Die RepRap 3D-Drucker-Bewegung – Ein Self-Replicating-Design für schnelles Prototyping und den Anstoß zu mehr Innovation

von Mark Cundle, Head of Technical Marketing, RS Components

 

Dreidimensionales (3D-)Drucken ermöglicht die zügige Erstellung von Prototypen und kann somit mehrere Monate Entwicklungsarbeit einsparen. Während die Barriere zur Einführung von 3D-Druckern bisher vor allen Dingen aus den Kosten der Hardware und der für CAD-Laien schwer zu bedienenden Software bestand, bietet die RepRap Open-Source und Self-Replicating 3D-Drucker-Initiative – zusammen mit der kostenfrei verfügbaren DesignSpark Mechanical 3D Modell-Software – Unternehmen und Entwicklern ab sofort die Möglichkeit, Produktentwicklungsprozesse zu beschleunigen und Innovation zu fördern.

 

3D-Drucken

3D-Drucker revolutionieren den Entwicklungsprozess von allerlei Produkten. 3D-Drucken beschreibt den Vorgang, mit Hilfe eines weiteren Herstellungsverfahren einen festen Gegenstand aus einer CAD-Zeichnung zu erstellen: Dabei werden nacheinander Schichten aus einem Material (Kunststoff oder Metall) in verschiedenen Formen aufeinander gelegt. 3D-Drucker werden zunehmend für Rapid Prototyping und in diversen Produktionsverfahren über viele verschiedene Branchen hinweg eingesetzt, darunter Automotive, Bauwesen, Militär und Verteidigung, Medizintechnik und zahlreiche Branchen der Konsumgüterindustrie. Inzwischen entwickeln sich 3D-Drucker mehr und mehr von einer Nischen-Technologie für Großunternehmen hin zu einem massentauglichen Gerät für Verbraucher und kleine Unternehmen. Zudem werden 3D-Drucker, zusammen mit ähnlichen Technologien und Bewegungen wie Open Source, mit hoher Wahrscheinlichkeit eine wichtige Rolle für eine Zukunft spielen, in der Einzigartigkeit dass mehr Optionen zur Individualisierung von Produkten wichtiger sind als ein One-Size-fits-All-Ansatz zur Herstellung von Althergebrachtem.

 

Rapid Prototyping – Stunden anstelle von Wochen

Während 3D-Drucker insbesondere bei Kleinserien und stark individualisierten Anwendungen immer mehr Einzug in die Produktionsverfahren halten, stößt die Technologie vor allen Dingen bei großen Serien an ihre Grenzen. Nichtsdestotrotz kommt die Möglichkeit, Prototypen zügig anzufertigen, einer Revolution im Bereich Produktentwicklung gleich – so sind zum Bau von Prototypen keinerlei maschinenspezifische Kenntnisse mehr erforderlich, wodurch die Markteinführungszeit drastisch gesenkt werden kann und ein hohes Maß künstlerischer Freiheit in der Designphase ermöglicht wird. Der Produktentwicklungsprozess wurde in zahlreichen verschiedenen Branchen radikal verbessert, mitunter in der Herstellung von Fahrzeugen, Verbraucherelektronik und medizinischen Geräten. 3D-Druck-Technologie wird von kleinen und großen Unternehmen gleichermaßen zur Entwicklung und Prüfung neuer Konzepte eingesetzt und stellt eine ernst zu nehmende Alternative zur Verwendung kostspieliger Werkzeugmaschinen für den Bau früher Prototypen neuer Teile bzw. Komponenten dar. Mit dieser Methode können Produktentwickler einen Prototyp innerhalb von Stunden oder Tagen erarbeiten – anstelle von Wochen oder Monaten wie bisher. Dabei bietet der Prozess noch mehr als lediglich Einsparungen von Zeit und Kosten; Rapid Prototyping mit einem 3D-Drucker ermöglicht die Erstellung innovativerer und qualitativ hochwertigerer Produkte. So müssen Produktentwickler nicht länger darauf warten, dass die jeweiligen Tools bzw. Teile von externen Fertigungsunternehmen geliefert werden. 3D-Drucker erlauben neben der physischen Erprobung auch die weitere Verfeinerung und Verbesserung von Prototypen, bevor das jeweilige Produkt zur Massenproduktion freigegeben wird.

 

RepRap und Self-Replication

Eine treibende Kraft im Bereich 3D-Drucken ist die Bewegung zu Open Source und Self-Replication (sprich: eigenständiges Nachbauen) von 3D-Druckern. Das „Replicating Rapid Prototyper“-Projekt, kurz: „RepRap“, wurde 2004 von Adrian Bowyer, einem früheren Professor für Mechanical Engineering an der Bath University in England, ins Leben gerufen und ist eine Initiative zur Entwicklung eines kostengünstigen 3D-Druckers, der die meisten seiner Teile selbst herstellen kann. RepRap-Drucker verwenden Fused Filament Fabrication (FFF) basierte Methoden zum 3D-Drucken. Bei dieser Methode kommt eine Computer-gesteuerte Heißklebepistole zum Einsatz, während Kunststoff von einer Spule in eine beheizte Kammer eingeführt wird; der Kunststoff wird durch eine kleine Düse ausgegeben, um so die erste Schicht auf der Grundplatte zu formen; für die folgenden Schichten wird die Grundplatte jeweils ein kleines Stück weit abgesenkt.

 

Während die Maschine all ihre Kunststoffkomponenten selbst herstellen kann, sieht das RepRap-Projekt vor, dass alle anderen Bauteile – darunter der Elektromotor, Elektronikteile und sonstige Komponenten wie Metallbolzen – zwei Eigenschaften aufzuweisen haben: sie müssen vergleichsweise kostengünstig und einfach zu beziehen sein und sie müssen Jedermann überall auf der Welt zugänglich sein. Ein weiteres grundlegendes Motiv von RepRap beschreibt, dass 3D-Drucker Allen zugänglich sein sollen; die Folge: das Projekt muss Open-Source sein, sprich: die Design-Files sollen vollständig abrufbar sein. Mitglieder der RepRap-Community werden unweigerlich das Design verändern und – wenn möglich – verbessern, sodass die Maschine womöglich präziser arbeitet oder einfacher gebaut werden kann; werden diese Verbesserungen mit der Community geteilt, können Besitzer einer älteren RepRap-Maschine mit dem verbesserten Design eine vollkommen neue Maschine bauen.

 

RepRapPro Ormerod

Um das Konzept weiter voranzutreiben, kam im Jahr 2011 der RepRapPro – der kommerzielle Teil des RepRap-Projekts – auf den Markt. Die allerersten RepRapPro-3D-Drucker wurden Huxley und Mendel genannt: Beide waren, mit oder ohne die gedruckten Kunststoffkomponenten, für einige Hundert britische Pfund erhältlich Das neueste RepRapPro-Design, das Ormerod Komplettset für 3D-Drucker ist ab sofort erhältlich. In Kombination mit einer entsprechenden 3D-Designsoftware, wie zum Beispiel dem DesignSpark Mechanical 3D-Tool von RS, ermöglicht der Drucker Entwicklungsingenieuren weltweit, ausgefeilte Konzepte und Produkte in ausgesprochen kurzer Zeit und sehr kostengünstig auszuarbeiten. Nicht zuletzt dadurch, dass er sich auch für kleine Produktionsläufe eignet, ist der RepRapPro Ormerod einer der vielseitigsten 3D-Drucker auf dem Markt: er lässt sich schnell aufbauen, nachbauen und kann problemlos erweitert werden.

 

 

Ebenso wie seine Vorgänger verwendet auch der Ormerod den sogenannten FFF-Prozess (Fused Filament Fabrication) zum Bau von 3D-Objekten aus verschiedensten Kunststoffen und in vielen verschiedenen Farben. Mit diesem Prozess können User nahezu jede nur erdenkliche Form drucken, die an einem Computer erstellt werden kann – mitunter sogar Formen, die mit traditionellen Produktionsverfahren nicht umgesetzt werden können. Obwohl der RepRapPro Ormerod ein monochromer 3D-Drucker ist und jeweils mit einem Kunststoff pro Druckauftrag arbeiten kann, ist das Gerät grundsätzlich auf den 3-Farb-Betrieb ausgelegt; ein Upgrade-Kit dazu wird in Kürze erhältlich sein. Darüber hinaus wurde auch die Elektronik des Ormerod überarbeitet und ermöglicht ab sofort die Herstellung von Verbindungen über einen Web-Browser. Ebenso ist der Aufbau des Geräts wesentlich simpler als bei seinem unmittelbaren Vorgänger – dem Mendel –, dessen Zusammenbau im Durchschnitt zwei Tage dauerte; für den Ormerod ist weniger als die Hälfte dieser Zeit erforderlich.

 

Komplettes Teile-Set

Der RepRapPro Ormerod von RS wird als komplettes Set mit allen erforderlichen Komponenten verschickt – und ist bereit für die Montage. Ein solches Set beinhaltet: alle 3D-gedruckten Teile; die gesamte Hardware, inklusive glatte und mit Gewinde versehene Bolzen, Schrauben, Muttern, Unterlegscheiben, Riemen und Lager; vorgelötete und programmierte Elektronik; MicroSD-Karte und Adapter; beheizte PCB-Platte; Motoren; Düseneinheit und Extruderantriebsmechanismus; 100 m PLA Fasermaterial mit einem Durchmesser von 1,75 mm (ca. 300 g); Netzteil (für EU, UK, USA und Australien); und zu guter Letzt die Software zum Betrieb der Maschine, inklusive der Firmware der Elektronik. Zu weiteren Eigenschaften des Ormerod zählen die Genauigkeit von 0,1 mm, die Auflösung von 0,0125 mm, eine Geschwindigkeit von 1800 mm pro Minute und einen Materialdurchsatz von 33 cm³ pro Stunde.

 

Zudem sind alle RepRapPro-Drucker in der Lage, ihre eigenen Kunststoffteile nachzubauen. Ormerod Hardware-Sets ohne 3D-gedruckte Teile sind ebenso erhältlich; somit können Ormerod-Besitzer weitere Ormerod-Drucker herstellen. Der Zugang zu einer kostengünstigen 3D-Druck-Technologie mit dem RepRapPro Ormerod-Drucker, in Verbindung mit einer entsprechenden Design-Software – wie zum Beispiel dem kostenfreien und intuitiv gestalteten Tool DesignSpark Mechanical – und einer umfassenden Ansammlung an Modellen von 3D-Komponenten von RS führt dazu, dass 3D-Design und Rapid Prototyping ab sofort einer wesentlich breiteren Masse zur Verfügung steht und sich nicht länger auf CAD-Spezialisten beschränkt. Dies ermöglicht ein Plus an Innovation und kürzere Produkteinführungszeiten.

 

Erhältlich ist der RepRapPro Ormerod auf der RS Website, während DesignSpark Mechanical kostenfrei von der DesignSpark Website unter www.designspark.com heruntergeladen werden kann.