So erstellen Sie einen Prototyp

Bei der Entwicklung eines Produkts kann Ihnen die Herstellung eines physischen Prototyps bei Forschung, Tests, Finanzierung und vielem mehr helfen. Und dank Rapid-Prototyping-Dienstleistern wie 3ERP ist es einfach, in kurzer Zeit einen erschwinglichen Prototyp zu erstellen.

Einige Unternehmen verzögern das Prototyping jedoch einfach, weil sie nicht wissen, wo sie anfangen sollen. Sie wissen nicht, welche Technologien oder Materialien sie verwenden sollen, oder sie wissen nicht, mit welcher Art von Prototyping-Partner sie zusammenarbeiten sollen.

Glücklicherweise ist die Erstellung eines Prototyps mit einem Partner wie 3ERP unkompliziert und schmerzlos. Dieser Leitfaden befasst sich mit den Grundlagen der Herstellung eines Prototyps und analysiert zwei große Kategorien von Prototypen:Konzeptmodelle und funktionale Prototypen. Es gibt auch einen Überblick darüber, wie der Rapid-Prototyping-Prozess in einer Prototypen-Fertigungsanlage funktioniert.

Was ist Rapid Prototyping?

Ein Prototyp ist ein Modell, Entwurf, Modell oder eine frühe Version eines physischen Produkts, das vor der Produktion gebaut wird, und Rapid Prototyping ist der Prozess der Entwicklung eines Prototyps in kürzester Zeit.

Es gibt verschiedene Gründe, warum Unternehmen einen Prototyp entwickeln müssen, und verschiedene Technologien können verwendet werden, um ihn zu bauen:Bei 3ERP konzentrieren wir uns auf CNC-Bearbeitung, 3D-Druck, Formen, Gießen und Blechfertigung, und einige Prototypen erfordern eine Kombination aus Prozesse, wenn sie mehrere Komponenten enthalten.

Rapid Prototyping hilft Unternehmen, ihr Produkt schneller auf den Markt zu bringen . Durch die schnelle Erstellung des Prototyps kann das Unternehmen Prozesse wie Marktforschung und mechanische Tests beschleunigen, bei denen im Allgemeinen Prototypen erforderlich sind, und eher früher als später in die Endphase der Produktentwicklung gelangen.

Konzeptmodelle

Fokus :Visuelle Attraktivität, Vermittlung grundlegender Ideen, geringstmögliche Kosten

Typische Prozesse :3D-Druck, CNC-Bearbeitung, Vakuumguss, Blech, Sonstiges

Viele Prototypen werden gebaut, um eine visuelle oder ästhetische Funktion bereitzustellen. Prototypen dieser Art müssen nicht funktionieren , aber sie müssen einen genauen visuellen Eindruck des Endprodukts vermitteln.

Ein zu visuellen Zwecken gebauter Prototyp kann als Konzeptmodell, Display-Prototyp oder Aussehens-Prototyp bezeichnet werden. Es kann verwendet werden, um potenziellen Investoren ein zukünftiges Produkt vorzuführen , oder um Marktforschung durchzuführen auf potenzielle Kunden. Es kann auch verwendet werden, um Ideen an andere interne Abteilungen zu übermitteln bei einem Unternehmen.

Da Konzeptmodelle nicht funktionsfähig sein müssen, ist es möglich, bestimmte Herstellungsprozesse zu verwenden, die möglicherweise nicht für die endgültige Teileproduktion verwendet werden. Der Fokus liegt einfach darauf, einen gut aussehenden Prototypen zu einem möglichst niedrigen Preis herzustellen.

Aus diesem Grund wird der 3D-Druck manchmal für Konzeptmodelle verwendet:Gedruckte Teile sind möglicherweise nicht stark genug für den Endgebrauch, aber sie können schnell mit einem hohen visuellen Standard hergestellt werden. Vakuumguss wird auch meist für niedrigfeste, optisch ansprechende Prototypen verwendet. Allerdings können CNC-Bearbeitung und Blechbearbeitung für bestimmte Projekte oft billiger und/oder besser geeignet sein, und es gibt ein hohes Maß an Flexibilität.

Unternehmen können auch billigere Materialien verwenden für ihr Konzeptmodell, da das Material keine Kräfte aushalten oder eine mechanische Funktion erfüllen muss. Um jedoch eine beeindruckende Optik zu erhalten, um beispielsweise einen kostengünstigen Kunststoff metallisch erscheinen zu lassen, ist eine professionelle Oberflächenveredelung erforderlich angewendet werden.

Ein Beispiel für ein Konzeptmodell

Funktionale Prototypen

Fokus :Validierung, mechanische Tests, Vorproduktion

Typische Prozesse :CNC-Bearbeitung, Spritzguss, Blech, Sonstiges

Prototypen können im Gegensatz zu rein visuellen auch funktional sein. Funktionale Prototypen werden normalerweise zur Validierung gebaut physikalische Aspekte eines Produkts – beispielsweise Materialauswahl – oder um mechanische Tests durchzuführen . Sie können auch zu Demonstrationszwecken verwendet werden die Funktion des Produkts gegenüber internen Mitarbeitern, Kunden, Investoren usw.

Wenn er zum Testen verwendet wird, kann ein funktionaler Prototyp wenig Rücksicht auf die Ästhetik nehmen. Funktionsprototypen können beispielsweise ungefärbt oder unfertig sein oder es können ihnen bestimmte Merkmale und Details fehlen. Allerdings können Prototypen in der Spätphase oder Vorproduktion sowohl funktionale als auch ästhetische Merkmale enthalten, um dem Endprodukt so nahe wie möglich zu kommen.

Funktionsprototypen, die mechanischen Tests unterzogen werden, müssen im Allgemeinen unter Verwendung von Materialien und Prozessen hergestellt werden, die denen der Produktion ähnlich sind, da die Tests sonst nicht sinnvoll sind.

Wenn der Prototyp auch einer Metallzusammensetzungsprüfung unterzogen werden muss, ist die Auswahl eines Materials in Produktionsqualität von entscheidender Bedeutung. Produktionsprozesse wie CNC-Bearbeitung und Spritzgießen werden oft für funktionale Prototypen verwendet, da 3D-gedruckte Teile oft nicht die erforderliche Festigkeit aufweisen und in Bezug auf die mechanische Leistung nicht das Produktionsteil widerspiegeln.

Bei nicht demonstrativen Funktionsprototypen müssen Oberflächenveredelungen nur aufgebracht werden, wenn sie zur Funktion des Produkts beitragen, und auf Lackierungen, Branding etc. kann verzichtet werden.

Ein Beispiel für einen funktionsfähigen Prototyp

Der Rapid-Prototyping-Prozess

Bei 3ERP beginnt der Rapid-Prototyping-Prozess, sobald wir eine Bestellung abgeschlossen und alle erforderlichen Informationen und digitalen Dateien erhalten haben.

Was als nächstes passiert, hängt letztendlich vom gewählten Herstellungsverfahren ab, das von der Art des Prototyps (Konzeptmodell vs. funktional), dem erforderlichen Material und der erforderlichen Stückzahl abhängt. Jeder Fall ist anders, und wir können mit dem Kunden zusammenarbeiten, um den besten Ansatz für jeden Rapid-Prototyping-Auftrag zu ermitteln.

Unabhängig vom Verfahren werden die Prototypen Qualitätskontrollen unterzogen und erhalten dann alle erforderlichen Nachbearbeitungsschritte, wie das Entfernen des Trägermaterials und das Aufbringen beliebiger Oberflächenveredelungsbehandlungen, wie Eloxieren oder Lackieren.

Prototypen werden dann so schnell wie möglich an den Kunden versandt, damit dieser mit seiner Produktentwicklung fortfahren kann.

Nachfolgend finden Sie eine Übersicht über die verschiedenen Prozesse, die wir für das Rapid Prototyping verwenden.

CNC-Bearbeitung

Bei CNC-bearbeiteten Prototypen können wir schnell loslegen, indem wir die richtigen Materialien beschaffen und die digitale Datei zum Fräsen, Drehen, Erodieren usw. an die CNC-Maschine senden.

Die CNC-Bearbeitung eignet sich gut für das Rapid Prototyping, da es sich um einen einstufigen Prozess handelt:Es sind keine Werkzeuge erforderlich; Das Rohmaterial geht hinein und der Prototyp kommt heraus. Dies macht den Prozess sehr schnell, zusätzlich zur Herstellung von Prototypen in hoher Qualität mit einem hohen Detaillierungsgrad.

Auch die Bearbeitung ist werkstofflich vielseitig. Das Verfahren eignet sich für Hochleistungsmetalle und Kunststoffe, und bearbeitete Teile können verschiedenen Oberflächenbehandlungen unterzogen werden.

3D-Druck

3D-Druck, ein schichtweises additives Verfahren, wird oft für Konzeptmodelle, aber selten für funktionale Prototypen verwendet.

Es sind jedoch verschiedene Formen des 3D-Drucks zu berücksichtigen:FDM, SLS und SLA für Kunststoffteile, SLM und DMLS für Metallteile. Metall-AM-Prozesse können hochfeste Teile mit guter mechanischer Leistung herstellen und können daher für funktionale Prototypen verwendet werden.

Zu den Vorteilen des 3D-Drucks gehören komplexe Geometrien, niedrige Kosten und schnelle Durchlaufzeiten. Es eignet sich am besten für einmalige Prototypen und nicht für Serien.

Vakuumgießen

Vakuumguss, auch Urethanguss genannt, ist eine kostengünstige Alternative zum Spritzguss, die in geringen Mengen viel günstiger ist als Spritzguss. Es eignet sich daher trotz der geringen mechanischen Leistung der Teile für Rapid Prototyping.

Das Verfahren wird hauptsächlich für Konzeptmodelle verwendet, da es eine hochwertige Oberflächengüte erzeugt, die dem Spritzguss vergleichbar oder überlegen ist.

Spritzgießen

Wenn Prototypen durch Spritzgießen hergestellt werden, müssen wir zuerst eine Form herstellen, und dies erfordert unsererseits ein komplexes CAD-Design, bei dem wir eine umgekehrte Version des Prototyps mit den erforderlichen Trennfugen, Angüssen usw. erstellen>

Sobald wir diese Metallform durch Rapid Tooling mit einem CNC-Bearbeitungszentrum gebaut haben, können wir mit der Herstellung der kunststoffgeformten Prototypen beginnen.

Aufgrund dieses zusätzlichen Herstellungsschritts ist Spritzgießen nur dann wirklich rentabel, wenn eine große Anzahl von Prototypen benötigt wird (siehe Economy of Scale-Betrachtungen). unter). Es hat jedoch viele Vorteile:hervorragende Oberflächenbeschaffenheit, gute Festigkeit und Ähnlichkeit mit Endteilen.

Blechverarbeitung

Blechprototypen können in einer Vielzahl von Metallen mit kurzen Durchlaufzeiten hergestellt werden. Diese Prototypen ähneln häufig Teilen für den Endverbrauch und können zu Testzwecken verwendet werden.

Die Blechherstellung eignet sich für bestimmte Produkte wie Halterungen, Gehäuse und Platten und wird normalerweise nicht austauschbar mit anderen Metallherstellungsprozessen verwendet.

Überlegungen zur Größenvorteile

Die Wahl einer Fertigung hängt oft von der Anzahl der benötigten Einheiten ab. Manchmal muss man Kompromisse eingehen und ein anderes Verfahren wählen, wenn die Stückzahl wirtschaftlich nicht sinnvoll ist.

Obwohl es viele Ausnahmen gibt, gibt diese Tabelle einen ungefähren Überblick über die Anzahl der Einheiten, die für bestimmte Prozesse geeignet sind. (Die Blechfertigung ist ausgeschlossen, da Blechteile und Prototypen in der Regel speziell für Blechbearbeitungen konstruiert werden.)

	Prototypen aus Metall	Kunststoff-Prototypen
CNC-Bearbeitung	1–100	1–100
3D-Druck	1–10	1–10
Spritzguss	100+	100+
Vakuumguss	nicht zutreffend	1–100
Metallguss	100+	nicht zutreffend

Wie erstelle ich einen Prototyp, Schritt für Schritt

Konzipieren

Die erste Phase der Herstellung eines Prototyps, bevor er entworfen wird, besteht darin, zu entscheiden, was erforderlich ist. Diese Phase kann Marktforschung und das Brainstorming potenzieller Anforderungen beinhalten.

Entwurf

Sofern nicht nur ein grobes handgefertigtes Mockup benötigt wird, ist eine CAD-Software erforderlich, um einen Prototyp zu entwerfen. CAD ermöglicht eine exakte Wiederholung und einfache Änderung, und Dateien können für die sofortige Produktion in ein maschinenlesbares Format konvertiert werden. Personen ohne Designerfahrung benötigen möglicherweise professionelle Produktdesigndienste.

Wählen Sie Material, Technologie, Verarbeitung

Material, Technologie und Oberflächenveredelung sollten von Anfang an berücksichtigt werden, da diese Faktoren das CAD-Design beeinflussen. Die endgültige Auswahl kann jedoch nach der Entwurfsphase getroffen werden.

Bauen

Eine funktionsfähige CAD-Datei und eine Liste der Materialien, Technologien und Oberflächenbeschaffenheiten sollten an den Prototyping-Spezialisten gesendet werden, der dann mit der Herstellung des Prototyps beginnen kann.

Erneut Prototyp

Sobald der Prototyp seinen Zweck erfüllt hat, kann es notwendig sein, einen weiteren zu entwickeln, je nach dem aktuellen Stand der Produktentwicklungs-Timeline. So kann beispielsweise auf ein validiertes Konzeptmodell ein mechanischer Prototyp folgen.

3ERP ist ein Spezialist für Rapid Prototyping und hat mit einer Vielzahl von Kunden aus vielen Branchen zusammengearbeitet. Kontaktieren Sie uns für ein kostenloses Angebot.