DPMA - Erfinderaktivitäten 2005/2006

wurden auf dem Gebiet der Metallpulver die selektiven
Lasersinterverfahren entwickelt (eine der ersten
Anmeldungen: DE 22 63 777 A1). Alle diese Verfahren
hatten bei einer großen Variantenvielfalt nur wenige
technische Merkmale gemeinsam, nämlich den Aufbau
eines dreidimensionalen Körpers aus Schichten unter
Verwendung flüssiger oder feinkörniger Materialien und die
automatische Steuerung des Schichtenaufbaus durch
einen Rechner. Durch diese Merkmale ließen sie sich aber
eindeutig von den herkömmlichen Verfahren abgrenzen,
bei denen der Werkstoff entweder umgeformt oder
abgetragen wurde. In wissenschaftlichen Publikationen
wurden sie wegen des Stoffaufbaus als „generative
Fertigungsverfahren“ bezeichnet.
5. Rapid Prototyping
Noch ein anderer Gesichtspunkt unterschied die neuen
Verfahren von den klassischen Massenproduktionen,
nämlich das Ziel einen Formkörper als Einzelstück also als
Urmodell bzw. Prototypen zu schaffen. Deshalb setzte sich
auch schnell der Begriff „Rapid Prototyping“ durch, der alle
diese Verfahren unabhängig von den technischen
Verfahrensschritten umfasst. Der Begriff „rapid“ darf dabei
nicht wörtlich auf das Fertigungsverfahren als solches
bezogen werden, denn es läuft auf Grund des
Schichtenaufbaus viel langsamer ab als die
herkömmlichen Urformverfahren für die Massenproduktion.
Vielmehr ist der Prozessablauf von der Planung bis zur
Realisierung des optimalen Bauteils kürzer und billiger
geworden, was am Einsatz dieses Verfahrens in der
Gießereiindustrie erläutert werden soll.
6. Modellbau in Handarbeit
Wenn ein Bauteil aus Metall gegossen werden soll, so ist
es seit Jahrhunderten üblich, nach Herstellung des
Entwurfs und nach Festlegung der Fertigmaße zunächst
ein Modell, z. B. aus Holz, zu bauen. Dieses Modell wird in
Sand eingebettet, wodurch im Sand ein Hohlraum gebildet
wird, der später mit Metall ausgegossen wird. Das Modell
muss etwas größere Abmessungen als das spätere aus
Metall gegossene Teil aufweisen, denn das Metall
schwindet beim Abkühlen und die Gussteiloberfläche muss
noch bearbeitet werden. Außerdem ist zu beachten, dass
dünne Wände des Gussstücks schneller abkühlen und
damit andere Eigenschaften besitzen als dicke und dass
bestimmte Radien von gekrümmten Flächen wegen
Rissbildung nicht unterschritten werden dürfen. Die Form
des optimalen Modells gleicht also nicht genau dem
fertigen Bauteil, sondern muss vom Fachmann auf Grund
seiner Erfahrung und durch Versuche ermittelt werden,
indem er die Form des Urmodells abwandelt und die
Auswirkungen auf das gegossene Produkt begutachtet.
Dabei wird das Urmodell als Einzelstück in Handarbeit
gefertigt und optimiert, was in der Vergangenheit viel Zeit
in Anspruch genommen hat.
7. Automatischer Modellbau
Mit dem Rapid-Prototyping-Verfahren lässt sich die
Herstellung eines solchen Urmodells einfacher und
preisgünstiger gestalten. Die im Rechner mit CAD
konstruierten Entwürfe werden praktisch über Nacht ohne
die Anwesenheit von Arbeitskräften automatisch
hergestellt. Die Eignung des so gebildeten Prototyps wird
anhand von Probeabgüssen ausprobiert. Jetzt lassen sich
Fehler und auch mögliche Verbesserungen leichter
erkennen. Dementsprechend werden Änderungen am
Modellentwurf vorgenommen und ein neuer Prototyp
realisiert. Bei komplizierten Bauteilen können mehrere
Entwurfszyklen notwendig sein, was mit den Rapid-
Prototyping-Verfahren zu einer Zeit- und Kostenersparnis
gegenüber dem herkömmlichen Vorgehen führt.
8. Computerunterstützter Formenbau
Mit den neuen Rapid Prototyping Verfahren boten sich
aber noch weitere Vereinfachungen des Arbeitsablaufs
beim Sandabguss an: Warum sollte man überhaupt noch
ein Urmodell entwerfen und fertigen, wenn mit einem
etwas abgewandelten Verfahren gleich die Urform aus
Sand automatisch hergestellt werden konnte? So
beschreibt die DE 44 18 466 A1 ein Verfahren, bei dem
Sand mit Binder in einer dünnen Schicht auf einen Träger
aufgebracht wird, der Binder mit einem gesteuerten
Laserstrahl in vorgegebenen Bereichen ausgehärtet wird
und dann Schicht für Schicht zu einem Quader aufgebaut
wird. Anschließend wird der lose Sand ohne
ausgehärtetem Binder entfernt und die fertige Sandform
mit dem Gießhohlraum bleibt zurück. Auch ohne Laser
lassen sich Sandformen in Schichtenbauweise herstellen,
52 Erfinderaktivitäten 2005/2006