3D-Druck und LEGO für besseres Prototyping

Während der 3D-Druck zu einer treibenden Kraft bei der Herstellung von On-Demand-Produkten und zu einem Katalysator für die Erstellung vieler verschiedener funktionaler Objekte geworden ist, wurde die Technologie entwickelt, mit der Ingenieure schnelle Prototypen erstellen können, von denen einige perfekter sind als andere. Die Autoren David Mathias, Chris Snider, Ben Hicks und Charlie Ranscomb verfolgen in der Arbeit „Accelerating product prototyping through hybrid methods: Coupling 3D printing and LEGO“ einen modularen Ansatz für die Herstellung und das Prototyping.

„Prototyping ist ein wesentlicher Bestandteil des Produktentwicklungsprozesses und es ist allgemein anerkannt, dass verstärktes Prototyping – sowohl physisch als auch virtuell – zu verbesserten Produkten führt“, geben die Autoren in ihrer Studie an.

Abgesehen von 3D-gedruckten Strukturen werden beim Prototyping häufig Schaumstoffe, Pappe und Ton verwendet – was ein aufwendiges Unterfangen sein kann. Die Autoren erinnern uns daran, dass unabhängig von der Form des Prototyps, wenn die Materialien einfach zu verwenden sind und die Technik die Zweckmäßigkeit fördert, weitere Iterationen durchgeführt werden können, um ein Endprodukt zu erstellen.
Das Hinzufügen von LEGO-Blöcken zum 3D-Druckquotienten bietet hier viele Vorteile.

„Durch die Kombination von kostengünstigem 3D-Druck und LEGO wird ein von LEGO allein unerreichtes Maß an Wiedergabetreue erreicht, während die Flexibilität und Rekonfigurierbarkeit eines Baukastens erhalten bleibt. Es ermöglicht eine schnelle Ideenfindung und Modifikation mit einem physischen Prototyp, um zu vermeiden, dass Nutzerstudien oder kreative Episoden unterbrochen werden“, erklärten die Autoren.

Mithilfe von Computersimulationen wurde die Realisierbarkeit des Projekts bewertet und anschließend im 3D-Druck eines Videocontrollers eine Fallstudie durchgeführt, um die Vorteile einer solchen Kopplung für den Bau von Prototypen zu demonstrieren. Für die Proben wurden typische Grundformen wie Würfel, Zylinder, Kegel, Kugel, Tetraeder und Prisma gewählt.

„Das Volumen der Objekte wurde in einem Bereich von 1 × 10³ – 8 × 10³ mm³ variiert. Diese Volumen wurden verwendet, da sie für die meisten handelsüblichen kostengünstigen Desktop-3D-Drucker – wie Ultimaker 3 (9,42 × 10³ mm³ (Ultimaker, 2018)) und Makerbot Replicator + (9,45 × 10³ mm³ (MakerBot Industries, 2018) – im Rahmen der Machbarkeit liegen)).”
„Die Simulationen wurden in diesem Volumenbereich 50-mal schrittweise durchgeführt. Dies wurde dann für jede Objektform und für jede Ziegelgröße wiederholt. “

Ziegelgrößen wurden wie folgt beschrieben:
„Die anfängliche Ziegelgröße war LEGO mit Abmessungen von 8 × 8 × 3,2 mm. Für diese Simulationen könnte ein Pool von Standardsteinen verwendet werden, um die Gesamtzahl der Steine ​​zu verringern. Kleinere und größere Steine ​​wurden zu beiden Seiten von LEGO in Betracht gezogen, darunter NANO (4 × 4 × 3,2 mm) und DUPLO (16 × 16 × 19,2 mm). Die Verwendung unterschiedlicher Ziegelgrößen bietet unterschiedliche Wiedergabetreue mit der Erwartung, dass die kleineren Ziegel eine bessere Annäherung an komplexere Geometrien ermöglichen.“

„Dieser Ansatz zur Erstellung optisch ansprechender Prototypen benutzergesteuerter Produkte ist formabhängig. Folglich könnte es bessere Ansätze geben, bei denen verschiedene Prototyping-Methoden zum Einsatz kommen, um die Herstellungszeit und die Kosten für bestimmte Designs zu reduzieren“, so die Forscher abschließend.

„Weitere Arbeiten sind erforderlich, um die physischen Möglichkeiten der Herstellung von Prototypen mithilfe dieses Hybridansatzes zu realisieren, einschließlich der Optimierung des Ziegellayouts im Hinblick auf die Festigkeit der Teile und die einfache Konstruktion sowie der Erzeugung von 3D-bedruckbaren Oberflächenteilen, die an den LEGO-Ziegeln befestigt werden. Da der resultierende Prototyp modular aufgebaut ist, müsste er so konstruiert sein, dass er der Interaktion zwischen Designer und Benutzer standhalten kann, ohne auseinanderzufallen, und gleichzeitig leicht zu zerlegen oder neu zu konfigurieren ist.“