Rapid-Prototyping als moderner Musterbau ist in den Entwicklungsprozess integriert. Am Beispiel der Kamera Eyelike™ eMotion, eine digitale high end Kamera für professionelle Fotografie, lassen sich neue, effiziente Möglichkeiten durch Anwendung von Rapid-Prototyping-Technologien und geeignete Folgeprozesse aufzeigen, die auf weitere Einsatzfälle übertragbar sind – eine entscheidende Grundlage zur Erhöhung der Produktentwicklungsqualität und -geschwindigkeit.

Die JENOPTIK begann 1990 als Auftragsfertiger der Firma Kontron aus München, einem großen Hersteller von Embedded Computer Technology, mit der Produktion von digitalen Kameras. Die unter dem Namen ProgRes 3012 bekannten Kameras waren vorwiegend für einen industriellen Einsatz konzipiert.
Mit der Eyelike™ DCS wurde 1997 eine erste, eigenständig entwickelte und gefertigte Digitalkamera für den professionellen Fotografen auf den Markt gebracht.
Die Entwicklung hin zu einem neuen Konzept, dem digitalen Kamerarückteil (digital back), drückt die Eyelike™ precision aus. Der große Vorteil dokumentiert sich darin, dass der Fotograf seine gewohnte Fototechnik, im Allgemeinen hochwertige Mittelformatkameras (Hasselblad, Mamiya, Rollei u.ä.), weiter verwenden kann. Es wird an dem Kamerabody nur die traditionelle Filmkassette entfernt und durch das back ersetzt, die einfache Umgestaltung einer konventionellen in eine digitale Kamera!
Die Photokina 2002 und die Zeit danach zeigten deutlich, dass auch der Bereich der digitalen Profikameras in Richtung portabel geht.

Die beschriebenen Bauteile lassen sich prinzipiell in den geforderten Genauigkeiten mit spanender Fertigung herstellen, allerdings mit erheblichem Zeit- und Kostenaufwand.
Alternativ dazu mit wesentlichen Spareffekten in Kosten und Zeit kommen die heute zum Standard gehörenden Rapid-Prototyping-Technologien mit Ihren Folgeprozessen zur Anwendung. Die Teilegeometrie und die geforderten Parameter der hier betrachteten Teile lassen zur Urmodellherstellung nur das Stereolithografieverfahren zu, d.h. aus modellierten 3D-CAD Daten wird ein STL-File exportiert – die Basis für die Fertigung der Urmodelle mittels Stereolithografie. Hier werden dreidimensionale Geometrien aus photoreagierenden Flüssigmonomeren schichtweise aufgebaut und durch Laser gehärtet. Neueste Entwicklungen der Anlagentechnik und die Verfügbarkeit hochwertiger Epoxidharze schaffen die Voraussetzung zur Anwendung dieser Technologie für Bauteile aus dem Feinwerkbereich. Das Gehäuse wurde nach Optimierung der Baulage mit einer Baustufe von 0,05mm gefertigt. Obwohl die Stereolithografie das Verfahren mit der größten Detailvielfalt und der höchsten Genauigkeit (gegenwärtig) ist, lassen sich die damit gefertigten Formteile nur bedingt als Funktionsmuster einsetzen. Ursache sind die mechanischen und thermischen Eigenschaften der zur Verfügung stehenden Epoxidharze sowie die in den drei Baurichtungen erreichbaren unterschiedlichen Genauigkeiten und Oberflächengüten.

Abb.3: Stereolithografiemodell Abdeckung, gefinisht, abgeklebt / Firma Ganß

Die STL-Modelle werden deshalb entsprechend aufbereitet, um als Abgussmuster für das Vakuumgießen in Silikonformen zur Verfügung zu stehen. Aufbereiten bedeutet hier exaktes Oberflächenfinish im Sichtbereich, Versiegelung im Innenbereich und Maßtoleranzpräzisierung für vorher festgelegte Prüfmaße. Die so vorbereiteten Modelle werden anschließend in Silikon eingeformt und über das Vakuumgießverfahren können Kunststoffteile hochpräzise mit komplexer Geometrie kostengünstig und sehr schnell zur Verfügung gestellt werden.

Abb.4: Silikonwerkzeugsatz, 4-teilig / Firma Ganß

Die Fertigung derartiger Formteile im Vakuumgießverfahren wird möglich durch eine anspruchsvolle werkstoff- und anlagentechnische Basis wie:

Ergänzt durch firmenspezifische Techniken beim Formenbau und die exakte Kontrolle und Optimierung der Prozessparameter konnten sieben Tage nach Vorlage baufähiger STL-Daten 25 Vakuumgießteile Gehäuse zum nachfolgenden Arbeitsgang Metallisieren bereitgestellt werden.

Trotz der kurzen Zeit ist es gelungen, die Kunden und die Konkurrenz auf der Messe mit einem Gerät zu überraschen, das allen geforderten Parametern entsprach und bei Besuchern und Fachpublikum auf soviel positives Interesse stieß, dass wir die Auszeichnung „photokina STAR“, eine Produktbewertung als besonderes Highlight der Messe, erhielten und schon auf dem Messestand den noch nie da gewesenen Bestelleingang von 50 fest vereinbarten Lieferungen verbuchen konnten.

Abb.8: Foto Kamera Eyelike™ eMotion/ Firma JO L.O.S.

Die erreichten Resultate bestätigen den eingeschlagenen Weg. Besonders für komplizierte Geometrien, optisch anspruchsvolle Teile und Kleinserien sind die Rapid-Prototyping-Technologien einschließlich ihrer Folgeprozesse interessant, da zunehmende Komplexität, anders als bei herkömmlicher spanender Fertigung, nicht einhergeht mit enorm steigenden Fertigungskosten. Die durchgängige CAD-Datenkette stellt für alle am Entwicklungsprozess Beteiligten eine jederzeit verfügbare eindeutig zuordenbare Datenbasis dar. Rapid-Prototyping-Modelle können an jeder beliebigen Stelle des Entwicklungsprozesses eingesetzt werden, somit kann die Entscheidungsfindung und der Prozess selbst beschleunigt werden. Fachleute unterschiedlicher Disziplinen können technische und Designschwachstellen am neuen Produkt erkennen und diese vor Beginn des Serienwerkzeugbaus korrigieren.