Was ist Rapid Prototyping?

Ohne Rapid Prototyping, das es CNC-Maschinisten und -Ingenieuren ermöglicht, ein maßstabsgetreues Modell in ein physisches, greifbares Produkt umzuwandeln, ist Microsoft möglicherweise nicht so begeistert – oder schnell –, seine neueste Spielkonsole vorzustellen. „Als die leistungsstärkste Spielkonsole aller Zeiten angepriesen, soll sie natives 4K-Gaming im Wohnzimmer bieten“, so All3DP.

Ohne die erstaunliche Innovation des Rapid Prototyping wäre der Weg zum Erfolg möglicherweise länger gewesen.

Warum ist Rapid Prototyping für Marken wie Microsoft – und unzählige andere, kleinere Hersteller – so wichtig? Was bedeutet Rapid Prototyping für Maschinisten und Ingenieure?

Wenn Sie Tom Chi fragen, sind dem Himmel wirklich keine Grenzen gesetzt, da Rapid Prototyping schnelle Lösungen für eine bessere Zukunft bietet. Die Auswirkungen auf das Rapid Prototyping sind für Unternehmer möglicherweise genauso bahnbrechend (verstehen Sie?), wie sie es für große Unternehmen wie Microsoft sind, wenn es um ernsthafte Zeit- und Geldeinsparungen geht.

Was ist also Rapid Prototyping? Warum gibt es einen solchen Druck, es zunehmend in die Bearbeitung und das Engineering zu integrieren?

Das Verständnis dieses Prozesses ist entscheidend, um die Möglichkeiten zu erweitern, unsere Designs schneller als je zuvor in Produkte umzuwandeln. Sehen Sie sich das Folgende an und stellen Sie sich vor, wie Rapid Prototyping dazu beitragen könnte, Ihr Unternehmen zu transformieren und möglicherweise Ihren Gewinn zu steigern.

Was ist Rapid Prototyping?

Auf die Gefahr hin, einen komplexen Prozess zu stark zu vereinfachen, wird Rapid Prototyping als „die schnelle Erstellung eines Modells in Originalgröße“ definiert. Das Wort Prototyp kommt von den lateinischen Wörtern proto (Original) und typus (Modell).“

Mit Schöpfung meinen wir nicht die Schöpfung im Abstrakten. Vielmehr stellt ein Rapid Prototype eine greifbare, physische Kreation dar, die Sie in Ihren Händen halten können.

Es gibt verschiedene Arten von Rapid Prototyping, wobei die aktuellen Trends in Richtung Additive Manufacturing und 3D-Druck gehen. Das subtraktive Rapid Prototyping ist jedoch nach wie vor ein wichtiger Treiber und eignet sich häufig besser für bestimmte Arten von Projekten und Produktdesigns.

Ganz gleich, ob Sie additiv, subtraktiv oder eine Kombination aus beidem verwenden, Tatsache ist, dass Rapid Prototyping es Designern ermöglicht, ihre Modelle zum Leben zu erwecken. „Dies geschieht häufig mit ausgeklügeltem computergestütztem Design oder anderer Montagesoftware und wird physisch mit 3-D-Druckern implementiert“, wie von Techopedia definiert.

Das Team des in Großbritannien ansässigen 3D Creation Lab erklärt:„Die Fortschritte im 3D-Rapid-Prototyping ermöglichen eine schnellere und kostengünstigere Prototypen- und Modellherstellung durch den Wegfall von Arbeitskräften und teuren Werkzeugen, wodurch Unternehmen und Erfinder ihre Produkte und Designs schneller als die Konkurrenz auf den Markt bringen können. ”

Bei all den Produktmöglichkeiten, die das Rapid Prototyping zu bieten hat, muss man davon ausgehen, dass es irgendwo einen Nachteil gibt.

Wie kann etwas so Innovatives nicht mit ein oder zwei Fallstricken einhergehen?

Es stellt sich heraus, dass es das nicht kann.

Für alle Profis bietet Rapid Prototyping einige Nachteile, nicht zuletzt das Potenzial, Arbeitskräfte zu eliminieren, wodurch die Anzahl der verfügbaren Arbeitsplätze für CNC-Maschinisten verringert wird.

In Die Zukunft des Rapid Prototyping hat Soren Petersen Design Research Ph.D. und Autor von Profit from Design sagt Folgendes voraus:

Die Vorteile sind zahlreich und legen die Messlatte branchenübergreifend immer höher. Aber aus Gründen des Gleichgewichts wägen wir beide Seiten der Medaille ab.

Vor- und Nachteile

Wir haben die Vorteile des Rapid Prototyping behandelt, aber um es noch einmal zusammenzufassen, es kommt auf Geschwindigkeit und Kosten an. APT Mold argumentiert, dass Rapid Prototyping auch eine inhärente Realität des Kundendienstes und der Kundenzufriedenheit ist:

Sich einen Vorsprung auf dem Markt verschaffen… welches Unternehmen möchte das nicht?

Dieser Vorteil hat natürlich seinen Preis, und dieser Preis repräsentiert die Nachteile des Rapid Prototyping. Alles in allem gibt es beim Rapid Prototyping drei Hauptnachteile.

Tunnelblick

Leider ist es leicht, einen Tunnelblick zu bekommen und das gesamte Projekt aus den Augen zu verlieren, wenn man sich auf einen einzigen Prototyp konzentriert. Der Fallstrick hier ist das Potenzial für Produktentwickler, eine Lösung zu verpassen, die sich langfristig als besser erweisen könnte, indem sie sich zu sehr auf den vorliegenden Prototyp (im wahrsten Sinne des Wortes) konzentrieren.

Fall einer falschen Identität

Prototypen in den Händen des falschen Kunden könnten mit dem fertigen Produkt verwechselt und unfair oder vorschnell als solches beurteilt werden. Die Kehrseite davon tritt auf, wenn ein Prototyp gegenüber einem Endprodukt bevorzugt wird. Keiner der Fälle ist für die Ingenieure und Maschinisten hinter diesen Prototypen hilfreich.

Vielfalt ist die Würze des Lebens

Rapid Prototyping schränkt jedoch die Anzahl der Optionen ein, die Ihnen zur Verfügung stehen, und sollte am besten für einfachere Projekte reserviert werden.

Wie jedoch die folgenden fünf Marken zeigen, bleibt Rapid Prototyping trotz dieser potenziellen Fallstricke ein wirksames Mittel zu einem sehr lukrativen Zweck.

Fünf Marken, die für Rapid-Prototyping-Fähigkeiten stehen

Obwohl diese fünf Unternehmen sicherlich nicht die einzigen sind, die Rapid Prototyping für sich arbeiten lassen, veranschaulicht jedes einzelne, was dieser Prozess für die Produkte einer Marke tun kann … und für das Endergebnis.

Brightwake

Sicherlich kein allgemein bekannter Name, dennoch ist Brightwake ein Forschungs- und Designunternehmen, das Leben rettet, indem es Blut rettet. Oder, genauer gesagt, das Recyceln von Blut, das sonst verloren gehen würde.

Hemosep ist das Markenzeichen des Unternehmens, das in der Lage ist, während einer Operation verlorenes Blut zu recyceln. Um Hemosep zu entwickeln, setzte Brightwake auf 3D-Druck als Rapid-Prototyping-Prozess. Berichten zufolge reduzierte sich dadurch der Produktionsprozess um 96 %. Es ist davon auszugehen, dass die finanziellen Einsparungen ähnlich beträchtlich waren.

Kotflügel

Musikliebhaber werden die Marke Fender sofort als den Instrumentenhersteller erkennen, der sowohl von Amateurmusikern als auch von Rocklegenden wie Jimi Hendrix gleichermaßen bevorzugt wird.

Um den ohnehin schnellen Rapid-Prototyping-Prozess zu beschleunigen, kaufte Fender industrielle 3D-Drucker von Stratasys und erstellt nun ihre eigenen Prototypen bis hin zu Reglern an Verstärkern. Die Vorlaufzeit zur Erstellung dieser Prototypen ist von etwa zwei Wochen auf über Nacht gesunken. Man kann davon ausgehen, dass eine kürzere Vorlaufzeit zu höheren Gewinnmargen führt.

Ford

Auch namhafte Automobilhersteller wie Ford müssen bei der Budgetierung aufpassen. Rapid Prototyping hat „Ford hart“ gemacht und die Marke noch härter gemacht, indem dem Unternehmen Millionen von Dollar sowohl für Kunststoff- als auch für Metallprototypen eingespart wurden.

Der 3D-Druck hat sich auch als echte Zeitersparnis erwiesen, da der Prozess innerhalb weniger Stunden Prototypen erstellt, sodass die Ford-Ingenieure entscheiden können, ob sich die tatsächliche Produktion als vorteilhaft erweisen wird oder nicht.

Dies sind nur einige Unternehmen, die Rapid Prototyping in ihrem Produktdesign einsetzen. Andere sind große Marken wie BMW, Lamborghini, Valero und Volkswagen.

Lockheed Martin

Hochgeschwindigkeits-CNC-Prototyping ist von entscheidender Bedeutung für die Produktentwicklung bei Lockheed Martin, dem globalen Unternehmensriesen, der sich für fortschrittliche Technologien in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und Sicherheit einsetzt die Fabrikhalle, um Schicht für Schicht Teile herzustellen, die vorher nicht gebaut werden konnten.“

Epson

Durch die Nutzung der schnellen CNC-Bearbeitung konnte die japanische Seiko Epson Corporation die Verbrauchernachfrage nach leichteren, komfortableren Augmented Reality (AR) Moverio Smart Glasses erfüllen.

„Beim Vorgänger hatten wir viele Anfragen von Anwendern bezüglich Gewicht und Größe, daher haben wir unsere Entwicklungsziele darauf ausgerichtet, den Komfort zu verbessern und die Datenbrille kompakter und leichter zu machen“, so das High-Speed-CNC-Prototyping Kazuya Kamakura, Senior Staff, HMD Business Management Department, Visual Products Operations Division bei Epson.

Diese Marken veranschaulichen die Möglichkeiten, die fortschrittliche Fertigung bietet, aber wenn es um Rapid Prototyping geht, was ist besser:subtraktiv oder additiv?

Ein Gruß an das subtraktive Rapid-Prototyping

Hier bei Datron feiern wir subtraktives Rapid Prototyping für seine Abhängigkeit von effektiven Bearbeitungsprozessen. Im Gegensatz zu anderen Rapid-Prototyping-Optionen führt das subtraktive Rapid-Prototyping zu Materialprototypen für den Endverbrauch mit höherer struktureller Integrität.

Der subtraktive Rapid-Prototyping-Fräsprozess entfernt kleinere Materialstücke von einem größeren und hinterlässt ein festes oder intaktes Stück. Beim additiven Rapid Prototyping hingegen werden Materialschichten erzeugt, deren Endergebnis nicht so strukturell einwandfrei ist.

Warum ist das wichtig?

Darüber hinaus bietet das Fräsen ein breiteres Spektrum an Oberflächengüten im Vergleich zum „abgestuften Finish“, das mit dem additiven Rapid Prototyping verbunden ist. Die Verwendung einer Hochgeschwindigkeits-CNC-Fräsmaschine (Computer Numerical Control) führt zu Prototypen mit Wiederholbarkeit, die sich als ideal für Endverbrauchsmaterialien erwiesen hat.

„Einer der Hauptvorteile der subtraktiven Fertigung ist die Möglichkeit, ein extrem dünnes Stück Kunststoff zu einem lebenden Scharnier zu verarbeiten. Diese Art von Prozess ist in einem 3D-Drucker einfach noch nicht möglich“, so Creative Mechanisms. „Fortschrittliche CNC-Maschinen verwenden mehrere Werkzeuge und schneiden um mindestens drei (x, y und z) Achsen herum, so dass sie die Anforderung für Konstrukteure minimieren, den Block umzudrehen.“

Letztendlich „ist es eine geeignete Wahl für Teile, die für kleine und große Produktionsserien verwendet werden, um bestimmte Oberflächen oder bestimmte mechanische Eigenschaften zu erhalten.“

Natürlich könnten wir subtraktive Rapid-Prototyping-Projekte ohne die richtige Ausrüstung nicht unterstützen.

Was Sie von der Hochgeschwindigkeits-CNC-Bearbeitung erwarten können

Hochgeschwindigkeits-CNC-Maschinen sind die ideale Alternative für Ingenieure, wenn 3D-Drucker nicht ausreichen und sie in der Regel aufgrund des für einen bestimmten Prototyp verwendeten Materials nicht ausreichen. Derzeit können Ingenieure keine Metalle wie Aluminium in 3D drucken.

Zu den weiteren Vorteilen der Hochgeschwindigkeits-CNC-Bearbeitung gehört die Möglichkeit, kleinere Teile herzustellen – wie die Bearbeitung von Elektronikgehäusen, wobei je nach Bedarf Schneidwerkzeuge mit einem maximalen Durchmesser von 0,50 Zoll verwendet werden. Diese Maschinen sind jetzt mit Spindeln mit 60.000 U/min ausgestattet, die höhere Vorschübe und schnelles Schneiden ermöglichen, ohne kritische Komponenten zu beeinträchtigen. Gepaart mit optimierten Werkzeugen verbessern diese Maschinen die Spanabfuhr für weniger Hitze und sauberere Schnitte.

Im Betrieb ist das vielleicht Beste an Hochgeschwindigkeits-CNC-Maschinen der benutzerfreundliche Touchscreen, der es jedem ermöglicht, ein Mobiltelefon zu verwenden, um die Maschine zu bedienen.

Erkunden der aktuellen Auswahl an CNC-Maschinen

In der Vergangenheit mussten CNC-Maschinen an vorhandenen Werkzeugen nachgerüstet werden; Mit der Weiterentwicklung der Technologie wurden jedoch neue Maschinen ausschließlich für CNC-Zwecke entwickelt. Beispiele für nachgerüstete Maschinen sind Dreh- und Fräsmaschinen. In beiden Fällen werden die eingebauten Mechanismen der Maschine durch hochpräzise Komponenten und neue Halterungen für die Aktuatoren ersetzt.

Zu den neuen CNC-Maschinen gehören 3D-Drucker, CNC-Laserschneider, CNC-Plasmaschneider, Fräsmaschinen, Bestückungsmaschinen sowie Router.

3D-Drucker

Ähnlich wie ein Laserschneider oder CNC-Fräser benötigen 3D-Drucker einen Kunststoffextruder, der heißen Kunststoff durch ein kleines Loch drückt und das Material schichtet, bis der Prototyp gebaut ist.

CNC-Laserschneider

CNC-Laserschneider eignen sich ideal zum Schneiden von Metall, Kunststoff und Holz und verwenden Laser, die für das erforderliche Material spezifisch sind.

CNC-Plasmaschneider

Plasmaschneider verfügen über einen Plasmabrenner, der sich perfekt zum Schneiden zweidimensionaler Formen in Blech eignet.

CNC-Fräsmaschine

Früher nur in enormer Größe verfügbar, sind heute speziell für CNC-Zwecke gebaute Fräsmaschinen kleiner und können einen automatischen Zuführmechanismus, eingebaute Werkzeugwechsler und elektrische Sensoren umfassen, um eine sorgfältige Überwachung für sicheres Schneiden zu gewährleisten.

Bestückungsmaschine

Ausgestattet mit vielen kleinen Düsen bewegen Bestückungsmaschinen elektrische Komponenten schnell und platzieren sie in Leiterplatten, die für persönliche Geräte wie Telefone und Tablets benötigt werden.

Router

Router wurden für größere Aufgaben entwickelt und arbeiten mit Materialien wie Kunststoffen, Blechen und Holz mit einem 3-Achsen-Aufbau, der das Schneiden von Profilen und die 3D-Reliefbearbeitung erleichtert. Für komplexere Formen sind Maschinen mit 4, 5 oder 6 Achsen die richtige Wahl.

Rapid Prototyping verbessert Ingenieure und CNC-Maschinisten

Was bedeutet Rapid Prototyping allgemein für Sie als Ingenieur oder CNC-Maschinenbauer langfristig?

Für den Anfang sind Sie auf dem richtigen Weg.

Derzeit „wird die globale Prototypenfertigungsindustrie auf rund 12 Milliarden US-Dollar geschätzt, verzeichnet aber von 2010 bis 2015 ein schnelles Wachstum von über 22,6 Prozent jährlich“, so Robotics Business Review, wobei die Prototypenfertigung „bis 2020 voraussichtlich einen Wert von 20 Milliarden US-Dollar erreichen wird Prognosen für die nächsten 15 bis 20 Jahre gehen von einem Wachstum bis zur 40-Milliarden-Dollar-Marke aus, da kontinuierliche technologische Innovationen die Branche antreiben – und die Märkte, die sich darauf verlassen.“

Die Stellenprognose ist ausgezeichnet; „Die verschiedenen CNC-Dienstleistungen sind so stark nachgefragt, dass im Bereich der Präzisionsbearbeitung ausgebildete Personen zu den fünf am dringendsten benötigten Mitarbeitern in den Vereinigten Staaten gehören.“

Also immer weiter nach oben!

Branchen, die auf Rapid-Prototyping-Potenzial achten sollten

Einer der Vorteile des Lebens in einer Gesellschaft, die die Grenzen traditioneller Sterblichkeitsraten immer weiter verschiebt, ist die Nachfrage nach innovativen Gesundheitsartikeln. Derzeit werden mehr als 98 % der weltweit hergestellten Hörgeräte im 3D-Druckverfahren hergestellt, da die Herstellung jedes einzelnen Modells auf diese Weise erhebliche Zeit-, Kosten- und Genauigkeitseinsparungen mit sich bringt.

Und die gute Nachricht für die CNC-Fertigung geht weiter mit Rapid Prototyping, das die Herstellung genialer persönlicher medizinischer Geräte ermöglicht, die entwickelt wurden, um Krankheiten und Leiden zu lindern, die einst als unheilbar galten.

Andere Branchen, die von den Vorteilen des Rapid Prototyping profitieren, insbesondere durch die CNC-Fertigung, sind die Luftfahrt- und Robotikindustrie.

Tatsächlich behauptet Robotics Business Review Folgendes:

Die Entwicklung der fortschrittlichen Fertigung setzt sich mit spannenden Neuigkeiten fort, in denen bekannt gegeben wird, dass die US-Armee und Lockheed Martin Partner sind, um Rapid-Prototyping-Methoden zu entwickeln, „unter Verwendung von Bioproduktion und Selbstmontage, um die Bausteine ​​neuartiger Materialien zu schaffen, die Anwendungen für optische Verteidigungstechnologien und Schutzbeschichtungen haben“.

Die US-Armee gab zehn Millionen Dollar aus, um die Selbstorganisation von Nanostrukturen für abstimmbare Materialien zu finanzieren, die entwickelt wurde, um Möglichkeiten zur Integration der Bioproduktion innovativer Materialien für Verteidigungsanstrengungen zu prüfen.

Melissa Rhoads, leitende Forschungsmanagerin bei Lockheed Martin und Projektleiterin, erklärte:„Zellen erzeugen effizient alle möglichen Materialien, wie die Seide einer Spinne oder die schillernden Flügel eines Schmetterlings.“

Wir haben bereits gesehen, was additives und subtraktives Rapid Prototyping für die fortschrittliche Fertigung leisten kann. Diese jüngste Partnerschaft wird zweifellos neue Grenzen für die Produktentwicklung aufzeigen, die man sich noch nicht vorstellen kann.

Was ist also Rapid Prototyping? Aus unserer Sicht ist es der schnellste Weg nach vorne.

Wenn Sie daran interessiert sind, Ihrer industriellen Fertigung oder Ihrem Innovationslabor Rapid Prototyping hinzuzufügen, beginnen Sie noch heute ein Gespräch mit uns.