Funktionsmodelle im 3D-Druck – mit echter Mechanik
Ein Funktionsmodell zeigt nicht nur, wie ein Produkt aussieht, sondern wie es arbeitet: Getriebe drehen, Sensoren sitzen an ihrem Platz, Baugruppen lassen sich montieren. Wir drucken solche Modelle im FDM-Verfahren aus technischen Kunststoffen und bauen sie auf Wunsch zusammen – mit Lagern, Antrieb und Normteilen.
- Bewegliche Mechanik, Antrieb, Lagerung
- Vom Funktionsprototyp bis zur Kleinserie
- Bauteile bis 914 × 610 × 914 mm am Stück (Partner-Anlage)
- Montage mit Normteilen inklusive
- Nylon 12 für Schnappverbindungen
- Nylon 12CF für steife, leichte Träger
- Konstruktion mit Heger CAD
- Pforzheim · Versand deutschlandweit
Ein Planetengetriebe: gedruckt, montiert, in Bewegung
Beim Scrollen entsteht ein Planetengetriebe als Funktionsmodell – vom Druck über Normteile und Montage bis zum Lauf. Am Ende legen Sie selbst fest, welches Teil steht, und drehen am Griff. Die Verzahnung ist echt berechnet (Evolventen, Modul 1,5 mm), die Druckschichten sind vergrößert dargestellt.
- Schritt 1 von 6
Gedruckt: Zahnräder und Gehäuse
Gehäuse mit Hohlrad aus ASA, Sonne und Planetenträger aus Nylon 12CF, drei Planeten aus Nylon 12. Die Teile liegen flach auf der Bauplatte, die Zähne entstehen Schicht für Schicht in der Ebene des Rads.
- Schritt 2 von 6
Normteile kommen dazu
Was gedruckt nicht am besten ist, kommt als Normteil dazu: ein Motor, eine Abtriebswelle und Bolzen aus Stahl, Kugellager für die Planeten und Gewindeeinsätze aus Messing für die Schrauben eines Deckels.
- Schritt 3 von 6
Montage in der richtigen Reihenfolge
Gewindeeinsätze ins Gehäuse, Lager und Bolzen in die Planeten, Motor ans Gehäuse, Sonne auf die Motorwelle, dann Planeten, Träger und Abtriebswelle. Am Funktionsmodell zeigt sich, ob jedes Teil in dieser Reihenfolge an seinen Platz kommt.
Drei Planeten lassen sich nur gleichmäßig verteilen, wenn (zS + zH) / 3 ganzzahlig ist: (18 + 72) / 3 = 30.
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Spiel an den Zähnen
Damit nichts klemmt, brauchen Zahnräder Spiel: zwischen den Flanken (Flankenspiel j) und zwischen Zahnkopf und Zahngrund (Kopfspiel c). Bei gedruckten Rädern wird es auf Verfahren und Werkstoff abgestimmt. Die Lupe zeigt den Eingriff von Planet und Hohlrad.
Kopfspiel nach dem Bezugsprofil (DIN 867): c = 0,25 · m = 0,25 · 1,5 mm = 0,375 mm.
- Schritt 5 von 6
Motor an: fünfmal langsamer
Der Motor treibt die Sonne, das Hohlrad steht. Die Planeten rollen im Hohlrad ab und nehmen den Träger mit.
i = 1 + zH / zS = 1 + 72 / 18 = 5. Aus 1 500 U/min am Motor werden 1 500 / 5 = 300 U/min am Abtrieb, das Moment steigt – ohne Verluste – auf das Fünffache. Darstellung 100-fach verlangsamt.
- Schritt 6 von 6
Selbst ausprobieren
Je nachdem, welches Teil steht, ändern sich Übersetzung und Drehrichtung. Wählen Sie das feste Teil und drehen Sie am roten Griff. Der Motor sitzt am Gehäuse und läuft deshalb nur, wenn das Hohlrad steht.
Es gilt immer die Willis-Gleichung: nS − nT = −(zH / zS) · (nH − nT).
Was ein Funktionsmodell leisten kann
Ein Rendering zeigt, wie ein Produkt aussieht. Ein Funktionsmodell zeigt, ob es funktioniert: ob das Getriebe frei dreht, ob die Baugruppe sich in der geplanten Reihenfolge montieren lässt, ob der Bauraum für Sensor, Kabel und Stecker reicht, ob die Schnappverbindung hält. Solche Fragen klären wir mit gedruckten, beweglichen Modellen aus technischen Kunststoffen – lange bevor ein Werkzeug gebaut oder ein Messestand gebucht ist.
- Bewegungsabläufe zeigen: Getriebe, Hebel, Kulissen, Drehteller – von Hand bewegt oder mit Motor.
- Montage prüfen: Reihenfolge, Zugänglichkeit, Passungen und Toleranzen am realen Teil.
- Funktion testen: Schnapp- und Clipverbindungen, Federelemente, Dichtflächen, Kabelführung.
- Erklären und überzeugen: als Anschauungsmodell für Kunden, Schulung, Messe oder Förderantrag.
Beispiel: Rahmen, Sensormodul, Drehteller
Für ein Funktionsmodell mit Sensorik haben wir einen Rahmen in Fachwerkbauweise, ein detailliertes Sensormodul, eine Lagerung und einen Drehteller gedruckt und montiert. Der Rahmen ist leicht und trotzdem steif, das Sensormodul lässt sich einsetzen und tauschen, der Drehteller läuft auf einer echten Lagerung. Das Modell zeigt den Aufbau, die Bewegung und die Montage – auf einem Tisch, ohne Erklärung.
Für das DLR entstand ein Messemodell mit Getriebe und Antrieb, das mit 200 U/min läuft. Mehr zu großen und bewegten Ausstellungsstücken unter Messemodelle aus Hochleistungskunststoff.
Der Werkstoff richtet sich nach der Aufgabe
Nicht jedes Teil eines Funktionsmodells braucht denselben Kunststoff. Wir kombinieren:
- ABSplus und ASA für Gehäuse, Verkleidungen und alles, was farbig und gut nachzubearbeiten sein soll.
- Nylon 12 für Schnapp- und Clipverbindungen, Presspassungen und Teile, die oft gebogen werden – mit 30 % Bruchdehnung verzeiht es viel.
- Nylon 12CF für Hebel, Rahmen und Träger, die steif sein müssen und trotzdem leicht – in vielen Fällen eine Alternative zu Metall.
- ULTEM 9085, ULTEM 1010 und PC-ISO, wenn das Modell Temperatur, Medien oder Sterilisation aushalten oder das Serienmaterial zeigen soll. Mehr unter Hochleistungskunststoffe im FDM-Druck.
Wellen, Lager, Motoren, Gewindeeinsätze und Schrauben kommen als Normteile dazu. Gedruckt wird, was gedruckt am besten ist.
Vom Funktionsprototyp zur Kleinserie
Viele Projekte beginnen mit einem Funktionsprototyp. Im Rapid Prototyping entstehen Prototypen für Form-, Pass- und Funktionstests direkt aus den CAD-Daten, ohne Werkzeug. Danach drucken wir Vorserienteile für die Erprobung sowie Endbauteile und Ersatzteile in Kleinserienfertigung – ohne Werkzeugkosten und auf Wunsch im selben Werkstoff wie der Prototyp.
Für die eigene Fertigung entstehen Gehäuse, Vorrichtungen und Montagehilfen, Bohrschablonen und Greifer. Einsatzgebiete sind unter anderem Sondermaschinenbau, Automobilindustrie und Elektronik sowie Forschung und Entwicklung an Hochschulen und Instituten.
Konstruktion inklusive
Eine Mechanik, die gedruckt funktionieren soll, wird anders konstruiert als eine gefräste: Passungen brauchen Spiel, das zum Verfahren passt, Lagersitze werden nachgearbeitet oder mit Einlegeteilen ausgeführt, Überhänge und Ausrichtung im Bauraum entscheiden über Festigkeit und Oberfläche. Unser Partner Heger CAD konstruiert Funktionsmodelle von Anfang an druckgerecht – oder passt Ihre Serienkonstruktion für das Modell an.
Typische Anfragen
- Bewegtes Modell einer Maschine oder Baugruppe für Messe und Vertrieb
- Montage- und Bauraummodell zur Absicherung einer Konstruktion
- Funktionsmuster mit Schnappverbindungen, Federn oder Gelenken
- Modell mit Sensorik, Antrieb und Verkabelung für Vorführungen
- Anschauungsmodell für Ausbildung, Hochschule oder Forschungseinrichtung
Häufige Fragen zu Funktionsmodellen
- Welche Normteile werden verbaut?
- Wellen, Kugellager, Bolzen, Motoren, Gewindeeinsätze und Schrauben. Gedruckt wird, was gedruckt am besten ist; den Rest ergänzen Normteile.
- Wie belastbar ist ein gedrucktes Funktionsmodell?
- Das hängt vom Werkstoff und von der Ausrichtung im Bauraum ab. Laut Stratasys erreicht Nylon 12CF 75,6 MPa Zugfestigkeit, ULTEM 1010 81 MPa; Nylon 12 verträgt mit 30 % Bruchdehnung wiederholtes Biegen. Alle Kennwerte stehen unter Hochleistungskunststoffe und im Werkstoffvergleich.
- Geht es auch ohne CAD-Daten?
- Ja. Unser Partner Heger CAD konstruiert das Modell nach Skizze, Foto oder Musterteil – druckgerecht und mit Blick auf die Montage.
- Fertigen Sie auch Kleinserien und Endbauteile?
- Ja – vom einzelnen Funktionsprototyp über Vorserienteile bis zu Endbauteilen und Ersatzteilen in Kleinserie, ohne Werkzeugkosten.
Gefertigt und montiert in Pforzheim, geliefert nach ganz Deutschland.
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