Rapid Prototyping: Innovationsbeschleunigung für Spielekonsolen

Ohne Rapid Prototyping, das CNC-Zerspanern und Ingenieuren erlaubt, ein Skalierungsmodell in ein physisches, greifbares Produkt zu verwandeln, wäre Microsoft vielleicht nicht so begeistert – oder schnell – beim Vorstellen seiner neuesten Spielekonsole. „Als leistungsstärkste Spielekonsole aller Zeiten angekündigt, soll sie natives 4K-Gaming ins Wohnzimmer bringen“, so All3DP.

Man könnte argumentieren: Ohne die erstaunliche Innovation des Rapid Prototyping wäre der Weg zum Erfolg länger gewesen.

Warum ist Rapid Prototyping so kritisch für Marken wie Microsoft – und unzählige kleinere Hersteller? Was bedeutet es für Zerspaner und Ingenieure?

Fragt man Tom Chi, ist der Himmel die Grenze: Rapid Prototyping bietet schnelle Lösungen für eine bessere Zukunft. Die Implikationen sind für Unternehmer genauso spielverändernd (Wortspiel beabsichtigt) wie für Großkonzerne wie Microsoft – was das ernsthafte Einsparen von Zeit und Geld betrifft.

Also: Was ist Rapid Prototyping? Warum dieser Drang, es zunehmend in Zerspanung und Engineering zu integrieren?

Dieser Prozess zu verstehen, ist entscheidend, um die Möglichkeiten zu erweitern, Designs schneller denn je in Produkte zu verwandeln. Lesen Sie weiter und stellen Sie sich vor, wie Rapid Prototyping Ihr Business transformieren und möglicherweise Ihre Bilanz verbessern könnte.

Was ist Rapid Prototyping?

Bei der Gefahr der Übervereinfachung: Rapid Prototyping ist „die schnelle Erstellung eines vollmaßstäblichen Modells. Das Wort Prototyp kommt aus dem Lateinischen: proto (ursprünglich) und typus (Modell).“

Mit Erstellung ist nicht die abstrakte gemeint. Ein Rapid Prototype ist eine greifbare, in der Hand haltbare, physische Kreation.

Es gibt verschiedene Arten des Rapid Prototyping, aktueller Trend: Additive Fertigung und 3D-Druck. Subtraktives Rapid Prototyping bleibt jedoch ein Haupttreiber und ist oft besser für bestimmte Projekte und Produktdesigns geeignet.

Ob additiv, subtraktiv oder Kombination – Fakt ist: Rapid Prototyping lässt Designer ihre Modelle zum Leben erwecken. „Oft mittels anspruchsvoller CAD- oder anderer Assembliesoftware, physisch umgesetzt mit 3D-Druckern“, definiert Techopedia.

Das Team des UK-basierten 3D Creation Lab erklärt: „Fortschritte im 3D Rapid Prototyping ermöglichen schnellere und kostengünstigere Prototypen und Modellentwicklung durch Eliminierung von Manpower und teurem Werkzeugbau, sodass Unternehmen und Erfinder ihre Produkte und Designs schneller als die Konkurrenz auf den Markt bringen.“

Angesichts all der Produktmöglichkeiten muss man einen Nachteil vermuten.

Wie kann etwas so Innovatives ohne Fallstricke auskommen?

Stimmt – es gibt sie nicht.

Bei all den Pros präsentiert Rapid Prototyping ein paar Cons, nicht zuletzt das Potenzial, Manpower zu eliminieren und damit Arbeitsplätze für CNC-Zerspaner zu reduzieren.

In „The Future of Rapid Prototyping“ prognostiziert Soren Petersen, Design Research Ph.D. und Autor von Profit from Design:

Die Vorteile sind zahlreich und heben die Latte branchenübergreifend an. Aber der Ausgewogenheit halber betrachten wir beide Seiten.

Pros und Cons

Wir haben die Pros abgedeckt, aber zur Zusammenfassung: Geschwindigkeit und Kosten. APT Mold argumentiert, es gebe auch eine inhärente Kundenbetreuungs- und Kundenzufriedenheits-Realität beim Rapid Prototyping:

Den Vorsprung am Markt erlangen … welches Business will das nicht?

Dieser Vorsprung hat seinen Preis – die Cons des Rapid Prototyping. Insgesamt drei Hauptnachteile:

Tunnelblick

Leicht gerät man in Tunnelblick und verliert das Gesamtprojekt aus den Augen, wenn man sich auf einen einzelnen Prototyp fokussiert. Die Falle: Produktentwickler könnten eine langfristig bessere Lösung verpassen, weil sie zu intensiv auf den aktuellen Prototyp fixiert sind (buchstäblich).

Identitätsverwechslung

Prototypen in falschen Kundenhänden könnten als Fertigprodukt missverstanden und vorschnell oder unfair beurteilt werden. Die Kehrseite: Ein Prototyp wird dem Endprodukt vorgezogen. Kein Fall hilft den Ingenieuren und Zerspanern hinter diesen Prototypen.

Vielfalt ist die Würze des Lebens

Rapid Prototyping schränkt jedoch die Optionen ein und eignet sich vielleicht besser für unkompliziertere Projekte.

Dennoch zeigen die folgenden fünf Marken: Trotz potenzieller Fallstricke bleibt Rapid Prototyping ein effektiver Weg zu einem sehr lukrativen Ziel.

Fünf Marken, die Rapid Prototyping meisterhaft einsetzen

Diese fünf Unternehmen sind sicher nicht die einzigen, die Rapid Prototyping für sich nutzen, aber jedes illustriert, was der Prozess für Produkte und Bilanz leisten kann.

Brightwake

Sicher kein bekannter Name, doch Brightwake ist ein Forschungs- und Designunternehmen, das Leben rettet, indem es Blut rettet – genauer: Blut recycelt, das sonst verloren ginge.

Hemosep ist die Flaggschiff-Maschine, die während Operationen verlorenes Blut recycelt. Um Hemosep zu entwickeln, nutzte Brightwake 3D-Druck als Rapid Prototyping-Prozess. Angeblich verkürzte dies den Entwicklungsprozess um 96%. Die finanziellen Einsparungen waren vermutlich ähnlich erheblich.

Fender

Musikliebhaber erkennen Fender sofort als Instrumentenhersteller, den Amateure und Rocklegenden wie Jimi Hendrix gleichermaßen bevorzugen.

Um den ohnehin schnellen Rapid Prototyping-Prozess weiter zu beschleunigen, kaufte Fender Stratasys-Industriedrucker und erstellt nun eigene Prototypen – bis hin zu Knöpfen an Verstärkern. Die Vorlaufzeit sank von ca. zwei Wochen auf über Nacht. Kürzere Vorlaufzeit = längere Gewinnmargen.

Ford

Selbst große Automobilhersteller wie Ford müssen beim Budget aufpassen. Rapid Prototyping hat „Ford tough“ noch tougher gemacht, indem es dem Unternehmen Millionen Dollar bei Kunststoff- und Metallprototypen einsparte.

3D-Druck erwies sich als echter Zeitretter: Prototypen in Stunden, sodass Ford-Ingenieure entscheiden können, ob sich echte Produktion lohnt.

Weitere Unternehmen, die Rapid Prototyping im Produktdesign nutzen: BMW, Lamborghini, Valero, Volkswagen.

Lockheed Martin

High-Speed CNC-Prototyping ist kritisch für Produktentwicklung bei Lockheed Martin, dem globalen Riesen für fortschrittliche Technologien in Luftfahrt, Verteidigung und Sicherheit: „Wir verschieben die Grenzen der additiven Technologie und bringen Designingenieure auf den Shopfloor, um Teile Schicht für Schicht zu produzieren, die zuvor nicht gebaut werden konnten.“

Epson

Rapid CNC-Bearbeitung ermöglichte Japans Seiko Epson Corporation, die Nachfrage nach leichteren, komfortableren AR-Moverio-Smartglasses zu erfüllen.

„Beim Vorgängermodell gab es viele Nutzeranfragen zu Gewicht und Größe, daher setzten wir unsere Entwicklungsziele auf Komfortverbesserung und kompaktere, leichtere Smart Glasses“ – wo High-Speed CNC-Prototyping ins Spiel kam, so Kazuya Kamakura, Senior Staff, HMD Business Management Department, Visual Products Operations Division bei Epson.

Diese Marken exemplifizieren die Möglichkeiten fortschrittlicher Fertigung, aber beim Rapid Prototyping: Was ist besser – subtraktiv vs. additiv?

Ein Hoch auf subtraktives Rapid Prototyping

Bei DATRON feiern wir subtraktives Rapid Prototyping für seine Abhängigkeit von effektiven Bearbeitungsprozessen. Im Gegensatz zu anderen Rapid Prototyping-Optionen liefert subtraktives Rapid Prototyping Endmaterial-Prototypen mit höherer struktureller Integrität.

Der subtraktive Rapid Prototyping-Fräsprozess entfernt kleinere Materialstücke von einem größeren, wodurch ein massives, intaktes Teil entsteht. Additives Rapid Prototyping schichtet Materialien auf, das Ergebnis ist weniger strukturell fest.

Warum ist das wichtig?

Zudem bietet Fräsen ein breiteres Spektrum an Oberflächenveredelungen im Vergleich zur „Stufenoberfläche“ des additiven Rapid Prototyping. Hochgeschwindigkeits-CNC-Fräsmaschinen liefern Prototypen mit Wiederholgenauigkeit, ideal für Endmaterialien.

„Ein Hauptvorteil subtraktiver Fertigung ist die Fähigkeit, ein extrem dünnes Kunststoffstück in ein Filmscharnier zu fräsen. Ein solcher Prozess ist in einem 3D-Drucker schlicht noch nicht möglich“, so Creative Mechanisms. „Fortgeschrittene CNC-Maschinen nutzen mehrere Werkzeuge und schneiden um mindestens drei Achsen (x, y, z), sodass Designer den Block nicht wenden müssen.“

Letztlich: „Eine geeignete Wahl für Teile in kleiner und großer Serienfertigung, für spezifische Oberflächen oder spezifische mechanische Eigenschaften.“

Natürlich brauchen wir die richtige Ausrüstung für subtraktive Rapid Prototyping-Projekte.

Was Sie von High-Speed CNC-Bearbeitung erwarten können

High-Speed CNC-Maschinen sind die ideale Alternative für Ingenieure, wenn 3D-Drucker an Grenzen stoßen – meist wegen des Materials für einen bestimmten Prototyp. Aktuell können Ingenieure keine Metalle wie Aluminium 3D-drucken.

Weitere Vorteile: Fertigung kleinerer Teile – wie Bearbeitung elektronischer Gehäuse mit Werkzeugen bis 0,50″ max. Durchmesser bei gestiegener Nachfrage. Diese Maschinen haben 60.000 U/min Spindeln für höhere Vorschübe und schnelles Schneiden ohne Kompromisse bei kritischen Komponenten. Gepaart mit optimiertem Werkzeug verbessern sie Späneabfuhr für weniger Hitze und sauberere Schnitte.

Operativ ist vielleicht der beste Teil der High-Speed CNC-Maschinen der benutzerfreundliche Touchscreen, den jeder bedienen kann, der ein Smartphone bedienen kann.

Aktuelle CNC-Maschinenoptionen im Überblick

Historisch mussten CNC-Maschinen an bestehende Werkzeuge angepasst werden; mit der Technologieentwicklung entstanden Maschinen exklusiv für CNC-Zwecke. Beispiele für Nachrüstmaschinen: Drehbänke und Fräsmaschinen. In beiden Fällen werden eingebaute Mechanismen durch hochpräzise Komponenten und neue Antriebsaufnahmen ersetzt.

Neue CNC-Maschinen umfassen: 3D-Drucker, CNC-Laserschneider, CNC-Plasmaschneider, Fräsmaschinen, Pick-and-Place-Maschinen, Router.

3D-Drucker

Ähnlich im Design wie Laserschneider oder CNC-Router, benötigen 3D-Drucker einen Kunststoffextruder, der heißes Plastik durch eine kleine Düse drückt und das Material schichtweise aufbaut, bis der Prototyp fertig ist.

CNC-Laserschneider

Ideal für Metall, Kunststoff und Holz, nutzen CNC-Laserschneider materialabhängige Laser.

CNC-Plasmaschneider

Plasmaschneider haben eine Plasmaschneidbrenner, perfekt für 2D-Formen in Blech.

CNC-Fräsmaschine

Früher nur in riesiger Baugröße, sind heute für CNC-Zwecke gebaute Fräsmaschinen kleiner im Footprint und können Auto-Vorschub, integrierte Werkzeugwechsler und elektrische Sensoren für sicheres Schneiden enthalten.

Pick-and-Place-Maschine

Mit vielen kleinen Düsen bestückt, bewegen Pick-and-Place-Maschinen elektronische Bauteile rasant und platzieren sie in Leiterplatten für Personalgeräte wie Handys und Tablets.

Router

Für große Jobs gebaut, bearbeiten Router Materialien wie Kunststoffe, Blech und Holz mit 3-Achsen-Setup – Profilschnitte und 3D-Relieffräsen werden einfach. Für komplexere Formen: 4, 5 oder 6 Achsen.

Rapid Prototyping hebt Ingenieure und CNC-Zerspaner

Als Ingenieur oder CNC-Zerspaner: Was bedeutet Rapid Prototyping langfristig für Sie?

Zunächst: Sie sind auf dem richtigen Weg.

Aktuell: „Die globale Prototypenfertigungsindustrie wird auf ca. 12 Mrd. $ geschätzt, wächst aber rasant um über 22,6% jährlich von 2010 bis 2015“, laut Robotics Business Review. „Erwartet wird eine Bewertung von 20 Mrd. $ bis 2020. Prognosen für die nächsten 15-20 Jahre sagen Wachstum bis 40 Mrd. $ voraus, getrieben durch technologische Innovation – und die Märkte, die darauf angewiesen sind.“

Jobaussichten exzellent: „Verschiedene CNC-Dienstleistungen sind so stark nachgefragt, dass im Bereich Präzisionsbearbeitung Ausgebildete zu den Top 5 der meistgesuchten Mitarbeiter in den USA zählen.“

Mit anderen Worten: Weiter so, nach oben!

Branchen mit Rapid Prototyping Potenzial

Ein Vorteil einer Gesellschaft, die traditionelle Sterberaten immer weiter verschiebt: Bedarf an innovativen Healthcare-Produkten. Aktuell werden über 98% der weltweit produzierten Hörgeräte 3D-gedruckt – wegen massiver Zeit-, Kosten- und Genauigkeitsvorteile bei der Einzelanfertigung jedes Modells.

Gute Nachrichten für CNC-Fertigung: Rapid Prototyping ermöglicht geniale persönliche Medizinprodukte für früher unheilbare Leiden.

Weitere Vertikale, die von Rapid Prototyping profitieren – speziell durch CNC-Fertigung: Luftfahrt und Robotik.

Robotics Business Review behauptet:

Die Evolution fortschrittlicher Fertigung geht weiter mit der Nachricht: US Army und Lockheed Martin partnerschaftlich für Rapid Prototyping-Methoden, „mit Bioproduktion und Selbstassembly zur Schaffung von Bausteinen neuartiger Materialien für Verteidigungstechnik und Schutzbeschichtungen.“

Die US Army investierte 10 Mio. $ in die Selbstassembly von Nanostrukturen für abstimmbare Materialien, um Fähigkeiten zur Integration bioproduzierter innovativer Materialien für Verteidigungszwecke zu prüfen.

Melissa Rhoads, Lockheed Martin Senior Research Manager und Projektleiterin: „Zellen erzeugen effizient allerlei Materialien, wie Spinnenseide oder die irisierenden Flügel eines Schmetterlings.“

Wir haben bereits gesehen, was additives und subtraktives Rapid Prototyping für fortschrittliche Fertigung leisten kann. Diese neueste Partnerschaft wird zweifellos neue Grenzen für Produktentwicklung finden, die wir uns noch nicht vorstellen können.

Was ist Rapid Prototyping? Aus unserer Sicht: Der schnellste Weg nach vorn.

Wenn Sie Rapid Prototyping in Ihre industrielle Fertigung oder Ihr Innovationslabor holen wollen, starten Sie heute ein Gespräch mit uns.