Fertigungsverfahren für Gehäuse und Prototypen im Vergleich

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Prototypen und Einzelstücke aus Kunststoff im 3-D-Druck

Für die klassische Prototypenherstellung gibt es zahlreiche Verfahren. Neben dem Multi Jet Modeling (3-D-Druck) zählen auch das Fused Deposition Modeling (FDM) und das Selektive Laser Sintern (SLS) sowie die Stereolithographie (STL) und der Vakuumguss dazu. Ein weiteres additives Verfahren ist der 3-D-Druck in Form der FDM-Methode bzw. die Schmelzschichtung.

In Bünde nutzt man diese Technik zur Anfertigung erster Verbauproben und Funktionsmuster von neu entwickelten Gehäusen. Hierbei wird das Teil inklusive Stützgeometrie schichtweise aus einem Kunststofffaden aufgebaut. Das günstige Verfahren zeichnet sich vor allem durch seine kurze Fertigungszeit aus.

Die fertigen Prototypen eignen sich allerdings eher weniger zu Präsentationszwecken. Sie geben dem Kunden jedoch in einem frühen Stadium des Projekts einen ersten Eindruck des neuen Gehäuses und zeigen auf, wo gegebenenfalls noch nachgebessert werden muss. Nachteilig sind die raue Oberfläche sowie eine mangelnde Stabilität bei filigranen Bauteilen und geringe Präzision.

Beim selektiven Lasersintern werden räumliche Strukturen aus einem pulverförmigem Kunststoff (wahlweise hochfest und elastisch bzw. mit Metall- oder Glasfasern gefüllt) Schicht für Schicht mit einem Laser aufgeschmolzen. Das vergleichsweise günstige Verfahren eignet sich speziell für die Anfertigung besonders komplizierter Teile. Eine Nachbearbeitung ist nicht erforderlich.

Nachteile sind hier jedoch der große maschinelle Aufwand und die vom Volumen abhängige Produktionszeit. Zudem ist die Oberfläche verfahrensbedingt sehr rau. Soll der Prototyp als Präsentationsmuster genutzt werden, ist ein Oberflächenfinish aus einem Haftgrundmittel (Primer) zum Ausgleich der Oberflächenunebenheiten inklusive Lackierung erforderlich.

Für die Herstellung hochgenauer Präsentationsmuster oder Kleinstserien bis zu etwa 20 Teilen bietet sich das Vakuumguss-Verfahren an. Hierfür wird im Vorfeld ein Urmodell mit dem Stereolithographie-Verfahren (STL) hergestellt. STL ist das genaueste Prototypenverfahren und absolut detailgetreu.

Bei diesem Rapid-Manufacturing-Verfahren wird das Werkstück ebenfalls schichtenweise aus einem Kunstharz aufgebaut. Die produzierten Einzelteile bedürfen allerdings einer Nachbearbeitung durch Abschleifen der Stützkonturen und Angüsse. Zudem ist das Verfahren teurer als beispielsweise das Lasersintern und benötigt ebenfalls viel Zeit.

Zum Herstellen einer Vakuumgießform wird der STL-Prototyp mit Silikon umgossen. Ist die Silikonform ausgehärtet, wird die Form aufgeschnitten und der Prototyp aus der Form entfernt. Die Silikonform wird unter Vakuum mit einem flüssigen Gießharz gefüllt, das fertige Gussteil nach dem Aushärten entnommen und gegebenenfalls gefinisht.

Die Gussform kann für weitere Abgüsse genutzt werden. Das Vakuumgießen ist ein bewährtes Verfahren, um Prototypen schnell und kostengünstig zu reproduzieren, und wird typischerweise für die Kleinstserienproduktion von Kunststoffteilen verwendet. Das Vakuum verhindert dabei Lufteinschlüsse im Werkstück bzw. zwischen Form und Bauteil.

Diese Methode wird üblicherweise zur Fertigung von Gehäusevorserien für Feldversuche verwendet. Auf diese Weise lassen sich zu vertretbaren Kosten wertvolle Erkenntnisse über die Praxistauglichkeit der neu entwickelten Gehäuse gewinnen, die dann in die finale Gehäuseausführung einfließen.

* Holger Ransiek verantwortet die Entwicklung Sondergehäuse bei Bopla Gehäuse Systeme in Bünde.

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