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Die Herstellung von Designmodellen

Im ersten Schritt der Modellherstellung müssen immer die Anforderungen an das Modell/ Prototyp festgelegt werden. Anhand dieser Spezifikationen kann der Modellbauer Ausführungsart, Herstellungsprozess und die Materialwahl optimal festlegen. Dies ist wichtig um ein ideales Kosten-Nutzen-Verhältnis zu erzielen.

 

Gründe und Nutzen einer Modellherstellung und deren Anforderungen

  • Design beurteilen und überprüfen
    Um das Design zu beurteilen braucht es keine besonderen Materialanforderungen. Es genügt meist Polyurethan lackiert und Acrylglas für transparente Elemente.
  • Haptik / Ergonomie überprüfen
    Da die Haptik und die Ergonomie eines Teils nicht auf dem Bildschirm zu prüfen sind, ist es sinnvoll verschiedene Oberflächen (Gummi, Erodierstrukturen, metallisch) und Formen anhand von Modellen zu spüren.
  • Funktion testen
    Während der Entwicklungsphase dienen Funktionsmodelle zur schnellen Abklärung der Funktionalität des Produkts und dadurch zur Verkürzung des Entwicklungsprozesses.
    Um eine Funktion zu testen muss die Materialwahl dem späteren Serienteil entsprechen. Einige Beispiele: PP bei Filmscharnier und Schnappverbindungen. POM, PTFE für Führungen und gutem Gleitverhalten. Glasfaserverstärkte PA für sehr hohe Schlagzähigkeit. PEEK für extreme Temperaturbeständigkeit. Durch das Erstellen eines Funktionsmusters können kostspielige Werkzeugänderungen verhindert werden.
  • Modelle für Präsentationen und Fotoshootings
    Zu lackierende Teile werden meistens aus Polyurethan, transparente Teile aus Acrylglas hergestellt.
    Die Metallelemente werden gleich aus Metall hergestellt, so können die verschiedenen Oberflächen wie Schleif- oder Bürststruktur, poliert, sand- oder kugelgestrahlt realistisch dargestellt werden.
    Firmenlogos, Schriftzüge, Zahlen etc. können durch Anreibfolien, Siebdruck oder Schneideplotterfolien aufgebracht werden.

Fertigungsmethoden im Modellbau

  • Modell wird konventionell von Hand hergestellt

    Vorteile
    • keine 3D Daten notwendig
    • während der Arbeit kann leicht Einfluss genommen werden
    • freie Materialwahl
    Nachteile
    • von Hand geschliffene Freiflächen können nicht überprüft werden
    • nicht so genau wie ab 3D Daten gefräst
  • Modell ab 3D Daten gefräst

    Vorteile
    • schnell
    • sehr genau, Einhalten von engen Toleranzen möglich.
    • freie Materialwahl, verschiedene Kunststoffe und Metalle (wichtig bei Funktions- und Präsentationsmodellen)
    • perfekte Oberfläche
    • Einflussnahme während des Prozesses möglich
    Nachteile
    • 3D Daten müssen erstellt werden
    • aufwendigere Herstellung bei Hinterschneidungen
  • Stereolithographie

    Vorteile

    • schnelle Fertigung
    • Hinterschnitte können einfach hergestellt werden

    Nachteile

    • Oberfläche reliefartig
    • keine Einflussnahme während des Prozesses
  • Selektives Laser Sintern

    Vorteile

    • schnelle Fertigung
    • sehr gute Bruchfestigkeit des Materials (Polyamid)

    Nachteile

    • Oberfläche kann nur sehr schlecht nachbearbeitet werden
    • keine Einflussnahme während des Prozesses
  • Faserverbund

    Vorteile

    • widerstandsfähiges und steifes Material
    • eignet sich für flächige Kleinserien
    • Oberfläche sehr gut einfärb- und lackierbar

    Nachteile

    • nur einseitig schöne Oberfläche
    • benötigt eine Negativform

Kleinserien

Mit Hilfe von CNC Maschinen können Kleinserien von Metallteilen günstig hergestellt werden. Je nach Geometrie kann das auch bei Kunststoffteilen interessant sein.

Für Kunststoffprodukte eignet sich auch das Vakuumgiessverfahren mit einem Silikonwerkzeug.

Vorgang: Urmodell herstellen (von Hand, fräsen oder STL), Silikonnegativ giessen, Polyurethan-Abgüsse unter Vakuum herstellen. Bei den verwendeten PUR Harzen erhält man eine Vielzahl an unterschiedlichen Eigenschaften. Verschiedene Farben (einfärbbar), unterschiedliche Shore-Härten, transparente Harze, glasfasergefüllte Harze usw.

Verwendete Materialien

  • Polyurethane PUR, Acrylglas PMMA

    Vorteile
    • gut bearbeitbar
    • gut klebbar
    • Farbe haftet gut auf Oberfläche
    Nachteile
    • nicht bruchfest
  • Polycarbonat PC

    Vorteile
    • gut bearbeitbar
    • gut klebbar
    • Farbe haftet gut auf Oberfläche
    • bruchfest
    Nachteile
    • nicht so transparent wie Acrylglas (Blaustich)
  • POM, PA, PET, ABS, PVC, PE, PP

    Vorteile
    • Ideal für Funktionsmodelle (realistischer Funktionstest), da Material oft auch in der Serie eingesetzt wird
    • gut spannbar
    Nachteile
    • Oberfläche bedingt schleifbar
    • schlecht klebbar
    • Farbe haftet schlecht auf der Oberfläche
  • Aluminium, Messing, Chromstahl, Kupfer

    Vorteile
    • realistische Oberflächengestaltung
    • mechanische Eigenschaften
    Nachteile
    • aufwendigere Bearbeitung

Oberflächenveredlung

Matt lackierte Oberflächen werden meist mit einem 1K Nitrokombilack lackiert. Für Hochglanz und Spezialeffekte wird 2K Autolack verwendet. Erodierstrukturen werden mit Lack aufgespritzt.
Um Gummioberflächen zu erreichen, kann man das Modell mit Softtouch lackieren oder direkt unter Vakuum einen Gummi giessen. Ein Metalleffekt ist nur bedingt mit Farbe zu realisieren.
Metallteile werden bei uns meist auch im Modell aus Metall hergestellt und können geschliffen, gebürstet, sand-/ kugelgestrahlt oder poliert sein.