Inhaltsverzeichnis
- Rapid Prototyping und Rapid Tooling: Das sind die Unterschiede
- Weitere Differenzierung: Direct und Indirect Rapid Tooling
- Additive Fertigungsverfahren: Rapid Prototyping, Rapid Tooling und Rapid Manufacturing
- 3D-Druck im Rapid Tooling und andere Verfahren
- Soft Tooling und Hard Tooling einfach erklärt
- Überlegungen zu Rapid Tooling — Fazit
Rapid Tooling bedeutet auf Englisch „schnelle Werkzeugherstellung” und bezeichnet alle additiven Fertigungsverfahren, die darauf abzielen Werkzeuge, Matrizen oder Formen in kurzer Zeit herzustellen.
Das Hauptziel ist es, den Prozess der Werkzeugherstellung zu beschleunigen.
Insbesondere bei Verfahren, die Kernen, Kavitäten oder Einsätze benötigen, kann dadurch die Effizienz erheblich gesteigert werden.
Rapid Prototyping und Rapid Tooling: Das sind die Unterschiede
Während Rapid Prototyping als Überbegriff für diverse Verfahren zur beschleunigten Herstellung von Modellen verwendet wird, handelt es sich beim Rapid Tooling um eine spezielle Vorgehensweise des Werkzeug- und Formenbaus.
Rapid Tooling Definition
In der Kunststoff-Spritzgussindustrie bezeichnet Rapid Tooling (RT) die Herstellung von sogenannten Prototypenwerkzeugen innerhalb von kürzester Zeit.
Üblicherweise ist das ein zeitaufwändiger Prozess, der mehrere Wochen und Monate in Anspruch nehmen kann.
Durch den Einsatz fortschrittlicher Technologien kann dieser Vorgang erheblich verkürzt werden — und das idealerweise ohne Einbußen bei Präzision und Qualität.
Abgrenzung RP und RT
Beim Rapid Prototyping werden digitale Modelle direkt in physische Prototypen umgewandelt, ohne den Bedarf für formale Werkzeuge oder Matrizen.
Rapid Tooling basiert auf der Umwandlung von digitalen Modellen in Werkzeuge, Matrizen oder Formen, die dann in der Serienproduktion eingesetzt werden.
Alle wichtigen Informationen rund um das Thema Rapid Prototyping, können Sie in unserem Beitrag zum Thema „Rapid Prototyping: Innovation, Effizienz und Kosteneinsparungen in der Produktentwicklung” nachlesen.
Weitere Differenzierung: Direct und Indirect Rapid Tooling
Innerhalb des Rapid Tooling wird zwischen zwei weiteren Vorgehensweisen differenziert: dem Direct Rapid Tooling (DRT) und dem Indirect Rapid Tooling (IRT).
| Methode | Beschreibung | Verfahren | Unterschiede |
|---|---|---|---|
| Direct Rapid Tooling | Direkte Erstellung des endgültigen Werkzeuges aus dem gewählten Rapid-Prototyping-Material | Additive Fertigungstechnologie, wie 3D-Druck, Stereolithographie oder selektives Lasersintern | Direkte Verwendung des Prototypen- Materials Schneller, da weniger Schritte und Materialwechsel erforderlich |
| Indirect Rapid Tooling | Herstellung eines Zwischenmodells, auch Master-Modell genannt, welches als Grundlage für die Anfertigung des endgültigen Modells dient | Verschiedene Methoden, wie z.B. 3D-Druck, CNC-Bearbeitung oder andere konventionelle Fertigungstechniken | Endgültiges Werkzeug wird durch Gießen oder andere Verfahren basierend auf dem Master-Modell hergestellt Höhere Genauigkeit und Haltbarkeit, da die Verwendung spezifischer Materialien möglich ist |
„Welcher Ansatz am besten geeignet ist, hängt von der Komplexität des Bauteils sowie der zu fertigenden Stückzahl ab.”
Tim Michael Funk, Geschäftsführender Gesellschafter FUNK MASCHINENBAU GmbH & Co. KGAdditive Fertigungsverfahren: Rapid Prototyping, Rapid Tooling und Rapid Manufacturing
Wie ihre Namen schon deutlich machen, haben sowohl Rapid Prototyping, Rapid Tooling als auch Rapid Manufacturing den gleichen Ansatz — nämlich die beschleunigte Nutzung von Fertigungstechnologien.
Verschiedene Schwerpunkte
Dennoch haben die einzelnen additiven Fertigungsverfahren jeweils unterschiedliche Schwerpunkte und Anwendungsbereiche.
Diese lassen sich am besten in einer Tabelle darstellen:
| Begriff | Schwerpunkt | Ziel | Anwendung |
|---|---|---|---|
| Rapid Prototyping | Schnelle Erstellung von (funktionsfähigen) Prototypen eines Produktes mit Hilfe von 3D-Druck oder anderen additiven Fertigungstechnologien herzustellen. | Zeitsparende und kostengünstige Anfertigung von physischen Modellen für funktionale Tests. | Hauptsächlich in der Produktentwicklung und Konzeptbewertung. |
| Rapid Tooling | Beschleunigte Herstellung von Werkzeugen, Matrizen oder Formen für die Serienproduktion mit Fertigungstechnologien, wie 3D-Druck, CNC-Bearbeitung und Elektroerosion. | Werkzeuge innerhalb von kürzester Zeit für die Massenproduktion herstellen. | Fertigungsindustrie, um den Werkzeugherstellungsprozess zu beschleunigen. |
| Rapid Manufacturing | Zügige und effiziente Produktion von Endprodukten durch den Einsatz von additiven Fertigungstechnologien. | Die Produktion funktionsfähiger Endprodukte in größerem Maßstab. | Geeignet für die schnelle Herstellung von Endprodukten in größeren Stückzahlen. |
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3D-Druck im Rapid Tooling und andere Verfahren
Im Rapid Tooling spielt der 3D-Druck eine zentrale Rolle, denn dank dem Einsatz von additiven Fertigungstechniken können komplexe Werkzeuggeometrien sorgfältig abgebildet und direkt aus digitalen Modellen erstellt werden.
Die daraus resultierenden Vorteile ermöglichen es Unternehmen, flexibler auf Marktanforderungen zu reagieren und die Produktentwicklung zu beschleunigen.
Weiterhin bietet der 3D-Druck die notwendige Flexibilität bei der Materialauswahl, um die gewünschten Eigenschaften für das benötigte Werkzeug zu erzielen.
Häufig bleibt es aber nicht nur bei einem Verfahren, um das bestmögliche Ergebnis zu schaffen.
Eine weitere Methode, die in Kombination mit 3D-Druck eingesetzt werden kann, ist die CNC-Bearbeitung.
Zusätzlich spielt das verwendete Material eine große Rolle bei der Auswahl des passenden Verfahrens.
Wird z.B. sehr hartes Material benötigt, kann mit Elektroerosion (EDM) gearbeitet werden.
Hybride Bauweise
Um präzise Oberflächen und komplexe Formen zu erzielen, werden auch klassische Methoden wie Fräsen oder Spritzguss beim Rapid Tooling angewendet.
Oftmals entsteht die beste Lösung aus einer hybriden Bauweise heraus.
Soft Tooling und Hard Tooling einfach erklärt
Im Rapid Tooling wird zwischen Soft Tooling und Hard Tooling unterschieden.
Beim Soft Tooling werden weichere Materialien wie Silikon oder flexible Kunststoffe für die Herstellung von Werkzeugen verwendet.
Der Vorteil ist, dass der Prozess schneller und kostengünstiger abläuft, als bei härteren Werkzeugen.
Aufgrund ihrer Weichheit sind sie allerdings nicht so langlebig und für große Produktionsmengen deshalb nicht immer die geeignete Wahl.
Soft Tooling eignet sich besonders für Prototypen und kleinere Produktionsmengen.
Werden Werkzeuge für die Massenproduktion konzipiert, ist Hard Tooling oftmals die bessere Option.
Dabei können Materialien, wie Metall, Aluminium und Stahl verwendet werden.
Mit Hard Tooling hergestellte Werkzeuge sind widerstandsfähiger und langlebiger.
Im Vergleich zu Soft Tooling erfordert Hard Tooling jedoch mehr Zeit und Kosten.
Überlegungen zu Rapid Tooling — Fazit
Zu den offensichtlichsten Vorteilen von Rapid Tooling zählen Schnelligkeit und Flexibilität.
Die Zeitersparnis beschleunigt nicht nur den gesamten Produktentwicklungszyklus, sondern führt auch zu einer direkten Reduzierung der Kosten.
Weniger Zeit in der Produktion resultiert in weniger Arbeitsstunden und somit geringeren Produktionskosten.
Allerdings geht Rapid Tooling auch mit einigen Herausforderungen einher, die unbedingt in die Planung miteinbezogen werden müssen.
Entscheidend ist z.B. die Wahl des passenden Materials.
Die Eigenschaften des Materials müssen den Anforderungen des Herstellungsprozesses entsprechen, damit Präzision und Haltbarkeit gewährleistet sind.
Grundsätzlich eignet sich Rapid Tooling für Prototypen und Kleinserienproduktionen.
Ist eine Massenproduktion gewünscht, müssen zusätzliche Überlegungen hinsichtlich der Haltbarkeit und Lebensdauer der Werkzeuge getroffen werden.
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Autor: Tim Funk