Gastkommentar
Vom virtuellen Bauteil zum Prototyp bis hin zur Serienfertigung
Dimitrios Livadas von Protolabs beleuchtet die Anwendung von Augmented und Virtual Reality in der Industrie.
Wenn wir von neuen Technologien sprechen, wird oftmals der Hype-Zyklus ins Feld geführt, um zu veranschaulichen welche Phasen Neuerungen regulär durchmachen müssen, bevor sie zum Schluss eine akzeptierte Stellung einnehmen können. Gute Beispiele für neue Technologien, die diesen Zyklus in den letzten Jahren durchschritten haben und mittlerweile eine weitgehende Akzeptanz in der Industrie finden, stellen Anwendungen der virtuellen (VR) und erweiterten Realität (AR) dar. Während die beiden Konzepte bereits seit Jahrzehnten im Science-Fiction-Umfeld zu finden sind, ließen Konzepte zur realen Umsetzung und Anwendung zunächst noch auf sich warten. Erste Lösungen und Produkte lösten vor allem im Consumer-Umfeld einen Hype aus, der schließlich durch Schwierigkeiten bei der Umsetzung jäh gedrosselt wurde. Mittlerweile kann man konstatieren, dass die Technik für Datenbrillen und VR-Headsets sowie 3D-Scans so weit ausgereift ist, dass die Industrie langfristige Vorteile erkennen kann.
Vor allem dort wo neue Produkte entwickelt werden und die Vorstellungskraft von Ingenieuren und Entwicklern auf die Probe gestellt wird, sind AR und VR mittlerweile nützliche Werkzeuge, um den Entwicklungszyklus bis zum fertigen Produkt zu visualisieren und damit zu verkürzen. Insbesondere in der Automobilindustrie werden heute schon ganze Fahrzeugprototypen mittels VR erfahrbar gemacht und lassen sich bereits im virtuellen Raum bedienen und anpassen. Für den Entwicklungsprozess bedeutet dies einen enormen Geschwindigkeitsschub, der die dringend benötigte Innovationskraft der Branche weiter unterstützen kann. AR-Anwendungen hingegen finden bereits in der frühzeitigen Beurteilung von komplexen Baugruppen ihren Einsatz und sorgen dafür, dass etwaige Fehler schneller erkannt werden.
Die Überprüfung erster Entwicklungskonzepte mit Hilfe von VR-Headsets, also beispielsweise eine erste Analyse welcher Materialeinsatz an welcher Stelle sinnvoll ist, wird vor allem durch die stetig steigende Rechnerleistung immer effektiver für die Industrie nutzbar. Hand in Hand gehen hiermit die Vorteile des Rapid Prototyping, das neben den klassischen Spritzguss- und CNC-Fertigungsverfahren durch die additive Fertigung (3D-Druck) um vielfältige Möglichkeiten erweitert wird. In der virtuellen Umgebung erscheint ein Lenkrad nicht passend für das restliche Fahrzeug? Durch einige kleinere Konfigurationsänderungen kann eine Anpassung vorgenommen werden und besser geeignete Formen, Farben oder Materialien werden in der virtuellen Welt erfahrbar. Ebenso kann ein Prototyp für die endgültige Entscheidung durch moderne Herstellungsverfahren innerhalb kürzester Zeit in wenigen Tagen anstatt Wochen oder sogar Monaten bereitgestellt werden. Dabei bieten moderne additive Verfahren mittlerweile eine breite Auswahl an Werkstoffen und Materialien, sowohl in Kunststoff als auch Metall, die sich für konzeptuelle wie auch tatsächliche Anwendungstests eignen. So kann das mittels VR ausgewählte Lenkrad unmittelbar in eine CAD-Datei umgewandelt, und mittels direkter Datenanbindung mit der entsprechenden Software in Echtzeit – online verfügbar – eine Machbarkeitsanalyse erstellt werden. Einen „Knopfdruck“ später lässt sich der virtuelle Prototyp in wenigen Tagen als reales Muster in der Hand halten und bei Bedarf kann mit der Vorserienproduktion gestartet werden.
Dabei sind die möglichen Anwendungsgebiete von AR und VR innerhalb der unterschiedlichsten Industrie vielfältig. Allerdings bedarf es zur breiten Akzeptanz noch einige Weiterentwicklungen dieser Technologie, damit künftig das volle Potential ausgeschöpft werden kann. So fehlen beispielsweise für die gänzlich immersive Darstellung eines Bauteils die immanent wichtigen haptischen Signale, die etwa die Oberflächenstruktur erlebbar machen. Darüber hinaus bestehen weiterhin zahlreiche Vorbehalte gegenüber AR/VR, die zunächst einmal überwunden werden müssen, bevor in vollem Umfang das Potential der neuen Technologie erkannt und weitere Investitionen getätigt werden. Ähnliche Zweifel gab es, als sich der 3D-Druck zu einem festen Bestandteil der Fertigung entwickelt hat. Heute ist die Technologie rund um die additive Fertigung nicht mehr aus der Produktion wegzudenken und leistet in verschiedensten Industrien und Anwendungsbereichen – von der Automobilbranche, der Luft- und Raumfahrtindustrie über die Medizintechnik, um nur einige zu nennen – Dienste, die Konstrukteure, Entwickler und Ingenieure gleichermaßen begeistern.
Betrachtet man die Entwicklung der AR- und VR-Technologie in den letzten Jahren, ist guten Gewissens zu vermerken, dass innerhalb des Hype-Zyklus das Plateau der Produktivität erreicht wurde. Neue Geschäftsbereiche werden erschlossen, Skepsis überwunden und zahlreiche theoretische Anwendungsfällen werden bereits heute in die Investitionsplanung von morgen übernommen. Mit Sicherheit kann man sagen: AR und VR werden in den nächsten Jahren weiterhin an Einfluss gewinnen und aller Voraussicht nach für einen weiteren Innovationsschub in zahlreichen Industrien sorgen.
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