Rapid Tooling

Rapid Tooling (schneller Werkzeugbau) ist der Sammelbegriff für Verfahren, mit denen sich Formen und Werkzeuge für Prototypen und Kleinserien schnell und mit geringer Investition herstellen lassen. Statt eines Serienwerkzeugs aus gehärtetem Stahl, dessen Bau Wochen bis Monate dauert, entsteht ein einfacheres Werkzeug, meist innerhalb von Tagen bis wenigen Wochen. Ziel sind Teile aus dem Serienwerkstoff oder einem ähnlichen Material im seriennahen Verfahren, früher und günstiger, zum Beispiel Spritzgussteile aus dem echten Kunststoff.

Man unterscheidet zwei Hauptgruppen. Indirektes Rapid Tooling formt ein 3D-gedrucktes oder gefrästes Urmodell (Mastermodell) ab. Am häufigsten ist die Silikonform für den Vakuumguss von Polyurethanharzen. Direktes Rapid Tooling fertigt die Form oder ihre formgebenden Einsätze unmittelbar: durch Fräsen aus Aluminiumlegierungen oder vorvergütetem Stahl, durch 3D-Druck aus temperaturbeständigeren Photopolymeren oder durch Metall-3D-Druck, der zusätzlich eine konturnahe Kühlung entlang der Bauteilform ermöglicht.

Die Standzeiten unterscheiden sich um Größenordnungen. Eine Silikonform hält in der Regel etwa 15 bis 25 Abgüsse. Ein gedruckter Polymereinsatz schafft je nach Kunststoff und Geometrie einige Dutzend, in Ausnahmefällen einige hundert Schuss. Ein Aluminiumwerkzeug liefert typischerweise Tausende bis Zehntausende Teile, während Serienwerkzeuge aus gehärtetem Stahl für Hunderttausende bis Millionen Zyklen ausgelegt sind.

Der niedrigere Preis ergibt sich aus Vereinfachungen: Das Werkzeug hat meist nur eine Kavität, Hinterschnitte werden statt mit automatischen Schiebern über von Hand eingelegte Einsätze gelöst, die Kühlung ist einfacher, und die Formeinsätze sitzen oft in einem universellen Stammwerkzeug. Das gleiche Prinzip wird auch außerhalb des Spritzgießens genutzt, etwa bei 3D-gedruckten Formen für das Thermoformen, bei Umformwerkzeugen für kleine Serien von Blechteilen oder bei gedruckten Sandformen und Kernen für Gießereien.

Rapid Tooling lohnt sich, wenn Sie Dutzende bis Tausende Teile aus dem Serienwerkstoff brauchen, bevor das Serienwerkzeug fertig ist, oder wenn das gesamte Produktionsvolumen ein teures Serienwerkzeug nie rechtfertigen würde. Typische Einsätze sind Teile aus dem echten Kunststoff für Funktions- und Zertifizierungsprüfungen, die Nullserie, erste Lieferungen an den Markt (das sogenannte Bridge Tooling, das die Zeit bis zur Lieferung des Serienwerkzeugs überbrückt), Produkte in Kleinserien und Ersatzteile.

Gegenüber dem 3D-Druck erhalten Sie Eigenschaften und Oberfläche eines echten Spritzgussteils, gegenüber dem Serienwerkzeug eine geringere Investition und kürzere Lieferzeit. Die Grenze zwischen 3D-Druck, Rapid Tooling und Serienwerkzeug sollten Sie für das konkrete Teil berechnen, denn sie hängt von Größe, Komplexität, Werkstoff und Stückzahl ab.

Ein Teil aus dem Prototypenwerkzeug gleicht nicht zwingend dem Teil aus dem Serienwerkzeug. Andere Kühlung, ein anderes Angusssystem und eine andere Werkzeugsteifigkeit verändern Schwindung, Verzug, Eigenspannungen und Oberflächenbild. Maß- und Festigkeitsergebnisse lassen sich daher nicht unbesehen auf die Serie übertragen. Sollen die Teile als Grundlage für die Serienfertigung dienen, konstruieren Sie sie von Anfang an spritzgussgerecht (Entformungsschrägen, gleichmäßige Wandstärken, geeignete Lage des Anschnitts) und stimmen Sie sie mit dem Werkzeugbau ab.

Prüfen Sie im Angebot die garantierte Zyklenzahl, ob Bemusterung und Änderungen im Preis enthalten sind, wie Hinterschnitte gelöst werden (Handeinlegeteile verlängern den Zyklus und erhöhen den Stückpreis), welche Kunststoffe das Werkzeug verträgt (glasfasergefüllte Kunststoffe verschleißen ein Aluminiumwerkzeug schnell) und wem das Werkzeug gehört. Eine größere Konstruktionsänderung bedeutet in der Regel einen neuen Einsatz.