Rapid Tooling ermöglicht es Ingenieuren, Formteile deutlich schneller zu erhalten als mit herkömmlichen Produktionsformen. Durch maschinelle Bearbeitung oder additive Fertigung verkürzt Rapid Tooling die Werkzeugherstellungszeiten massiv und ermöglicht so die Fertigung präziser Prototypen von Formteilen oder sogar von Kleinserien.
Die Verwendung von Rapid-Tooling-Systemen bietet viele entscheidende Vorteile. Allen voran ermöglicht die Geschwindigkeit (und die geringeren Kosten) von Rapid Tooling den Einsatz von Formverfahren wie dem Spritzgießen für Prototypen , anstatt sich mit Prototyping-Technologien wie dem FDM-3D-Druck (Fused Deposition Modeling) zufriedenzugeben. Das Ergebnis ist ein Prototyp, der dem Endprodukt deutlich ähnlicher ist – und der mit derselben Technologie und demselben Material hergestellt werden kann – und sich daher besser für die Designvalidierung und -prüfung eignet.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Rapid Tooling ein wertvolles Verfahren für Ingenieure ist, die die Entwicklung von Formteilen beschleunigen möchten. Doch wie lässt sich dieser agile Prozess noch weiter optimieren? Wir stellen hier fünf Methoden vor , mit denen sich Rapid Tooling für noch schnellere Prototypen und Formteile nutzen lässt.
Führen Sie eine DFM-Analyse durch, bevor Sie die Angebotsanfrage einreichen.
Bei der Konstruktion einer Form für die schnellste Werkzeugherstellung müssen Ingenieure zwei Fertigungsphasen berücksichtigen. Erstens müssen sie sicherstellen, dass die Form selbst mit der gewählten Werkzeugbautechnologie – typischerweise CNC-Bearbeitung – hergestellt werden kann. Zweitens müssen sie gewährleisten, dass die Form im Spritzgießprozess Kunststoffformteile produzieren kann.
Die Bewertung des Designs unter diesen Gesichtspunkten wird als Design for Manufacturing (DfM)-Analyse bezeichnet. Bei 3ERP führen wir diese Analyse für alle im Rahmen von Angebotsanfragen eingereichten Designs durch, um deren Machbarkeit sicherzustellen. Produktdesigner, die den Werkzeugbau beschleunigen möchten, sollten jedoch vor der Einreichung ihrer Designs eine eigene DfM-Analyse durchführen.
Die meisten gängigen CAD-Anwendungen bieten Werkzeuge für die DfM-Analyse (Design for Manufacturing), mit denen Konstrukteure ihre Entwürfe bereits während der Optimierung auf ihre Herstellbarkeit prüfen können. SOLIDWORKS bietet beispielsweise das Werkzeug DFMXpress zur Bewertung von Konstruktionen für Fräsen, Bohren, Drehen und Spritzgießen an, das alle wichtigen Aspekte für eine schnelle Werkzeugkonstruktion abdeckt.
Prototypen für große Teile verkleinern
Bei 3ERP wickeln wir monatlich über 50 Aufträge für die schnelle Werkzeugfertigung ab und stellen dabei mehr als 10,000 Prototypenformen her. Am schnellsten lassen sich dabei in der Regel einfachere Formen fertigen – solche, die keine Schieber oder geteilte Kavitäten benötigen und problemlos in einen Standardbearbeitungsbereich passen. Eine Standardteilgröße von ca. 300 x 300 x 50 mm ermöglicht eine schnellere Werkzeugfertigung.
Bei großen Bauteilen sollten Konstrukteure erwägen, ihre Prototypen zu verkleinern, um sie an den Bearbeitungsraum einer Standard-CNC-Maschine anzupassen. Wir betreiben zwar mehrere CNC-Maschinen mit großem Bearbeitungsraum, jedoch müssen große Bauteile unter Umständen länger warten, bis sie auf diese Maschinen kommen, während Bauteile in Standardgröße direkt auf jeder Maschine in Produktion gehen können.
Wählen Sie Aluminium statt Stahl, um die Formenbearbeitung zu vereinfachen.
Die CNC-Bearbeitung ist das Standardverfahren zur Herstellung von Formen mittels Rapid Tooling, wobei Aluminium oder Stahl als Standardwerkzeugmaterialien verwendet werden. Dies unterscheidet Rapid Tooling von der Serienfertigung, bei der fast ausschließlich gehärteter Werkzeugstahl zum Einsatz kommt. Werkzeugstahl ist zwar haltbarer als Aluminium und andere Stahlsorten, jedoch teurer und seine Bearbeitung ist zeit- und arbeitsaufwändiger.
Weichere Stähle sind eine praktikable Option für die schnelle Werkzeugherstellung. Aluminiumformen sind jedoch oft die beste Wahl für maximale Geschwindigkeit – beispielsweise für die schnelle Iteration von Prototypen. Denn Aluminium ist trotz seiner relativ hohen Festigkeit hervorragend bearbeitbar: Schneidwerkzeuge können Aluminium schnell durchdringen, was hohe Vorschübe und Schnittgeschwindigkeiten ermöglicht.
Selbstverständlich können Aluminiumformen auch heute noch sehr hohe Leistung erbringen, insbesondere wenn eine robuste Aluminiumsorte wie Aluminium 7075 als Werkzeugmaterial verwendet wird.
Minimieren Sie den Bedarf an zusätzlichen Rüstvorgängen und Werkzeugwechseln.
Für die schnellste Fertigung von Werkzeugen müssen Ingenieure den Bearbeitungsprozess für die Maschinenbediener so einfach wie möglich gestalten und alle unnötigen Merkmale entfernen, die die Bearbeitungs- oder Formgebungszeit verlängern könnten. Insgesamt können Ingenieure den Werkzeugfertigungsprozess optimieren, indem sie Standardrichtlinien für die Bearbeitungskonstruktion befolgen.
Eine Möglichkeit, die Bearbeitungsgeschwindigkeit – insbesondere auf einer 3-Achs-Maschine – zu erhöhen, besteht darin, zusätzliche Funktionen zu vermeiden, die weitere Aufspannungen erfordern. Dies ist bei der Werkzeugherstellung in der Regel unkompliziert, da Material von einer Seite des Kerns und der Kavität abgetragen wird, um das Formdesign zu realisieren. Ein weiteres hilfreiches Verfahren ist die Verwendung einheitlicher und standardisierter Bohrungs- und Radiusgrößen. Dadurch kann der Maschinenbediener ein einziges Standard-Schneidwerkzeug verwenden und so zusätzliche Bearbeitungszeiten vermeiden.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass bei der Bestellung von Schnellbauwerkzeugen in einer Fertigungsstätte Vorsicht hinsichtlich der Toleranzen geboten ist. Die Festlegung enger Toleranzen für Merkmale und Abmessungen verlängert den Prozess erheblich, da zusätzlicher Bearbeitungs- und Prüfaufwand erforderlich ist. Dies mag zwar für die Serienfertigung wichtig sein, ist aber bei der Prototypenentwicklung in der Regel weniger notwendig.
3D-Druckformen für das Niedertemperaturformen
Eine experimentelle Form der schnellen Werkzeugherstellung ist der direkte 3D-Druck von Werkzeugen mittels Technologien wie Stereolithografie (SLA) mit Hochtemperaturharzen. Obwohl wir die schnelle Werkzeugherstellung per 3D-Druck nur für Prototypen mit geringer Bedeutung und für niedrigtemperaturgeformte Kunststoffe empfehlen würden, werden im Bereich der schnellen Werkzeugherstellung in der additiven Fertigung rasche Fortschritte erzielt.
Der Hauptvorteil von 3D-gedruckten Werkzeugen liegt in ihrer Geschwindigkeit. Obwohl die CNC-Bearbeitung ein schneller Prozess ist, ist der 3D-Druck ein vergleichsweise automatisiertes Verfahren, mit dem Werkzeuge innerhalb weniger Stunden hergestellt werden können. Allerdings haben 3D-gedruckte Kunststoffwerkzeuge eine kurze Lebensdauer, halten nur geringen Spann- und Spritzkräften stand und eignen sich nicht für die Serienproduktion.
