Am Anfang steht die Idee – dann folgen die Entwicklungen von Prototypen – danach kommt der Investor

Prototypen sind im Bereich der Technik ganz allgemein Versuchsmodelle für Produkte oder Bauteile, die anschließend serienmäßig produziert werden sollen. Im Bereich von Erfindung, Wissenschaft und Forschung sind Prototypen oftmals ein erstes Sprungbrett, um eine eigene Firma zu gründen und um anschließend mit der Idee, deren Weiterentwicklung und der anschließenden Prototypenherstellung Investoren zu finden.

Die Entwicklung von Prototypen kostet neben Know-how und Manpower auch viel Geld. Das muss erst noch in der Zukunft verdient werden, während der oder die Prototypen zunächst einmal ausschließlich Kosten verursachen. Für Investoren ist in diesem Stadium ein überzeugender Businessplan das A & O. Heutzutage auf der Schwelle zum neuen Jahrzehnt wird die gängige Prototypenherstellung durch das Rapid Prototyping im 3D-Druck getoppt. Gegliedert ist das Verfahren zur Herstellung von Prototypen in die drei Phasen Erstellen, Review-Session sowie Weiterentwicklung. Der Zusatz Rapid, zu Deutsch schnell oder rapide macht deutlich, dass bei diesem Verfahren des Prototyping die Entwicklungsgeschwindigkeit eine hohe Priorität hat.

Prototypenherstellung – Erfindung in die Tat umsetzen und Unternehmen gründen

Für die schnelle sowie kostengünstige Herstellung von Prototypen gibt es in der heutigen Zeit mehrere moderne Verfahren, mit denen sich der gesamte Prozess der Produktentstehung effizient gestalten lässt. Ein vielgenutztes Fertigungsverfahren ist das Rapid Prototyping im 3D-Druck. Der innovative Jungunternehmer oder Existenzgründer hat eine Idee bis hin zur Vision und das Know-how für Erfindung und Entwicklung; ihm fehlt jedoch das notwendige Kapital, um Prototypen gewinnbringend zu produzieren. An diesem Punkt sind Investoren gefragt, die von den Erfolgsaussichten des Prototyps so überzeugt sind, dass sie in eine Weiterentwicklung und zukünftige Serienproduktion investieren. Für die Art und Weise dieses Engagements bieten sich vielfältige Möglichkeiten; sie reichen bis hin zur Unternehmensbeteiligung mit Entscheidungskompetenz über die Prototypen nebst anschließender Serienreife.

Rapid Prototyping – Prototypen im 3D-Druck

Der Begriff hat sich, sozusagen als Headline für viele Anwendungen im 3D-Druck, heute fest etabliert. Auch Fertigungsmethoden mit CNC-gesteuerten Maschinen gehören zur RP-Technologie. In seinem Ursprung war RP (Rapid Prototyping) das schnelle Herstellen von Prototypen und Modellen. Heutzutage werden darunter auch Begriffe wie Rapid Tooling als schnelles Herstellen von Werkzeugen oder Rapid Manufacturing als das schnelle Herstellen von Kleinserien und Einzelstücken subsumiert.

Zu den gängigen RP-Fertigungsverfahren gehören

1. 3D-Pulverdruck - Hierbei wird eine Vielzahl von Zehntel Millimeter dicken Schichten von Polymergips vollfarbig miteinander verklebt. Die Vollfarbigkeit macht diesen 3D-Druck zu einem visuell attraktiven Anschauungs- beziehungsweise Ausstellungsmodell.
2. Fused Deposition Modeling, abgekürzt FDM - Das Objekt wird aus geschmolzenem Kunststoff von einem Extruder als der Maschine zur Herstellung von Formstücken aus thermoplastischem Material tröpfchenweise aufgebaut. FDM eignet sich für robuste Kunststoffmodelle und wird vom Heim- und Hobbywerker bevorzugt.
3. Stereolithografie, abgekürzt SLA - Flüssiges Kunstharz wird mit einem Laser ausgehärtet. SLA macht genaue und detaillierte Modelle möglich; darüber hinaus wird SLA für die Herstellung individualisierter Produkte verwendet.
4. PolyJet - Per Druckknopf werden kleine und kleinste Tropfen eines photosensitiven Polymers auf eine Werkplattform aufgebracht. Für den sofortigen Aushärtungsprozess sorgt ein UV-Laser. Die Kombination von mehreren Materialien ist schon oder noch während des Drucks möglich. Dieses RP-Verfahren bietet die Möglichkeit für überaus realistische Prototypen.
5. Selektives Lasersintern SLS und Selektives Laserschmelzen SLM - Mit einem leistungsfähigen Laser wird das pulverförmige Ausgangsmaterial in Form geschmolzen. Sowohl SLS als auch SLM ist für die Herstellung von Funktionsmodellen oder Kleinserien bestens geeignet, ebenso wie für die Verarbeitung von Metallen.
6. Contour Crafting - Ein Bauwerk (z.B. ein Haus oder Gebäude) wird mithilfe von computergestützten Maschinen gebaut. Die Funktionsweise ist vergleichbar mit dem FDM-Verfahren, jedoch mit dem Material Beton und mit größerem Bauraum.
7. Laminated Object Modelling - Hier werden dünne Papierschichten in Form geschnitten und miteinander verklebt. Damit kann ähnlich wie im ColorJet-Verfahren farbig gedruckt werden.
8. Elektronenstrahlschmelzen - Die Verfahrensweise ist vergleichbar mit dem selektiven Laserschmelzen. Einzige Ausnahme: anstelle von Laser schmelzt eine Elektronenquelle das Metallpulver in Form.
9. Laser Engineered Net Shaping oder Laser Powder Forming - Metallpulver wird durch eine Düse ausgebracht und direkt durch hochenergetische Laser an der vorbestimmten Stelle festgeschmolzen.
10. Space Puzzle Molding - Das Aluminiumwerkzeug als Gussform wird aus mehreren bis vielen Teilen zusammengesetzt, die aus einem Block gefräst werden.

Vorteile des RP-Verfahrens

Die Herstellungsdauer der Prototypen ist deutlich beschleunigt, jedoch auch abhängig von Objektgröße und Komplexität sowie von der Qualität und Druckfähigkeit des 3D-Modells. Diese Schnelligkeit macht es möglich, Prototypen schneller und häufiger zu verwenden. Konstruktionsfehler werden zeitnah erkannt und lassen sich unaufwändig beheben. Ein weiterer entscheidender Vorteil der RP-Technologie ist die Ersparnis von Abfall gegenüber den konventionellen Verfahren wie Drehen, Fräsen, Schleifen oder Spanen. Das spart Kosten und schont Ressourcen.

Prototyping im 3D-Druck in China – binnen Tagesfrist und on demand

China ist etwa 27 Mal so groß wie Deutschland. Dementsprechend umfassend und vielfältig ist auch das dortige Angebot an Prototyping mit den verschiedenartigen RP-Verfahren. Die digitale Kommunikation sowie die Logistik machen es möglich, dass Prototypen im Idealfall innerhalb eines Tages realisiert werden können. Wenn man die Zeitverschiebung zwischen Mitteleuropa und Metropolen wie Peking oder Shanghai berücksichtigt, dann vergehen bestenfalls nicht mehr als 24h zwischen Auftragserteilung und Auftragsausführung.