3D-Druckmaterialien für das Rapid Prototyping
Die Auswahl der richtigen Prototyping-Materialien kann die Entwicklungszeit verkürzen, die Kosten senken und Ihr Produkt schneller auf den Markt bringen.
Mit dem Rapid Prototyping können Sie innerhalb weniger Tage vom CAD-Modell zum Bauteil gelangen. Allerdings benötigen nicht alle Prototypen das gleiche Material. Einige werden für Präsentationszwecke gebaut. Andere müssen sich in der Praxis bewähren. Im Folgenden erfahren Sie, wie Sie das richtige 3D-Druckmaterial für Ihren Auftrag auswählen.
Überlegungen zur Materialauswahl beim Rapid Prototyping
Bei der Wahl des Materials für das Rapid Prototyping kommt es darauf an, welche Funktionen Ihr Prototyp erfüllen soll. Soll er lediglich die Passform und Form überprüfen? Oder muss er Belastungen, Biegungen oder sogar großer Hitze standhalten? Manche Prototypen werden für das Aussehen gebaut, andere für die Leistung. Die Wahl des Materials sollte daher immer auf die jeweilige Aufgabe abgestimmt sein.
Form und Passform
Wenn Sie Abmessungen, Toleranzen oder die Verbindung von Teilen prüfen, benötigen Sie kein hochwertiges Material. Was zählt, sind Genauigkeit und Geschwindigkeit. Diese Prototypen werden oft in die Hand genommen, zusammengebaut und vielleicht im Büro herumgereicht – aber man erwartet nicht, dass sie unter Last funktionieren.
Eine gute Wahl
- ABS oder PLA (FDM): Schnell, preiswert und gut genug für einfache Formtests.
- SLA-Harze: Ideal für Teile, die scharfe Details und eine glatte Oberfläche benötigen.
Funktionsprüfung
Hier werden die Anforderungen anspruchsvoller. Wenn Ihr Prototyp beweglich, biegsam, belastbar oder verschleißfest sein muss, sollten Sie ein Material wählen, das die realen Bedingungen, denen das endgültige Teil ausgesetzt sein wird, nachahmt.
Eine gute Wahl
- Carbon-RPU 70 oder EPU 40 (DLS): robuste, produktionsreife Materialien, ideal für Schlag- und Biegeprüfungen.
- 316L-Edelstahl (DMLS): Voll funktionsfähige Metallteile für kritische Anwendungen.
Oberflächengüte und Optik
Damit Ihr Prototyp nicht nur optisch überzeugt, sondern auch haptisch, kommt es auf die Qualität der Oberfläche an. Glatte Oberflächen, feine Details und sogar Transparenz können einen großen Unterschied ausmachen – insbesondere bei Präsentationsmodellen, ergonomischen Studien oder allem, was von den Entscheidungsträger:innen abgesegnet werden muss.
Eine gute Wahl
- SLA-Harze: Bieten eine hohe Detailgenauigkeit und glatte Oberflächen mit Optionen für klare oder undurchsichtige Materialien je nach Anwendung.
- PolyJet: Bietet Mehrfarben- und Multimaterialoptionen mit äußerst feiner Auflösung.
Geschwindigkeit und Kosten
Wenn Sie sich in einem frühen Iterationsstadium befinden, ist schnell und billig in der Regel die beste Kombination. Diese Materialien eignen sich gut für grobe Konzepte oder Designverbesserungen, bevor Sie zu Funktionstests übergehen.
Eine gute Wahl
- PLA oder ABS (FDM): Kostengünstig und weit verfügbar – perfekt für die Konzeptvalidierung am selben Tag.
- PA 12 (MJF): Eine beliebte Wahl für die Herstellung mehrerer Teile mit gleichmäßiger Festigkeit und schneller Durchlaufzeit.
Beispiele für 3D-Druckmaterialien für das Rapid Prototyping
Was macht ein Material für das Rapid Prototyping geeignet? Ein wichtiger Faktor ist die Geschwindigkeit: Einige Materialien lassen sich aufgrund geringerer Aushärtungszeiten, einfacher Geometrien oder der Kompatibilität mit Hochdurchsatztechnologien wie MJF oder FDM schneller drucken als andere. Thermoplaste wie PLA und PA 12 lassen sich besonders schnell und effizient drucken und sind daher ideal für frühe Iterationen.
Aber Geschwindigkeit ist nicht alles. Die Wahl des richtigen Prototyping-Materials hängt auch davon ab, welche Erkenntnisse Sie gewinnen möchten. Bei frühen Konzepten sind oft schnelle und kostengünstige Drucke erforderlich, um die grundlegende Form und Passform zu testen. Mit zunehmender Ausarbeitung Ihres Entwurfs benötigen Sie möglicherweise härtere oder präzisere Materialien, um die Funktion, Ästhetik oder mechanische Leistung zu prüfen.
Die beste Wahl ist immer die, die Ihre nächste Designentscheidung am besten unterstützt.
Kurzanleitung zum Rapid-Prototyping-Material
|
Ziel des Prototyps |
Material |
Warum es funktioniert |
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Passformprüfung |
Präzise, langlebig und schnell zu produzieren |
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|
Visuelles Modell |
Glatte Oberfläche, feine Details, optionale Transluzenz |
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Schnappverbindung |
PA 12, PA 12 GF (SLS/MJF) |
Stark, flexibel und gut für funktionale Eigenschaften |
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Hitzebeständigkeit |
Accura 5530 (SLA), Aluminium (DMLS) |
Hält höheren Temperaturen stand, ohne sich zu verziehen |
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Flexible Teile |
EPU 40 (DLS), 3D-gedrucktes Silikon (PolyJet) (PolyJet) |
Imitiert Gummi - ideal für Wearables oder Dichtungen |
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Metallkomponente |
Titan oder rostfreier Stahl (DMLS) |
Hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit |
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Budget-Iteration |
PLA, ABS (FDM) |
Kostengünstiger und schneller Druck, ideal für grobe Konzepte |
Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten
Es gibt keine Einheitsgröße für alle Prototyping-Materialien. Je nach typischen Anwendungsfällen und Leistungsanforderungen an die Teile bevorzugen Branchen oft unterschiedliche Materialien.
- Automotive-Teams verwenden beispielsweise häufig PA 12, Carbon RPU 70 oder ABS für Schnellverbindungsprüfungen, Schnappverbindungen oder Gehäuse unter der Motorhaube. Diese Materialien sind robust genug, um Form und Funktion gleichzeitig zu testen.
- Aerospace-Unternehmen verwenden leichte und leistungsstarke Optionen wie PA 12 GF, Titan oder Aluminium für Halterungen, Kanäle und Gehäuse, die anspruchsvollen Bedingungen standhalten müssen.
- Medizin- und Zahntechnik-Konstrukteure verwenden SLA-Harze, 3D-gedrucktes Silikon und EPU 40, um präzise anatomische Modelle, chirurgische Werkzeuge und bequeme, tragbare Teile herzustellen.s.
- Konsumgüterentwickler entscheiden sich häufig für SLA-Harz, PA 12 oder PolyJet, um Anschauungsmodelle, Gerätegehäuse oder Proof-of-Concept-Einheiten mit eleganten Oberflächen herzustellen.
- Industrielle Ausrüstungen erfordern langlebige, reproduzierbare Materialien, die rauen Bedingungen standhalten und eine gleichbleibende Leistung erbringen. Dazu gehören häufig hochfeste Polymere und Metalle in Produktionsqualität für Anwendungen mit hohen Belastungen oder extremen Temperaturen.
Wie Materialien bei der Erstellung von Prototypen helfen
- ForgTin, ein Unternehmen für medizinische Geräte, verwendete DMLS mit 316L-Edelstahl, um ein haltbares, kompaktes Gerät zur Tinnituslinderung mit feinen Details und hoher Festigkeit herzustellen.
- General Drones setzte die Verfahren MJF und SLS mit dem Material PA 12 ein, um in kürzester Zeit leichte, präzise und vielseitig geformte Teile für Rettungsdrohnen zu drucken, die bei Notfällen auf See eingesetzt werden.
- Downhole Emerging Technologies, ein Unternehmen aus dem Bereich Geothermie, verwendet DMLS mit den Werkstoffen Inconel 718, Edelstahl 316L und Edelstahl 17-4, um schnell hochleistungsfähige Geräte herzustellen, die selbst bei extrem hohen Temperaturen nicht schmelzen oder korrodieren.
Stärken und Einschränkungen von Prototyping-Materialien
Jedes Material hat seine Vor- und Nachteile. Im Folgenden erfahren Sie, was Sie erwarten können:
|
Material |
Technologie |
Stärken |
Beschränkungen |
|
PA 12 |
SLS / MJF |
Langlebig, präzise, flexibel |
Körnige Oberfläche, begrenzte Farboptionen |
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SLA-Harze |
Hohe Detailgenauigkeit, glatte Oberfläche |
Spröde, daher nicht ideal für mechanische Belastungen |
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ABS/PLA |
FDM |
Schnell, preiswert, zugänglich |
Geringere Auflösung, rauere Oberfläche |
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Carbon RPU 70 / EPU 40 |
DLS |
Festigkeit oder Flexibilität in Produktionsqualität |
Höhere Kosten, längere Vorlaufzeiten |
|
PolyJet |
Weich, flexibel, biokompatibel |
Begrenzte Farb- und Formkomplexität |
|
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DMLS |
Robust, funktionell, temperaturbeständig |
Kostenintensiv und erfordert Nachbearbeitung |
Bereit zum Skalieren? Auswahl der Materialien für die Produktion
Das Prototyping ist nur der erste Schritt. Sobald Ihr Entwurf validiert wurde, können Sie mit dem 3D-Druck für die Produktion fortfahren – oder zu einem anderen Herstellungsverfahren wechseln. Welches Verfahren am besten geeignet ist, hängt von den Anforderungen an das Teil, dem Budget und der benötigten Stückzahl ab..
Einige 3D-Druckmaterialien sind auf Langlebigkeit und Leistung ausgelegt. Carbon RPU 70 und EPU 40 sind beispielsweise stark und flexibel genug für reale Anwendungen wie Konsumgüter, Wearables und flexible Komponenten.
Diese Materialien werden mit Carbon DLS hergestellt. Dabei handelt es sich um eine produktionsgerechte 3D-Drucktechnologie, die glatte Oberflächen und eine gleichbleibende Qualität bietet, ohne dass Werkzeuge benötigt werden. Die Technologie ist ideal für die Zwischenproduktion, wenn Sie schnell einige tausend Teile in Endverbraucherqualität benötigen, aber nicht bereit sind, in Spritzguss zu investieren. Carbon DLS bietet die Flexibilität, um zu iterieren, zu skalieren und schneller auf den Markt zu kommen.
Häufig gestellte Fragen zu 3D-Druckmaterialien
Kann ich mit demselben Material sowohl Prototypen herstellen als auch die Produktion aufnehmen?
expand_less expand_moreJa, sofern das Material Ihren Leistungs- und Kostenanforderungen entspricht. Carbon DLS und PA 12 sind für beide Zwecke geeignet.
Welches Material ist für das Prototyping in der Anfangsphase am kostengünstigsten?
expand_less expand_moreAm günstigsten sind FDM-Materialien wie PLA oder ABS.
Welches Material hat die beste Oberflächenqualität?
expand_less expand_moreSLA-Harze und PolyJet-Materialien bieten die glattesten Oberflächen.
Muss ich in der Prototyping-Phase die Farbe berücksichtigen?
expand_less expand_moreNicht immer, es sei denn, die Farbe wirkt sich auf die Identifizierung, das Aussehen oder die Funktion der Teile aus.
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