaftlern gelungen, diese Technikauch auf elastische Biomaterialien zu übertragen. Dazu kombinierten sie zweiverschiedene Verfahren: die im Rapid Prototyping etablierte 3D-Drucktechnikund die in der Polymerwissenschaft entwickelte Multiphotonenpolymerisation.

Erfolgreiche Kombination. Der 3D-Inkjet-Drucker kann sehr schnelldreidimensionale Körper aus den verschiedensten Materialien erzeugen. Er trägtdas Material in Schichten auf, nur an bestimmten Stellen werden diese Lagenchemisch verbunden. Damit entstehen bereits Mikrostrukturen, doch für diefeinen Strukturen von Kapillargefäßen ist die 3D-Drucktechnik immer noch zuungenau. Daher kombinierten die Forscher diese Technik mit der Multi-photonenpolymerisation. Kurze, intensive Laserpulse treffen dabei das Materialund regen die Moleküle so stark an, dass diese miteinander reagieren und sichzu längeren Ketten verbinden. Das Material polymerisiert und wird fest, esbleibt aber so elastisch wie natürliche Materialien. Diese Reaktion lässt sich der-

Wie aus Tinte Röhren werdenGewebe und Organe im Labor zu züchten, daran arbeiten Forscher

schon lange. Fraunhofer-Forscher entwickeln jetzt im Projekt ›BioRap‹

mit neuartigen Verfahren künstliche Blutgefäße.

DAS VERFAHRENDie Schwerpunkte des Projekts liegen

auf der Entwicklung eines hochauf-

lösenden Rapid-Prototyping-Verfahrens,

der Konstruktion der Maschine sowie auf

der Verbindung biokompatibler Harze

und digitaler generativer Fertigungs-

techniken. Die Anlage kombiniert den

klassischen 3D-Inkjetdruck mit laser-

basierten Vernetzungstechniken. Das

heißt, die per Inkjetdruck aufgebrachten

Materialschichten können mit UV-Strah-

lung flächig gehärtet werden. Für das

Erzeugen feinerer Strukturen wie Poren

oder Gefäßäste mit kleinen Wandstärken

wird das Harz mithilfe der Ein- oder

Zweiphotonenpolymerisation innerhalb

der gedruckten Schichten ortselektiv

vernetzt. Die flüssigen Harze zum

Aufbau gefäßähnlicher Strukturen

werden ebenfalls entwickelt. Das aus-

gehärtete Material entspricht mit seinem

E-Modul etwa dem eines natürlichen

Blutgefäßes.

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art gezielt steuern, dass der Aufbau von feinsten Strukturen nach einemdreidimensionalen Bauplan möglich ist. »Die einzelnen Techniken funktionierenschon und arbeiten momentan in der Testphase; der Prototyp für die kom-binierte Anlage ist im Aufbau«, beschreibt Projektleiter Dr. Günter Tovar vomFraunhofer-Institut für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik (IGB) in Stutt-gart den aktuellen Stand der Kooperation.

Zur Herstellung dreidimensionaler elastischer Körper brauchtes noch das richtige Material. Deshalb haben die Forscher spezielle Tinten ent-wickelt, denn die Drucktechnik fordert sehr spezifische Eigenschaften: Diespäteren Blutgefäße müssen flexibel und elastisch sein und mit dem natürlichenGewebe interagieren. Dafür werden die synthetischen Röhrchen nachträglichbiofunktionalisiert, sodass lebende Körperzellen an ihnen andocken können.Dazu integrieren die Wissenschaftler modifizierte biologische Strukturen – wieetwa Heparin – und Ankerproteine in die Innenwände. Oft verwenden sie auchTinten aus Hybridmaterialien, die von vornherein eine Mischung aus syn-thetischen und natürlichen Polymeren enthalten. In einem zweiten Schritt können sich in den Röhrensystemen Endothelzellenanheften. Diese Zellen bilden im Körper die innerste Wandschicht eines jedenGefäßes. »Die Auskleidung ist wichtig, damit die Bestandteile des Blutes nichtkleben bleiben, sondern weitertransportiert werden«, erklärt Günter Tovar. Nurwenn es gelingt, eine komplette Schicht lebender Zellen anzusiedeln, kann dasGefäß so arbeiten wie seine natürlichen Vorbilder und die Nährstoffe an ihr Zieldirigieren.

Chancen für die Medizin. Die virtuelle Simulation der fertigen Werk-stücke ist ebenso bedeutsam für den Erfolg des Projekts wie die neuenMaterialien und die Herstellungsverfahren. Die Forscher müssen den Aufbauder Strukturen und den Verlauf der Gefäßsysteme genau berechnen, um eineoptimale Fließgeschwindigkeit zu gewährleisten oder einen Stau zu verhindern.Noch stehen die Fraunhofer-Wissenschaftler am Anfang dieser ganz neuenTechnologie zum Aufbau elastischer dreidimensional geformter Biomaterialien,doch die Technik bietet die Grundlage für weitere Entwicklungen. »Wir wendenhier erstmalig Rapid Prototyping auf elastische, organische Biomaterialien an.Die Gefäßsysteme illustrieren sehr schön die Möglichkeiten dieser Technologie,aber das ist noch längst nicht alles, was geht«, betont Günter Tovar. Mit denso erzeugten Blutgefäßen ließen sich komplett künstliche Organe an einen

RAPID PROTOTYPING 17

rapidX 1 -2012

Endothelzellen: Sie besiedeln die

biofunktionalisierten Fraunhofer-Harze.

3D-Druckeinheit: In der ersten Phase

werden biokompatible Harze per

klassischem 3D-Inkjetdruck hergestellt.

Kreislauf anbinden und mit Nährstoffen versorgen.Diese eignen sich dann zwar noch nicht für eine Trans-plantation, dafür kann der Organkomplex als Testsystemgenutzt werden und so Tierversuche ersetzen. Auch dieBehandlung von Bypass-Patienten mit künstlichenGefäßen ist denkbar. Bis Organe aus dem Labor miteigenen Blutgefäßen tatsächlich implantiert werden,wird es allerdings noch einige Zeit dauern.

An dem Projekt beteiligt sind diverse Fraunhofer-Institute. Auf der Biotechnica in Halle 9, Stand D10zeigen sie ein Modell eines künstlichen Gefäßes, dasmit der Rapid-Prototyping-Technik gedruckt wurde. �Artikel unter RX110529

KONTAKTINFO

Fraunhofer-Institut für

Angewandte Polymerforschung

(IAP) Potsdam

Tel. +49 331 568-10

www.iap.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Grenz-

flächen und Bioverfahrenstechnik

(IGB) Stuttgart

Tel. +49 711 970-4401

www.igb.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Laser-

technik (ILT) in Aachen

Tel. +49 241 8906-0

www.ilt.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für

Produktionstechnik und

Automatisierung (IPA) Stuttgart

Tel. +49 711 970-00

www.ipa.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Werk-

stoffmechanik (IWM) Freiburg

Tel. +49 761 5142-0

www.iwm.fraunhofer.de

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RAPID PROTOTYPING18

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Unabhängig , ob es sich bei Schädeldefekten umeine angeborene Fehlbildung, die Folge einer

Krankheit oder eines Unfalls handelt, sie gefährden dasempfindliche Gehirn und sind umgehend zu behandeln.Die Rekonstruktion großflächiger Kopfverletzungenwird als Kranioplastik bezeichnet und hilft, die Konturendes Schädels wiederherzustellen. Da die Art der Defor-mation bei jedem Patienten einzigartig ist, muss auchdie Prothesenherstellung individuell vorgenommenwerden. Laser-Sintern ermöglicht auch bei Losgröße 1eine wirtschaftliche Fertigung. Viel bedeutsamer aber

sind die Vorteile, die diePassgenauigkeit durchdie individuelle Fer-tigung und die Aus-gestaltung des Im-plantats für den Patientenmit sich bringen.

Bisher werden kranialeImplantate aus Titan her-gestellt. Doch die Materialienund Bearbeitungsverfahren, diedafür zum Einsatz kommen, sindmitunter teuer und zeitaufwendig. Titan ist zwar biokompatibel, im Vergleichzum menschlichen Knochen aber relativ steif. Nach der Einpflanzung kann estemperaturleitfähig sein und langfristig Probleme verursachen, was Pass-genauigkeit und Komfort der Kranioplastik betreffen.

In letzter Zeit wurde an der Entwicklung von Schädelimplantaten aus Kunst-stoff, genauer aus Polyetheretherketon (PEEK), gearbeitet. Unter anderemwegen seines geringeren Gewichts, seiner Festigkeit und der Biokompatibilitätist PEEK eine attraktive Alternative zu Titan. Da dieser Hochleistungskunststoffauch auf einem Laser-Sinter-System verarbeitet werden kann, liegt es nahe, dieKonstruktionsfreiheit dieses Schichtbauverfahrens zu nutzen, um darausindividuelle Implantate mit hochkomplexen Gitterstrukturen herzustellen, diedas Einwachsen von Knochenmaterial in die Implantatstruktur fördern.

Individuelle KranioplastikDas Einsetzen künstlicher Knie- und Hüftgelenke ist inzwischen zur

Routine geworden. Als neue Herausforderung gilt der Schädel. Hier sind

patientenspezifische Schädelprothesen oder Kranioplastiken gefragt.

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Schädelmodell mit Implantat:

Hier ist ein Modell mit hybrider

lasergesinterter Geometrie

einer Schädelplastik aus PEEK

zu sehen. Die individuelle und

hochkomplexe lasergesinterte

Schädelplastik mit Gitter-

struktur fördert das Ein-

wachsen von Knochenmaterial

in das Implantat.

KONTAKTINFO

EOS Electro Optical Systems

Tel. +49 89 89336-0

www.eos.de

Within Technologies

www.withinlab.com

Tel. +44 20 7617 7316

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Im Rahmen der EU-geförderten For-schungsstudie Custom IMD ist es einemTeam aus Ärzten, Konstrukteuren undWerkstoffspezialisten gelungen, daserste lasergesinterte Schädelimplantataus PEEK zu entwickeln. Unerlässlich fürseine Konstruktion war die Planungs-software des in London ansässigenUnternehmens Within Technologies. Ihrliegt ein algorithmisches Verfahrenzugrunde, das den inneren Aufbaueines Objekts definiert. Es orientiert sicheinerseits an der Natur, genauer gesagtan der Faserverbundstruktur vonKnochen, und andererseits greift es aufdeterministische Prinzipien aus der Bau-technik zurück. Damit lassen sich Gerüste erstellen, die den Konturen jedergewünschten Form folgen. Es lässt sich nicht nur die Gestaltung des internenGitters (Auflösung, Dicke der Streben und Topologie), sondern auch die Breiteder Bauteilwände oder der Haut in einer flüssigen und durchgehenden Art undWeise darstellen.

Das Implantat wurde mit einem Rand versehen, der sich optimalan den Schädelknochen anpassen lässt. »Wir haben hier keinerlei Belastungs-spitzen in der Struktur entdeckt«, berichtet Jörg Lenz, Koordinator für Ver-bundprojekte bei EOS. »Die FEA-Simulationen und die anschließenden mecha-nischen Tests bestätigten, dass wir ein robustes und funktionsfähigesImplantatmodell entwickelt hatten.« Dieser Prototyp konnte bei minimalerDurchbiegung dem Druck von mehr als 100 MPa standhalten. Stoßbelastungenverteilten sich schnell, ohne dass sie auf das Gehirn übertragen wurden.

Herkömmlich gefertigte oder gegossene Implantate aus Titan oder PEEKkönnen zwar auch mit Löchern versehen werden, um das Einwachsen desKnochens zu begünstigen, aber mittels Laser-Sintern sind viel komplexereStrukturen herstellbar. Aufgrund der kurzen Produktionsdurchlaufzeiten derEosint P 800 lassen sich Prototypen dieser PEEK-Schädelimplantate inzwischeninnerhalb einiger Stunden herstellen.

Die Komplexität der Strukturen ist unerlässlich, weil sie dieOsseointegration, das heißt die fortschreitende Anlagerung der körpereigenenfür die Knochenbildung verantwortlichen Zellen (Osteoblasten) an die Implantat-struktur, fördert. Um das Knochenwachstum noch zusätzlich anzuregen, wurdeein bioresorbierbares, mit fünfzigprozentigem Hydroxylapatit gefülltes Polymerin die Struktur gegeben. Hydroxylapatit ist ein Calcium-Phosphat-Komplex, der

als mineralischer Hauptbestandteil von Knochen undZähnen diesen ihre Festigkeit verleiht. Die raue Ober-fläche, die durch das Laser-Sintern entsteht, fördert diefeste Verbindung des Implantats mit dem Polymer. DieOsteoblasten dringen dann in das Polymer ein und ver-binden sich mit dem eingesetzten Implantat, um so dieursprünglichen Knocheneigenschaften nachzubilden.

Die sozioökonomischen Vorteile zukünftigerlasergesinterter PEEK-Implantate sind nach Meinungvon Jörg Lenz beträchtlich: »Laser-Sintern ermöglichtdie präzise und patientenspezifische Fertigung, wodurchOperationen planbarer und häufig kürzer werden. DieseImplantate besitzen das Potenzial, die Gesundheit desBehandelten zu verbessern.« Und Dr. Siavash Mahdavifügt hinzu: »Wir nutzen die additive Fertigung bereitsseit Jahren für die Herstellung von Wirbelsäulen-, Hüft-und anderen Implantaten aus Metall. Ich bin überzeugt,dass dem Laser-Sintern für die patientenspezifischeImplantate, eine hohe Bedeutung zukommen wird.« �Artikel unter RX110535

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Konstruktionsgrundlage der Schädelplastik: Hier sieht man das Implantat des Schädels mit Erstellung und Analyse von

Gittergerüsten mithilfe der Software von Within Technologies (Bild rechts). In das fertige PEEK-Implantat wird ein bio-

resorbierbares Hybridmaterial aus Polymer/Keramik (linke Seite unten) eingebracht, um das Knochenwachstum zu fördern.

PROFILDas Projekt Custom IMD

wurde teilweise von der

Europäischen Kommission

gefördert. Beteiligt waren

22 Partner aus sieben Län-

dern. Ziel war die Integration

passgenauer Implantate für

kraniale, dentale und spinale

Anwendungen in die Liefer-

kette.

www.customimd.eu

Laser-Sinter-System Eosint P 800: Es

dient zur Verarbeitung von Hochleistungs-

polymeren, aus denen die Prototypen der

kranialen Implantate aus PEEK für das

Forschungsprojekt Custom IMD hergestellt

worden sind. (Bild: EOS GmbH)

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Schneller Prototypenbau für schnelle Autos

Der Versuchsfahrzeugbau der BMW Group hat in der Regel wenige

Wochen Zeit, um ein neues Fahrzeugmodell zu bauen. Ohne werkzeuglose

Fertigung ist so ein Zeitplan nicht denkbar. Ein eigenes Rapid

Technologies Center sorgt für die schnelle Lieferung von Bauteilen.

Qualitätssicherung spielt eine große Rolle – die Entwickler arbeiten mit

Hochdruck an Lösungen zur Steigerung der Bauteilgüte.

20-25_RX110483_BMW_x_hk-AK_fan 08.02.2012 17:07 Uhr Seite 20

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Mehr als 1000 Kunden bedient das Rapid Technologies Center im Forschungs- und Innovationszentrum (FIZ) der BMW Group in Mün-

chen. Die Auftraggeber sind hausinterne Fach- und Entwicklungsabtei-lungen, die innerhalb des Produktentstehungsprozesses gerne die Dienstedes Centers in Anspruch nehmen. Bei der hohen Zahl an Aufträgen istschnell klar, dass die rund 30 Mitarbeiter nicht alles selbst abwickeln können.»Wir nehmen daher Dienstleister in Anspruch und haben dadurch so etwaswie eine verlängerte Werkbank«, erklärt Dr. Nicolai Skrynecki, zuständig fürStrategie, Steuerung und technische Integration der Rapid-Technologien.Immer mehr Fahrzeugprototypen werden im Jahr benötigt. Grund hierfür istdie stetig wachsende Zahl an Fahrzeugvarianten – und jede einzelne wird fürden späteren Einsatz beim Kunden erprobt und abgesichert.

» Unsere Abteilung ist in erster Linie eine Produktionsabteilung, dasheißt, wir müssen produktiv arbeiten«, so Nicolai Skrynecki. Nebenbei hatdas Center of Competence (CoC) für Rapid-Technologien aber eine weitere Aufgabe im Bereich der Vorentwicklung. Hier wird an der Optimierung dergenerativen Prozesskette und der Einsatzprüfung neuer Materialiengearbeitet. Dies geschieht in enger Zusammenarbeit mit internen Fachabtei-lungen, externen Instituten, Anlagenherstellern und Dienstleistern. DasSpezialistenteam des Centers bilden 12 Mitarbeiter. Sie beschäftigen sich mit der Weiterentwicklung der Verfahren in Zusammenarbeit mit den ent-wickelnden BMW-Fachabteilungen. Meistens arbeiten mehrere Doktorandenund Diplomanden im Team, die als wissenschaftlich orientierte Mitarbeiterdie neuesten Erkenntnisse von den Universitäten mitbringen und diese inner-halb der BMW Group teilweise zum ersten Mal anwenden können. Im Werk Null der BMW Group ist der Versuchsfahrzeugbau untergebracht.Hier entstehen Fahrzeuge, die noch nicht am Markt verfügbar sind. Dabei

geht es um Neuentwicklungen, wie auch um diesogenannten LCIs (Life Cycle Impulse) – Facelifts vonModellen, die schon auf dem Markt sind. Auch fürdie Entwicklung der neuen Fahrzeuge i3 und i8 fertigt das Rapid Technologies Center eine Vielzahl anBauteilen. Bei den Vorserienfahrzeugen hat das CoCauch die Außenspiegelhalter geliefert. Sie wurden ausAluminium gefertigt – auf einer Realizer Strahl-schmelzanlage. »Am ersten fahrbereiten Prototypwaren diverse Anbauteile, Halterungen und Türgriffevon uns«, so Nicolai Skrynecki.

Im Musterbau werden die Modelle das erste Mal aufgebaut, um alle technischen Komponenten geo-metrisch und funktionell abzusichern. Die Mitarbeiterdes Musterbaus fordern im Auftrag der Entwicklungdie mittels additiven Verfahren zu fertigenden Einzel-teile und Baugruppen an. Das geht von Getriebenüber Lenkungen bis hin zur Außenhaut des Fahrzeug-modells. Bei der Außenhaut kommen unter anderemauch Glas- und Kohlefaserteile zum Einsatz, dieanschließend mit den generativ gefertigten Bauteilengeklebt, genietet und verschraubt werden, um so einseriennahes Abbild des Fahrzeugs zu erzeugen.Früher wurden diese Fahrzeuge aus Blech dargestellt.Die Produktion war deutlich aufwendiger und konnteaufgrund der erforderlichen Versuchswerkzeugher-stellung mehrere Monate dauern. Heute kann einAufbau in bis zu zwei Wochen realisiert werden.

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Kein Vorserienmodell ohne

Rapid-Technologien: Für die

Konzeptmodelle der neuen

Fahrzeuge i3 und i8 wurden

eine Reihe von Teilen vom

internen Rapid Technologies

Center geliefert. In den ersten

Erlkönigen (fahrbereiten

Vorserienmodellen)

des i8 sind die

Außenspiegel–

halter additiv

gefertigt.


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Im Rapid Technolgies Center sind nahezu allegängigen additiven Fertigungsverfahren im Einsatz: � Für das SLS (Lasersintern mit Kunststoff) stehen

gleich fünf Anlagen zur Verfügung: von EOS dieP730, P380 und Formiga, eine 3D-Systems- undeine DTM-Anlage. Mit dieser Kerntechnologie desCenters wird der Großteil der Bauteile hergestellt.Die jährlichen Stückzahlen liegen im fünfstelligenBereich, Tendenz steigend. Die Maschinen werdendreimal die Woche gestartet. Nach dem Baupro-zess muss der Baujob abkühlen. Das kann bis zu24 Stunden dauern, je nachdem, wie dicht der Job gepackt wurde. Das langsame Abkühlen istwichtig, damit die Maßhaltigkeit und die Mecha-nik der Bauteile nicht beeinträchtigt wird. DieBediener der Maschine brauchen viel Finger-spitzengefühl für diesen filigranen Herstellungs-prozess.

� Die SLA (Stereolithografie)-Anlage, eine EOS Max600, ist das Urgestein der Abteilung.Sie war eine der ersten Maschi-nen in den Anfängen der RP-Abteilung in den 90er Jah-ren. Mit einem Bauraum von600 x 600 mm kommt sienach wie vor bei größerenRapid-Teilen zum Einsatz.

� Das 3D-Printing (Objet Eden 330 und 500 sowie Objet Connex 500) istsehr stark im Designbereich und wird an Bedeutung noch zunehmen. Fürden Bereich der funktionalen Tests wünscht sich Nicolai SkryneckiMaterialien, die noch größeren Temperaturunterschieden standhalten,damit der Einsatz auch in den Testfahrzeugen in Skandinavien und in derWüste erfolgen kann. Ansonsten sind die 3D-Drucker von Objet beliebtfür deren saubere Technologie durch einfachen Kartuschenwechsel undder Oberflächenqualität der Bauteile. Bei der BMW Group wird der Multi-material-Drucker Connex 500 unter anderem für 2K-Komponenten mitGummidichtungen mit verschiedenen Shore-Härten eingesetzt.

� Für das Strahlschmelzen gibt es drei Anlagen: eine ConceptLaser M3, die Realizer SLM 250 und die Realizer SLM 100. DieMaschinen werden für viele Bauteile innerhalb der funktionalen

Erprobung eingesetzt (siehe Bild oben). � Darüber hinaus stehen dem Rapid Technologies Center

das indirekte Verfahren Vakuumguss und der Feingusszur Verfügung. Diese Verfahren werden aber aufgrund

der längeren Prozesskette (Urform – Formwerk-zeug – Guss) langsam verdrängt. Der Vorteil aller dieser Verfahren ist, bis zum

Ende auf Designänderungen reagieren zukönnen. In einem eigenen Raum ist die Qualitäts-

sicherung mit drei Leuten untergebracht. Hier werden alle Bauteile vermessen und müssen

sich unter anderem Tests auf Härteprüfanlagen stellen.


rapidX 1 -2012

Einsatzspektrum Strahlschmelzen: Das BMW-Modell verdeutlicht,

in welchen Bereichen metallische Prototypen vorkommen. Je

nach Anwendungsfall kann zwischen Edel-, Werkzeugstahl und

einer Aluminium-Silizium-Legierung gewählt werden.

Bauplatte Strahl-

schmelzen: An diesem

Stück wird demons-

triert, welche Formen

und Strukturen sich mit

dem Strahlschmelzver-

fahren darstellen lassen. Bild

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Dem Qualitätsmanagement des Strahlschmelzverfahrens wurde beider BMW Group besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Dieses Verfahrenüberzeugt zweifelsohne durch die Herstellung komplexer Geometrien, dieauf konventionellem Weg nur bedingt und mit viel Aufwand herstellbar sind.Die Technologie steht aber immer wieder in der Kritik, wenn es um dieGefügedichte oder reproduzierbare Fertigungsprozesse geht. Das mag auchdaran liegen, dass die Vorläufer des Strahlschmelzens (DMLS, IDMLS) mitihren porösen Strukturen nur bedingt für Anwendungen im Werkzeug- undFunktionsprototypenbau geeignet waren. Auch der Begriff ›Sintern‹ assozi-iert eine eher poröse Werkstoffstruktur. Deshalb wurde das Thema Strahlschmelzen von Nicolai Skrynecki eingehenduntersucht, um einen späteren Serieneinsatz metallischer Prototypen wahrwerden zu lassen. Neben den klassischen Anwendungsfeldern wie Design-und Geometrieprototypen wird der Bereich der funktionalen Absicherungimmer wichtiger. Es gibt vier wichtige Anforderungen, die den Reifegrad für einen Serieneinsatz beeinflussen. Während die Lieferzeit, die Fertigungkomplexer Teile und die Serienmaßhaltigkeit alle durch das Strahlschmelz-

verfahren erfüllt werden, unterliegt die Anforderung›Reproduzierbarkeit der mechanischen Eigenschaftenund der Gefügedichte‹ im Produktionsumfeld teil-weise messbaren Schwankungen. Stabile Prozess-bedingungen sind die Voraussetzung für konstantemechanische Eigenschaften von Strahlschmelz-Bau-teilen – Porositäten müssen vermieden werden. DieReproduzierbarkeit der Gefügedichte und der mecha-nischen Eigenschaften sind unter Produktionsbedin-gungen nicht gegeben, und somit ist eine Vorher-sagbarkeit des Bauteilverhaltens nicht möglich. Alsrelevante Störgrößen konnten im Falle des Strahl-

RAPID MANUFACTURING 23

rapidX 1 -2012

Wo werden generative Fertigungs-verfahren innerhalb des Produktent-stehungsprozesses eingesetzt?SKRYNECKI: Neben der Produktion von

Design- und Geometrieprototypen

merken wir vermehrt die Nachfrage nach

Bauteilen für die funktionale Erprobung.

Die Anwendung in dieser Phase setzt

serienähnliche Eigenschaften und gleich-

bleibende Produktqualität voraus.

Wo sehen Sie zukünftige Handlungs-felder?SKRYNECKI: Unsere Vision ist, genera-

tive Fertigungsverfahren auch in der

Kleinserienfertigung einzusetzen. Hier-

zu sind allerdings noch große Entwick-

lungsschritte erforderlich – bezüglich

der Robustheit und dem Nachweis der

Lebensdauer der Bauteile.

In welchen Bereichen könnte sich einSerieneinsatz zuerst verwirklichenlassen?SKRYNECKI: Potenziale sehe ich zum

Beispiel bei Anwendungen im Motorsport

oder bei Fahrzeugtypen mit kleiner Stück-

zahl wie Sonderfahrzeuge oder Limousi-

nen aus dem Luxussegment. Auch wenn

es um Bauteilersatz bei komplexen Geo-

metrien geht oder Designfeatures im

Interieur gewünscht werden, ist ein

Einsatz denkbar.

In Ihren Forschungen nehmen Sie die Anlagen sehr genau unter die Lupe – und haben in einem Fall eine Laserleistungsmessung in dieMaschine integriert. Wie stehen dieHersteller dazu?SKRYNECKI: Die Anlagenhersteller

begrüßen unsere Zusammenarbeit. Beide

Seiten profitieren von beiderseitigen

Projekten.

Welche Entwicklungsschritte liegennoch vor Ihnen?SKRYNECKI: Die Entwicklung robuster

und reproduzierbarer Fertigungsprozesse

sowie die Erweiterung bestehender

Bauräume. Außerdem ist die Automati-

sierung der Nacharbeit ein Thema. Hier

gibt es heute noch viel Handarbeit, was

sich entscheidend auf die Wirtschaftlich-

keit auswirkt. Weiterhin spielt die

Lebensdauer der Komponenten eine

Rolle.

Dr. Nicolai Skrynecki ist im Center

of Competence (CoC) für Rapid-

Technologien der BMW Group

zuständig für Strategie, Steuerung

und technische Integration.

INTERVIEW

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schmelzens ein erhöhter Restsauerstoffanteil in derProzessraumatmosphäre, eine schwankende Laserleis-tung durch Verunreinigungen oder Beschädigungenan optischen Elementen der Strahlführung und eineungleichmäßige Pulverqualität festgestellt werden.

Mit dem Einfluss der Laserleistung beschäftigteman sich im CoC eingehend. Die Ursachen für einenAbfall der Laserleistung sind in den meisten Fällen

Verschmutzungen oder Beschädigungen an den optischen Komponentensowie Abnutzungserscheinungen der Laserdioden. Auch ein Ausfall einzelnerDioden kann zur Beeinträchtigung der Bauteilqualität führen, ohne für denAnwender direkt sichtbar zu sein. Entsprechende Versuche wurden amAnlagensystem Concept Laser M3 linear mit 100W-Laser unternommen.

Um den Abfall der Laserleistung zu bestimmen, wurden Probegeometrienaus Edelstahl 1.4404 unter Produktionsbedingungen erstellt. Das Ergebniswar eindeutig: Für die Gefügedichte existiert ein optimales Prozessfenster.Außerhalb dieses Bereichs ist mit erhöhter Porosität zu rechnen. Um denGefügefehlern entgegenzuwirken, wurden in den StrahlschmelzanlagenConcept Laser M3 und Realizer SLM 250 in Zusammenarbeit mit denAnlagenherstellern automatische Messeinrichtungen für die Laserleistunginstalliert, die eine Messung innerhalb des Bauprozesses ermöglichen. DieMessung erfolgt an mehreren Auslenkungszuständen des Laserstrahls nacheinem vor Prozessbeginn festgelegten Intervall. Hierdurch kann währendlang andauernder Bauprozesse jederzeit die Laserleistung bestimmt und imBedarfsfall nachgeregelt werden. Zur Kontrolle der energetischen Einfluss-größen im Strahlschmelzprozess bietet sich eine automatisierte Messung derLaserleistung in den prozessbedingten Pausen der Schichtgenerierung an.Am Beispiel der Herstellung eines Scharniers konnte die Praxistauglichkeitder Laserleistungsmessung nachgewiesen werden. Das Scharnier wurde imPrototyp eines Mini Cabrios verbaut.

Vision Closed-Loop-Regelung. Das große Ziel der Forscher ist, dieProzesskontrollmechanismen in der gesamten Prozesskette online in einemgeschlossenen Kreis zu regeln. Erste Schritte auf dem Weg dahin sind schongemacht. Zum Beispiel im Bereich der Bildüberwachung: Der Strahlschmelz-prozess ist sehr sensibel. Das verwendete Metallpulver kann durch Verwir-belung oder durch zu schnellen Auftrag zu Qualitätsschwankungen führen.Deshalb muss die Beschichtung kontrolliert werden. In der Anlage RealizerSLM 250 wird die Bildüberwachung derzeit schon angewendet, aber nochnicht als Closed Loop.

Weiterhin könnten neben der automatischen Laserleistungsmessung eineFokusanlagen- und Schmelzbadüberwachung die nächsten Schritte sein, diezur Qualitätssicherung beim Strahlschmelzen beitragen. Auch die Über-wachung der Aktorik ist ein Thema, das heißt, die Kontrolle der beweglichenTeile im Bauraum wie zum Beispiel des Beschichters. Oder der Istzustand derBauplatte, die sich eventuell verklemmt hat. Es bleiben also genügend offeneFragen für die nächsten Doktorarbeiten. �

Susanne Schröder



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Vom Entwurf zum

Prototypen: Wenn die

Designer grünes Licht

geben, laufen im Rapid

Technologies Center die

Lasersintermaschinen

auf Hochtouren, um

benötigte Einzelteile

schnell zu liefern.

LITERATUR

Skrynecki, Nicolai

Kundenorientierte Optimierung

des generativen

Strahlschmelzprozesses

156 S., 48,80 Euro, Shaker Verlag

ISBN 978-3-8322-9217-1

KONTAKTINFO

Anwender:

BMW Group

Tel. +49 89 382-0

www.bmwgroup.com

Ausrüster:

3D Systems European Headquarters

(SLS-Anlage Vanguard)

Tel. +49 6151 357-0

www.3dsystems.com

Concept Laser GmbH (SLM Anlage M3)

Tel. +49 9571 949-0

www.concept-laser.de

EOS Electro Optical Systems (SLA-Anlage

und SLS-Anlagen P360, P700 und Formiga)

Tel. +49 89 89336-0

www.eos.info

Objet GmbH (Eden- und Connex Drucker)

Tel. +49 7229 7772-0

www.objet.de

Realizer GmbH (SLM Anlagen SLM 100

und SLM 250)

Tel. +49 5251 63232

www.realizer.com

Bild

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COMPUTER | KUNSTSTOFFE | TECHNIK | WIRTSCHAFT

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weil es mehr als fünf Pfund wiegt,

sondern weil es das detailreichste

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Gedrucktes

Kunststoffmodell:

Der 3D-Drucker

VX800 von Voxeljet

druckte das

Tempelmodell

in den Maßen

48 x 82 x 58 cm

aus Kunststoff.

Das Ergebnis stellt

das Modell

detailgenau dar.

RAPID TECHNOLOGY26

rapidX 1 -2012

Fünfzehn Jahre hat das Team des Ägyptischen Museums Berlin in derWüste des Sudan gegraben und historische Statuen, Skulpturen und

Tempel restauriert. Die Arbeit wurde Ende 2011 in der Ausstellung ›KönigstadtNaga‹ im Kunstforum der Stiftung Berliner Volksbank präsentiert. Auch einreales Modell der berühmten Hathorkapelle, das von Voxeljet im 3D-Druck-verfahren detailgetreu aus Kunststoff hergestellt wurde, konnten die Besucherdort bestaunen.

Während der Grabungen in Naga wären viele Fragen mit kon-ventionellen Methoden nicht zu beantworten gewesen, weshalb sich dieArchäologen zum Einsatz modernster Technologien entschlossen. Was der Ein-satz von Computern, Scannern und 3D-Drucksystemen möglich machte, zeigtsich an der Restauration der weltberühmten Hathorkapelle. Um die Vorhabenzur Restauration des Tempels genauestens abzustimmen und zu testen, solltenim Vorfeld Versuche an einem aufwendig erstellten virtuellen Modell Auskunftüber unterschiedliche Vorgehensweisen geben.

Um zu einem aussagekräftigen Modell zu kommen, mussten im ersten Schrittdie Überreste der Hathorkapelle gescannt werden. Ein nicht ganz alltäglichesProjekt, wie Thomas Bauer, Mitarbeiter des Berliner Scanspezialisten Trigon Art,erläutert: »Ein Bauwerk dieser Größenordnung vollständig dreidimensional zuvermessen, ist ein ebenso anspruchsvolles wie aufwendiges Unterfangen. Wirsetzten in der sudanesischen Wüste das hochpräzise 3D-Streifenlichtscanningein und arbeiteten drei Wochen lang an der vollständigen Erfassung der Kapelle.

Tempelmodell per 3D-DruckArchäologie trifft Hightech: Scanspezialisten lieferten der Wissenschaft

die Datenbasis für notwendige Restaurationsarbeiten. Ein reales Modell

förderte dabei das Verstandnis für die Tempelarchitektur.

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Drei Wochen Nachtschicht:

Die Streifenscannung

der Hathorkapelle im Sudan

erfolgte bei Nacht. Dabei

wurden rund 2500 Einzel-

scans und 1,5 Milliarden

Bildpunkte erfasst.

26-27_RX110532_VOXELJET_x_hk_fan 08.02.2012 16:32 Uhr Seite 26

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Tempel mit Rekonstruktionen: Das virtuelle Modell ermöglichte

den Forschern Analysen und Tests vor der Restaurierung. So konnte

man alle Schritte ganz genau abstimmen.

Mit rund 2500 Einzelscans und etwa 1,5 Milliarden erfasster Bildpunkte ginges dann zurück nach Berlin.«

Das Streifenlichtscansystem hat sich bei der berührungslosen 3D-Vermessungvon Kunst- und Kulturgütern sher gut bewährt. Die gewonnenen 3D-Punkt-wolken beinhalten eine sehr hohe Informationsdichte bei einer sehr geringenFehlertoleranz. Die erzielte Messgenauigkeit garantiert hochpräzise 3D-Scan-ergebnisse, die gerade bei der Darstellung filigranster Details oder für dieAbnahme von Maßen notwendig sind. So überzeugte auch das virtuelle Modellder Hathorkapelle durch maximalen Detailreichtum und Maßhaltigkeit.

Das am Rechner entstandene Modell bot den Archäologen die Möglichkeit,das Gebäude am Bildschirm in seine Strukturen zu zerlegen und geeigneteMaßnahmen und Techniken zur Rettung des einsturzgefährdeten Gebäudeszu entwickeln. Ohne diese Technologie wäre es nicht möglich gewesen, dieKapelle mit all ihren abgestürzten Gebäudeteilen wieder derart authentisch zurestaurieren.

Der Kapelle, die teilweise mit nachgebildeten Kunststeinrepliken behutsamwieder aufgebaut wurde, sehen die Besucher von Naga heute nicht an, dasshier 15 Jahre lang Archäologen und Computerspezialisten am Werk waren.Auf allzu weitreichende Rekonstruktion hat man im Sinne einer Restaurationmit einem Höchstmaß an Authentizität bewusst verzichtet.

Reales Modell aus dem 3D-Drucker. Da sich kaum jemand von dergelungenen Restaurierung der Hathorkapelle vor Ort überzeugen kann, kamder Wunsch nach einem realen Modell auf, das bereits auf der Ausstellung inBerlin präsent sein sollte. Ein physisches Modell war gefragt, das möglichstdetailgetreu und präzise die Einzelheiten der Hathorkapelle wiedergeben sollte.Schnell war der Kontakt zum Augsburger 3D-Druckspezialisten Voxeljetgeknüpft. Das Unternehmen hat sich auf die Auftragsfertigung von Sandformenfür den Metallguss sowie von Modellen aus Kunststoff spezialisiert. Die Kunden,Hersteller von Kleinserien und Prototypen aus den unterschiedlichsten Indus-triezweigen Europas, lassen hier ihre Gussformen und 3D-Modelle auf Basisvon CAD-Daten herstellen.

»Zugegeben – die Anfrage, einen historischen Tempel zu drucken, war auchfür uns alles andere als alltäglich. Aber nach den genauen Informationen vonTrigon Art und der Bewertung des vorhandenen Datenmaterials schien uns dasVorhaben auch in der geforderten Qualität durchaus realisierbar«, so Dr. IngoEderer, Geschäftsführer von Voxeljet Technology.

Nachdem die CAD-Daten für das Tempelmodell vorlagen, ging es direkt aufeinen 3D-Hochleistungsdrucker des Typs VX800. Diese Maschinen liefernBauteile, bei denen es auf hohe Detailgenauigkeit und exakte Darstellung vonKonturen ankommt. Hier entstand das Kunststoffmodell der Hathorkapelle in

den Abmessungen 481 x 825 x 584 mm direkt im Maß-stab 1:10 aus CAD-Daten im Schichtbauverfahren. AusTausenden mikrometerfeiner Schichten generierte derVX800 nach rund 18 Stunden die vollständige Kapelle.Nach dem Entpacken – ein Vorgang, der überschüssigesMaterial vom Modell entfernt – war das Kunststoff-modell Realität geworden. »Das physische Modell derHathorkapelle übertrifft selbst hohe Erwartungen. DerDetailreichtum unserer Scans kommt in dem Kunst-stoffmodell sehr präzise zum Ausdruck. Einen weiterenVorteil sehen wir in der mechanischen Stabilität desModells, die eine lange Lebensdauer verspricht«, erklärtMark Praus von Trigon Art.

So konnte der Einsatz wegweisender Technologienin einer alten Wissenschaft wie der Archäologie über-zeugende Ergebnisse liefern. Nicht zuletzt dankinnovativer Hightech-Verfahren werden die res-taurierten Tempelruinen von Naga, der 2000 Jahre altenKönigsstadt des Reiches von Meroë, wieder für langeZeit der Nachwelt erhalten bleiben. �

Ralf Högel


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Bild

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Art

KONTAKTINFO

Streifenlichtscanning:

Trigon Art

Tel. +49 30 34660330

www.trigonart.com

3D-Drucker:

Voxeljet Technology GmbH

Tel. +49 821 7483-100

www.voxeljet.com

Erstaunen: »Zugegeben – die Anfrage, einen historischen

Tempel zu drucken, war alles andere als alltäglich«, meint

Dr. Ingo Ederer, Geschäftsführer Voxeljet.

26-27_RX110532_VOXELJET_x_hk_fan 08.02.2012 16:32 Uhr Seite 27

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3D-EINGABEGERÄT

Ermüdungsfreies ArbeitenMit der ›Space Mouse Pro‹ präsentiert 3D-Connexion eine neue3D-Maus, die sich an professionelle Nutzer von 3D-Applikationenrichtet. Das Gerät bietet in puncto Design und Funktion etlicheNeu- und Weiterentwicklungen. Unter anderem enthält die MausQuick-View-Navigationstasten für eine bessere Kontrolle undDarstellung von 3D-Inhalten. Über das On-Screen-Display lässtsich die Konfiguration der vier intelligenten Funktionstastendirekt auf dem Bildschirm anzeigen. Das ergonomische Designder Space Mouse Pro ist auf eine ideale Verbindung zwischenMensch und Computer ausgelegt und soll auch in langen

Sitzungen ermüdungsfreies Arbeiten ermöglichen. Die großen und leicht

erreichbaren Tasten sowie die voll-flächige Handauflage machen dasGerät komfortabel, außerdemreagieren die Sensoren aufkleinste Bewegungen, sodassArm, Handgelenk und Hand geschont werden. Die sechs Frei-

heitsgrade der Sensortechnologieermöglichen das gleichzeitige

Bewegen von 3D-Modellen undUmgebungen um sechs Achsen. Vier

intelligente Funktionstasten lassen sichfrei auf die jeweilige Anwendung programmieren und aktivierendie On-Screen-Anzeige. Zusätzlich lässt sich jede Ansicht in 90-Grad-Schritten drehen. Space Mouse Pro unterstützt die 3D-Applika-tionen der marktführenden Hersteller wie Autodesk, DassaultSystèmes, Siemens PLM und vieler anderer. Das Gerät ist absofort erhältlich. � www.3Dconnexion.de

CONTENT-TO-PRINT-LÖSUNG

Staubfreies DruckenDie Verfügbarkeit des Personal-3D-Printers ›ProJet1500 3D‹ hat 3D Systems Corporation bekanntgegeben. Das System stellt hochaufgelöste, robusteKunststoffmodelle in bis zu sechs Farben her. DerDrucker besticht durch vielseitige Eignung und besonders gute Detailwiedergabe bei glatten Ober-flächen. Bis zu fünfmal schneller als andere 3D-Drucktechnologien seiner Produktklasse soll der›ProJet 1500 3D‹ robuste Modelle fertigen, die zurDesignverifizierung genauso wie in Funktionstestsund bei Schnappverbindungen zum Einsatz kommenkönnen. Das neue Modell ist netzwerkfähig undwurde für die Verwendung im Büro entwickelt. DerDrucker gibt daher keine Hitze, Gerüche oder Stauban die Umgebungsluft ab. Die intuitive Webbrowser-Oberfläche des Gerätes ermöglicht den gemeinsamenZugriff mehrerer Anwender. Der Hersteller vertreibtdas System über sein weltweites Händlernetzwerk. � www.3dsystems.com

Space Mouse Pro: Dank

ergonomischem Design ermöglicht

sie ermüdungsfreies Arbeiten.

Bild: 3D-Connexion

Bis zu fünfmal

schneller: Der

Projet 1500

fertigt robuste

Kunststoff-

Modelle.

Bild: 3D Systems

Leichter und

schlanker: das

überarbeitete

Messsystem

Handyprobe.

Bild: Creaform

OPTISCHE MESSSYSTEME

Handliches MessenSein optisches Messsystem ›Handyprobe‹ hat Creaform mit der Tru-Accuracy-Technologie ausgestattet. Diese soll hochgenaue Messungen von bis zu 22 µmgewährleisten und sich insbesondere in Anwendungen auszeichnen, bei denenes auf Effizienz ankommt und hohe Produktivität, Zuverlässigkeit und Qualitätgefordert sind. Das neue Modell besitzt ein überarbeitetes Design und ist um0,5 kg leichter geworden. Führende Unternehmen aus der Luft-und Raumfahrtoder der Automobilindustrie haben ihre Werke bereits mit dem taktilen Mess-system ausgestattet. Das portable CMM wird seit mehreren Jahren weltweit inder Produktion und bei rauen Umgebungen für die Inspektion von Bauteileneingesetzt. � www.creaform3d.com

28-33_Innovationen_RX1-12_x_hk_fan NEU 09.02.2012 16:10 Uhr Seite 28

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Einfacher als mit dem Stift auf

Papier: Mit Catia Natural Sketch

können Designer ihre Ideen

schnell und präzise umsetzen.

Bild: Dassault Systèmes

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3D-ZEICHNUNGSPROGRAMM

Intuitiv zeichnen wie auf PapierMit ›Catia Natural Sketch‹ bringtDassault Systèmes ein neues 3D-Zeichnungsprogramm auf denMarkt. Es vereint die Benutzerfreund-lichkeit von 2D-Tools mit den Möglich-keiten realistischer 3D-Modellierung.Die meisten Designer bevorzugen nachwie vor das Zeichnen, um ihren IdeenAusdruck zu verleihen. Den Vorbehal-ten gegenüber der 3D-Darstellung trittCatia Natural Sketch entgegen, da mitdem Programm das Arbeiten in 3Dgenauso intuitiv sein soll wie dasZeichnen auf Papier. Die Software verhindert Unterbrechungen im Work-flow über den gesamten industriellenDesignprozess hinweg – bei der Umset-

zung von ersten Ideen in brauchbareEntwürfe kann es vorkommen, dasseine 2D-Idee nicht in 3D umsetzbar ist.Das Zeichnen in 3D mit Catia NaturalSketch ermöglicht Designern ein bes-seres Verständnis ihrer Entwürfe.Außerdem wird die Kommunikationder Ideen an 3D- Modellierer erleich-tert. Designer können zudem gezeich-nete 3D-Kurven zur Erstellung einesModells mithilfe von Tools zurFlächenmodellierung innerhalb vonCatia erstellen. Durch die direkte Übertragung der 2D-Zeichnung in eindigitales 3D-Produkt sind Widersprüchezwischen der Designabsicht und demtatsächlich erzielten Ergebnis vermeid-

bar. Dies sorgt für deutliche Verbes-serungen bei der Designqualität. CatiaNatural Sketch vervollständigt dieLösung ›Catia for Creative Designers‹,die nun 3D-Zeichnung, Konzeptmodel-lierung, Class-A-Flächenmodellierung,Rapid Prototyping und Visualisierungumfasst. Catia for Creative Designersbietet eine einheitliche Umgebung über den gesamten Workflow des Industriedesigns. Dies umfasst den Weg von der ersten Ideenfindung überdas Konzept und die Ausarbeitung vonDetails bis hin zur Designvalidierungund zum produktionsreifen 3D-End-produkt. � www.3ds.com

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Verbesserte Qualität:

Die direkte Übertragung

der Zeichnung in ein

digitales 3D-Produkt

hilft, Widersprüche

zwischen Designabsicht

und Ergebnis zu

vermeiden.

Bild: Dassault Systèmes

DIGITALE FORMERFASSUNG

Imaging im Jahr 2012Die 2012er-Versionen von ›Geomagic Studio‹, ›Geomagic Wrap‹,›Geomagic Qualify‹ und ›Qualify Probe‹ sowie der ›Wrap OEMEdition‹ hat kürzlich Geomagic vorgestellt. Die 3D-Imaging-Produktenutzen die neuesten Entwicklungen aus den Bereichen 3D-Scan undDigitalisiererdaten-Transformation, präzises Polygon-Imaging und 3D-Prüfung sowie der Messtechnik. Damit zielt die Produktreihe aufVerbesserungen in der Fertigungseffizienz, Produktivität und Pro-duktqualität. Mit neuen und optimierten Befehlen ermöglichen dieneuen Versionen eine schnellere Entwicklung von 3D-Modellen, diedirekt einsetzbar sind. Die gesteigerte Leistung und höhere Geschwindigkeit der Produkte sollen einen Beitrag zur Verschlankungvon Fertigung, Design und Produktionsprozessen leisten. Ziel ist einekosteneffektivere Entwicklung von Modellen. Die neuen Versionenerweitern das bereits vorgestellte ›Qualify Probe‹ um eine kosten-günstige Vermessungsanwendung zur 3D-Prüfung. � www.geomagic.com

Geomagic Studio 2012: Die Lösung überführt

Scans physischer Objekte in präzise 3D-Modelle.

Bild: Geomagic


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MULTISENSOR-MESSMASCHINE

Anschauen und antasten›Optivscan‹, das Multisensor-Messgerät von HexagonMetrology, bietet optische Sensorik und taktiles High-Speed-Scanning in einem System. Mit der Methodedes Scannings lassen sich Daten zu einem Werkstückschnell und mit hoher Messpunktdichte gewinnen.Das Messgerät ist die Plattform für den Vision-Sensorsowie den kompakten Messkopf ›LSP-X1‹ der MarkeLeitz. Der Vision-Sensor verfügt über eine hochauf-lösende CCD-Kamera. Er misst berührungslos kleinsteund eng tolerierte Merkmale sowie Merkmale, diesich beim Antasten mit berührenden Sensoren ver-formen würden. Das Pendant dazu bildet der taktileMesskopf LSP-X1. Er ermöglicht alle Standard-messungen wie Einzelpunkt-Antastungen, selbst-zentrierendes Messen und kontinuierliches High-Speed-Scanning für schnelle, sehr genaue Form- undKonturmessungen. Verschiedene Merkmale desOptivscan-Systems stützen die Genauigkeit der Messergebnisse: Hohe Präzision ist beispielsweisedank Granitführungen und luftgelagerten Achsengegeben. Das Antriebssystem der Optivscan erlaubthohe Verfahrgeschwindigkeiten und damit hohenDurchsatz. Das System bietet einen Messbereich von650 x 600 x 300 mm und nimmt Werkstücke miteinem Gewicht von bis zu 200 kg auf. Mit der Mess-Software ›PC-DMIS Vision‹ können Anwenderauf CAD-Modelle zurückgreifen, wodurch sich dieMessprogrammierung vereinfacht. � www.hexagonmetrology.com

CAD-VIEWER

Mehr FunktionenDie K2D Key To Data GmbH, Entwicklungspartner des Software-herstellers Kubotek, hat den CAD-Viewer ›Kubotek Keyview 11.1.0‹vorgestellt. Die neue Version unterstützt nun zusätzlich das Datei-format Catia V6 3D. Ergänzt wurde eine Vielzahl an neuen Funk-tionen, unterstützten 2D- und 3D-CAD-Formaten und Zusatzmodu-len, wie dem Werkzeug- und Formenbaupaket. Daneben beinhaltetdie Version einige neue Funktionen, wie beispielsweise die Anzeigeund Verwaltung von Anmerkungen (Markups) im Strukturbaum unddas Anlegen von Schnitten auf Markup-Layern, um diese besserbemaßen zu können. Außerdem gibt es in Keyview 11.1.0 zwei neueFenster: Mit der Funktion ›Prüfdaten‹ lassen sich gemessene Datenweiterverarbeiten. So können beispielsweise Daten für Berechnun-gen verwendet oder Teile um den gemessenen Wert verschobenwerden. Das zweite Fenster ›Datei Explorer‹ ermöglicht eine schnel-lere Navigation durch die Dateien. Eine weitere Verbesserung stelltdie überarbeitete Darstellung von Maßen dar. Diese bleiben auchbeim Rotieren des Teils lesbar, anstatt sich mit dem Teil zu drehen. � www.keytodata.de

MEDIZINISCHES DRUCKMATERIAL

Für langen HautkontaktMit dem ›MED610‹ hat Objet ein bioverträgliches 3D-Druck-material im Angebot, das für den 3D-Druck im medizinischenund zahnmedizinischen Bereich entwickelt wurde. Das Materialeignet sich für längeren Hautkontakt von über 30 Tagen sowie

Kontakt mit der Schleimhaut-membran von bis zu 24Stunden. Der Stoff hat fünfmedizinische Zulassungengemäß der harmonisiertenNorm ISO 10993-1 erhalten:Zytotoxizität, Genotoxizität,Typ-IV-Allergie, Irritation undKunststoffe nach USP Class VI.Das Material kann mit allenObjet-Connex- und Eden-3D-Druckern verwendet werden.Bestandskunden können esnach einem Software-Upgradeeinsetzen. � www.objet.com


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Medizinische Anwendung:

individuell angepasste,

transparente chirurgische

Schablonen. Bild: Objet

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Optivscan:

Die Mess-

maschine

vereint

optisches

und taktiles

Scanning.

Bild: Hexagon

Metrology

Rasante

Entwicklung:

Seit der Vorstellung

im Jahr 2010 hat

Kubotek Keyview

eine Vielzahl neuer

Funktionen

hinzugewonnen.

Bild: K2D


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DESKTOP-COMPUTERTOMOGRAF

Kompakt durchleuchten Für kleine Kunststoffbauteile und Bauteile mitgeringer Materialdichte gibt es nun den kom-pakten Desktop-CT ›Exact XS‹ von Wenzel. DasSystem ist problemlos auf einem Schreibtisch aufstellbar. Mit den Maßen 600 x 520 x 430 mmist es laut Hersteller der kleinste industrielleComputertomograf seiner Klasse. Für hohePräzision sorgt die speziell für den industriellenEinsatz entwickelte CT-Steuerungs- und Rekon-struktionssoftware von Wenzel Volumetrik. DieDatenerfassungssoftware Exact Control sorgt fürdie Steuerung des CT. Die Rekonstruktions-

software Exact Volume garantiert die genaue Berechnung der Volumendaten. Der Exact XS besitzt eine Bauartzulassung; als Vollschutzgerät genügt er den gesetzlichen Bestimmungen derRöntgenverordnung und der DIN 54113. Die Einsatzgebiete des Gerätes liegen in der Mess- undPrüftechnik, wo 3D-Daten von komplexen inneren und äußeren Strukturen gefordert sind. � www.wenzel-group.com

Systemdesign: Das neuartige Bedienkonzept verfügt

über ein integriertes Touchscreen-Display. Bild: Wenzel

Die internationale Fachmesse für

Rohmaterialien, Fertigungs- und

Automatisierungstechnik, sowie

Outsourcing im Bereich Medizintechnik

fi ndet zum 11. Mal statt.

Gesponsort von:

www.medteceurope.com

Messe und Konferenz

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SLM125 und

SLM250: Neu

ist die variable

Metallpulver-

dosierung.

Bild: Renishaw

Premiere auf der Euromold: die generative

Strahlschmelzanlage SLM 280 HL. Bild: SLM

GENERATIVES STRAHLSCHMELZEN

Beschleunigter ProzessZwei generative Strahlschmelzanlagen hat die SLMSolutions GmbH vorgestellt. Die ›SLM 125 HL‹ istspeziell für den Einsatz im Dentalbereich und fürkleinere Bauteile konzipiert, während die ›SLM 280HL‹ die große Strahlschmelzanlage im Hause SLMdarstellt. Die SLM 280 HL besitzt ein großes Baufeldvon 280 x 280 x 350 mm und bietet eine Doppel-strahltechnik, die den gesamten Prozess deutlich beschleunigt. Ferner integriert die Maschine einehochpräzise 3D-Scan-Optik und ein geschlossenesPulverhandling. Bei ihrem ersten öffentlichen Auftrittauf der Euromold 2011 hat das Unternehmen viel positives Feedback für die Anlage erhalten. Besucherund Marktbegleiter zeigten sich gleichermaßenbeeindruckt von den technischen Leistungsdaten undinnovativen Details des Systems. Das neue Optik- undBelichtungskonzept beispielsweise hat SLM in engerZusammenarbeit mit dem Fraunhofer ILT in Aachenentwickelt. � www.slm-solutions.com

MOBILE DIGITALMIKROSKOPE

Flottere Berichte Mit ›DVM 2500‹ und ›DVM 5000 HD‹ bietet Leica Microsystems zwei Mikroskop-systeme, die fertige Berichte innerhalb kürzester Zeit in digitaler Präzision bereit-stellen. Die Auswahl an Zoomoptiken und umfangreichem Zubehör ermöglicht dieAnpassung der Geräte an vielfältige Anwendungen sowie an die individuell vor-handene Infrastruktur. Die Analyse der Ergebnisse ist besonders einfach und schnellzu bewältigen. Digitale Mikroskope von Leica Microsystems sind in Anwendungs-bereichen wie der Pharmazie, Materialforschung und Elektronikfertigung als Analyse-instrumente etabliert. Insbesondere die industrielle Qualitätskontrolle, die höchste Anforderungen an makro- und mikroskopische Bildgebung und Bildverarbeitungstellt, nutzt die innovative Digitaltechnik. � www.leica-microsystems.com

DVM 5000 HD: Seine schlanke

Zoom-Optik erreicht auch schwer

zugängliche Oberflächen.

Bild: Leica Microsystems

SELEKTIVES LASERSCHMELZEN

Rascher WerkstoffwechselMit den Maschinen von Renishaw lassen sich per SLM sehr dichteMetallteile direkt aus dem 3D-CAD-Datensatz herstellen. Die Teileentstehen aus feinen metallischen Pulvern, die in einer strengkontrollierten Umgebung Schicht um Schicht in Stärken von 20bis 100 Mikron vollständig geschmolzen werden. Die Maschinenbestechen durch den schnellen Werkstoffwechsel über daskassettenähnliche Materialabgabesystem an der ›SLM125‹ bzw.das abnehmbare Magazin an der ›SLM250‹. Die aktuellen Anlagen sind Baureihen der dritten Generation. Die größtenNeuerungen gegenüber den Vormodellen sind unter anderemeine variable Metallpulverdosierung, ein extrem sauerstoffarmerKonstruktionsraum und ein sicheres Filterwechselsystem, durchdas der Bedienerkontakt mit den Werkstoffen auf ein Mindest-maß beschränkt wird. Die Maschinen wurden für einen bedien-erfreundlichen Einsatz in der Fertigungsumgebung entwickelt.Sie verfügen über einen Touchscreen und verschiedene Menü-optionen zur Maschinenvorbereitung und abschließenden Reinigung. Viel Wert hat der Hersteller auf die Robustheit gelegt;im Hinblick auf Betrieb und Wartungsfreundlichkeit dientenWerkzeugmaschinen als Maßstab. Auch reaktive Werkstoffe wieTitan und Aluminium lassen sich sicher verarbeiten. � www.renishaw.de


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Das Jahrtausende alte Wachsausschmelz-verfahren ist nach wie vor das gängigsteund präziseste Verfahren für den Metall-Feinguss. Der Trend der letzten Jahre zusehr filigranen Schmuckmodellen (bedingtdurch hohe Edelmetallpreise) war für dieFeingusstechnik eine große Heraus-forderung hinsichtlich Detaillierung,Wandstärken und Oberflächenqualität,sorgte aber für einen enormen Inno-vationsschub. Bei modernen RP-Tech-nologien hinkte die Schmuckindustrieanderen Branchen lange hinterher. Wieschnell ein technologischer Rückstand mitguten branchenspezifischen Lösungen ineinen Vorsprung umgekehrt werdenkann, führen die 3D-Modelldrucksystemevon Solidscape vor: Hinsichtlich derBaugröße, Präzision, Anwenderfreundlich-keit und Wirtschaftlichkeit speziell für dieAnforderungen der Schmuckbranche ent-wickelt, sollen laut Hersteller die Solid–scape-Drucker nicht nur die Marktführer-schaft in der Schmuckbranche erobert,sondern sich längst auch in zahlreichenanderen Bereichen durchgesetzt haben –

nicht zuletzt durch ein gutes Preis-Leis-tungs-Verhältnis. Einsatzschwerpunktesind neben der Schmuckindustrie dieDental- und Medizintechnik, RP-Dienst-leistung/Produktentwicklung sowie dieModellbaubranche, so beschreibtHorbach-Technik, der Solidscape-Vertriebspartner für den deutsch-sprachigen Raum, den weiteren Einsatz-bereich.Den breiten Erfolg verdankt dasSolidscape-System nicht zuletzt der unkomplizierten Handhabung vonDrucker und zugehöriger Model-Works-Software: Über die einfach zu bedienendeWindows-Oberfläche werden die CAD-Daten (STL oder SLC) importiert. Ein As-sistent führt durch die wenigen Arbeits-schritte zur Erstellung der Fertigungsdatenund der gewünschten Parameter (wieDruckgeschwindigkeit, Auflösung,Schichtstärke). Alle notwendigen Stütz-strukturen berechnet Model Works auto-matisch . Der Druck selbst läuft voll-automatisch ab, wobei Modell und Stütz-strukturen mit zwei unterschiedlichenThermoplasten gedruckt werden. In einerspeziellen Löseflüssigkeit werden dieStützstrukturen einfach aufgelöst, eineweitere manuelle Nachbearbeitung ist bei Solidscape nicht nötig. Die Druck-geschwindigkeit hängt in erster Linie vonder gewählten Schichtstärke (Z-Achsen-Auflösung von 0,013 bis 0,762 mm) ab. Die maximale Präzision beträgt +/- 0,025 mm in X-, Y- und Z-Richtung.

Die kleinste Detailgröße liegt bei nur0,254 mm, die maximale Bauteilgröße bei15 x 15 x 10 cm. Eine Schwäche vieler3D-Drucksysteme, die deutlich wahr-nehmbare Stufenbildung bei bestimmtenRadien, konnte Solidscape praktisch voll-kommen ausmerzen: Durch die neue SCP-Technologie (SCP bedeutet Smooth Cur-vature Printin) werden gerundete Flächenaller Art mit unvergleichlich glatter Ober-fläche aufgebaut. Solidscape-Drucker,Software und Verbrauchsmaterialien sindin Deutschland, Österreich und derSchweiz exklusiv über Horbach erhältlich. � www.horbach-technik.de

3D-MODELLDRUCKSYSTEM SOLIDSCAPE

Ein Schmuckspezialist will Maßstäbe setzen

FIRMEN & INSERENTENINSERENTEN

Hanser Verlag GmbH & Co. KG,München 2, 25, 35

Horbach GmbH, Idar-Oberstein 5

Messe Erfurt, Erfurt 9

Objet Geometries GmbH,Rheinmünster 36

UBM Canon, GB-London 31

Voxeljet technologyGmbH, Friedberg 7

FIRMEN

3D Systems 24, 283D-Connexion 28

Autodesk 7BMW Group 20Bosch-Rexroth 7Cipres Technology

Systems 15Concept Laser GmbH 24Creaform 28Dassault

Systèmes 28, 29

EOS Electro OpticalSystems 15, 18, 24

FIT GmbH 8Fraunhofer ILT 7Geomagic 29Hexagon Metrology 30Horbach-Technik 33IAP Potsdam 17IGB Stuttgart 17ILT Aachen 17Inus Technology 8IPA Stuttgart 17IWM Freiburg 17

K2D Key To Data GmbH 30

Kor Ecologic 12Leica Microsystems 32Messe Erfurt 6MIT Media Lab 11Objet GmbH 11, 24, 30Realizer GmbH 24Red Eye On Demand 13Renishaw 32RTT AG 8Schultheiss GmbH 9SLM Solutions 9, 32

Snail Design & Production Studio 14

Stratasys GmbH 13Trigon Art 26Uni Erlangen-

Nürnberg 8Uniklinik Erlangen 8Voxeljet Technology

GmbH 27Wenzel Group 31Within Technologies 18

Schmuckproduktion: Sie lässt sich

effizient durchführen – und das bei

filigranen Schmuckmodellen. Der Solid-

scape-3D-Drucker T76 und die neue

SCP-Technologie machen es möglich.

Bilder: Solidscape/Horbach


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VORSCHAU34

rapidX 1 -2012

� Die Fertigung der Zukunft ist generativ

� Funktionsfähige Gitarrenverstärker per AM

� 3D-Druck von Sandformen für Gießereien

UNSERE WEITEREN THEMEN

Inspiriert durch die gemufften Stahlrahmen

alter Renn- oder Bahnräder, entwickelte ein

Produktdesign-Student ein Konzept, das es ermög-

licht, in kürzester Zeit mit Rapid Manufacturing dem

Kunden einen qualitativ hochwertigen Rahmen nach

Maß liefern zu können. Das Konzept zielt auf eine

individuelle Rahmenfertigung mit qualitativ hoch-

wertigen und zugleich optimierten Bauteilen ab. Das

additive Laserschmelzen ermöglicht es, komplexe

Bauteilgeometrien werkzeuglos herzustellen. Anhand

dieser errechneten Geometrie werden Rohrlängen

ermittelt und Muffen generiert. So ließ sich durch

Berechnungen des Kraftflusses eine verbesserte

Struktur und eine höhere Stabilität des Fahrrads bei

weniger Materialeinsatz erreichen.

�

AUSBLICK

Fahrradteile drucken

Erscheinungstermin: 25. April 2012

Anzeigenschluss: 3. April 2012

Termine der nächsten rapidX

Bild

: R

alf

Ho

lleis

IMPRESSUMCHARAKTERISTIKrapidX richtet sich als Branchenzeitschrift an verantwortliche Anwender,Entwickler und Produktionsleiter der Investitions- und Konsumgüter-industrie. Als moderne Technologie-Zeitschrift informiert sie über alleSchichtbauverfahren und schnelle Produktentwicklung (Rapid Product Development). Innerhalb dieses Umfelds berichtet sie über Rapid Prototyping (schnellen Prototypenbau), Rapid Tooling (schnellen Werkzeugbau) und Rapid Manufacturing (schnelle Fertigung). Diese Verfahren ermöglichen es, komplizierte Werkstücke, Teile und Produkteüberhaupt erst herzustellen und zudem schnell entsprechend individuellenKundenwünschen zu entwickeln, auszulegen und kostengünstig zu produzieren. rapidX deckt über ihre Marktdurchdringung eine breite Zielgruppe über viele Branchen hinweg ab.

CHEFREDAKTION Richard Fachtan (verantwortlich), Kolbergerstraße 22, 81679 München, Tel.: +49 89 99830-611, [email protected]

REDAKTEURIN Susanne Schröder, Tel.: +49 89 99830-329, Fax: -623,[email protected]

VERLAG Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, Kolbergerstraße 22, D-81679 München

oder Postfach 86 04 20, D-81631 München, Tel.: +49 89 99830-0, Fax: +49 89 984809, [email protected], www.hanser.deISSN 2190-8745

Gemäß § 8 Abs. 3 BayPrG geben wir die Inhaber und Beteiligungsverhält-nisse wie folgt an: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, Kolbergerstr. 22, D-81679 München, Sitz und Registergericht: München HRA 49621, PhG: CarlHanser Verlagsleitungsges. mbH, Kolbergerstr. 22, D-81679 München, Sitzund Registergericht: München HRB 40463, Kommanditisten: Ruth Beisler,Hausfrau, München; Gertraud Bracker, Buchhändlerin, Weilheim; WolfgangBeisler, Geschäftsführer, München; Ulrike Beisler, Verlegerin, Rom;Christoph Beisler, Künstler, München.

GESCHÄFTSFÜHRUNG Wolfgang Beisler, Stephan D. Joß, Michael Krüger

VERLAGSLEITUNG Michael Himmelstoß, Tel.: +49 89 99830-613

ANZEIGENLEITUNG Dietmar von der Au (verantwortlich), Tel.: +49 89 99830-214, [email protected]

VERTRIEB Susanne Wolf (Vertriebsleitung), Tel.: +49 89 99830-105, Fax: +49 89 984809, [email protected]

ABO-SERVICE Kristin Großkopf, Tel.: +49 89 99830-111,Fax: +49 89 984809, [email protected]

ABONNEMENTrapidX erscheint viermal jährlich. Der Preis für ein Jahresabonnement beträgt € 46,00 (SFr 80,00). Die genannten Preise verstehen sich zzgl.Versandkosten: Inland € 4,80 (SFr 8,40) bzw. Ausland € 9,80 (SFr 17,20).Preisänderungen vorbehalten. Die Abonnementdauer beträgt ein Jahr. Das Abonnement verlängert sich automatisch um ein weiteres Jahr, wennes nicht spätestens sechs Wochen vor Ablauf des Bezugsjahres schriftlichgekündigt wird.

HERSTELLUNGSLEITUNG Hadrian Zett, Tel.: +49 89 99830-420

LAYOUT & GESTALTUNG Thomas West, Tel.: +49 89 99830-422

DRUCK & BINDEARBEIT Firmengruppe APPL, sellier druck GmbH Angerstraße 54, D-85354 Freising. Printed in Germany.

URHEBER- UND VERLAGSRECHTDie Zeitschrift und alle in ihr enthaltenen einzelnen Beiträge und Abbildun-gen sind urheberrechtlich geschützt. Mit Annahme des Manuskripts gehendas Recht zur Veröffentlichung sowie die Rechte zur Übersetzung, zur Vergabe von Nachdruckrechten, zur elektronischen Speicherung in Daten-banken, zur Herstellung von Sonderdrucken, Fotokopien und Mikrokopienan den Verlag über. Jede Verwertung außerhalb der durch das Urheber-rechtsgesetz festgelegten Grenzen ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig.

GEBRAUCHSNAMENDie Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnun-gen und dgl. in dieser Zeitschrift berechtigt nicht zu der Annahme, dasssolche Namen ohne Weiteres von jedermann benutzt werden dürfen; ofthandelt es sich um gesetzlich geschützte, eingetragene Warenzeichen, auchwenn sie nicht als solche gekennzeichnet sind.

© CARL HANSER VERLAG, München 2012

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Carl Hanser Verlag · Kolbergerstr. 22 · 81679 München · Tel.: +49 89 99830-303 · Fax: +49 89 984809 · [email protected] · www.rapidx-online.de

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RAPIDX – PRODUKTENTWICKLUNG UND ADDITIVE FERTIGUNG ist das Fachmagazin

zum Thema Rapid Product Development, Rapid Prototyping, Rapid Tooling und Rapid Manufacturing.

Sie berichtet in 4 Ausgaben pro Jahr umfassend und kompetent über die additiven Fertigungsver-

fahren, die eine schnelle, individuelle Entwicklung sowie eine kostengünstige Produktion ermöglichen.

IM ONLINE-PORTAL RAPIDX-ONLINE.DE finden Sie das Heftarchiv mit den vollständigen

Ausgaben ab 2010.

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The Power to Create

Kompakt, erschwinglich und multimaterial:Die neue Objet260 Connex verwendetdie weltweit einzige 3D-Drucktechnologie,die Prototypen mit bis zu 14 verschiedenenMaterialeigenschaften in nur einem Druckvorgangherstellt. Sie können sicher sein, dass das Modell für jede noch so komplexe Idee dem Original in Bezug auf Optik, Haptik und Funktion in nichts nachsteht.

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