Erklärte Rapid-Prototyp-Modelle:Wie sie funktionieren und warum sie wichtig sind

Ein Rapid-Prototyp-Modell ist in der Regel ein Kunststoff- oder Metallteil, das anhand einer Computerzeichnung erstellt wird und es einem Kunden ermöglicht, ein in der Entwicklung befindliches Produkt zu überprüfen. Ab dem späten 20. Jahrhundert wurde Computersoftware entwickelt, die es Designern ermöglichte, dreidimensionale (3D) Zeichnungen zu erstellen. Die parallele Entwicklung von Geräten, mit denen aus diesen Zeichnungen physische Strukturen erstellt werden konnten, führte zum Geschäft mit der schnellen Modellierung.

Der Entwurf eines Teils mit 3D-Software beginnt mit einer konzeptionellen Zeichnung des gewünschten Teils. Ein Designer kann diese Zeichnung verwenden und ein softwarebasiertes 3D-Modell erstellen, das die Betrachtung eines Teils aus verschiedenen Winkeln oder Ausrichtungen ermöglicht. Diese Software kann das Teil auch virtuell zerlegen, um einem Kunden zu zeigen, wie die Montage in einer Industrieanlage erfolgen kann. Softwaredesign umfasst häufig die Möglichkeit, das Teil unter verschiedenen Belastungs- oder Stoßbedingungen zu „testen“, um Teileausfälle oder Konstruktionsfehler abzuschätzen.

Mit der Einführung von 3D-Druckern wurde die schnelle Entwicklung von Prototypenmodellen Realität. Im späten 20. Jahrhundert entwickelten sich verschiedene Technologien, die jedoch alle mit CAD-Programmen (Computer Aided Design) zur Erstellung von Softwaremodellen verknüpft waren. Alle 3D-Drucker verwenden eine Technik, bei der aufeinanderfolgende Schichten aus Kunststoff oder Metall nacheinander aufgebaut werden, um ein physisches Muster des Teils zu erstellen.

Bei einem Druckertyp wurde ein feines Pulver in einem Druckergehäuse verwendet. Eine Computersoftware verwandelte die Zeichnung in Tausende extrem feiner Schichten, als würde das Bild extrem dünn geschnitten. Der Drucker sprühte ein chemisches Bindemittel in Form der untersten Schicht über das Pulver. Dann wurde Pulver auf diese Schicht gemischt und die flache Schale um eine kleine Menge abgesenkt. Die nächste Schicht Bindemittel und Pulver wurde hinzugefügt und so weiter, bis ein 3D-Teil entstand. Abhängig von der Komplexität des Teils kann es sein, dass der Drucker tagelang laufen muss, um ein Muster fertigzustellen.

Bei einer anderen Art von Rapid-Prototyp-Modelldruckern wurde ein schmelzbarer Kunststoff verwendet. Eine Düse platzierte winzige Punkte des geschmolzenen Materials in aufeinanderfolgenden Schichten auf dem Druckerfach, um ein Teil aufzubauen. Diese Teile waren oft direkt von der Maschine aus verwendbar, da die Kunststoffschichten einen festen Kunststoffprototyp bildeten. Dies war eine Verbesserung gegenüber einigen Pulverdruckern, die zwar handhabbare Teile erzeugten, aber möglicherweise nicht stark genug für Tests oder den tatsächlichen Einsatz waren.

Ein Prozess namens Metallsintern könnte auch ein schnelles Prototypmodell erstellen. Ein Metall wie Aluminium oder Kupfer mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt könnte in einem 3D-Drucker ähnlich wie ein geschmolzener Kunststoff verwendet werden. Das fertige Metallteil erforderte oft keine weitere Bearbeitung und konnte direkt aus der Maschine für Tests oder Weiterentwicklungen verwendet werden.

Viele Produkte des 21. Jahrhunderts wurden vollständig in CAD-Software entworfen, wodurch das virtuelle Bild schnell zu einem Prototypenmodell wurde, ohne dass ein physisches Muster angefertigt werden musste. Dies wurde bei großen Industriemaschinen, Flugzeugen und großen Fahrzeugen wie Schiffen üblich. Viele Teile waren zu groß, um separate Prototypen zu erstellen, oder hätten die endgültige Produktentwicklung verzögert.

Ingenieure entwickelten Softwaretests, die reale Testbedingungen simulieren konnten, wodurch Prototypentests überflüssig wurden. Das erste Verkehrsflugzeug wurde Ende des 20. Jahrhunderts auf diese Weise konstruiert. Ein Verkehrsflugzeug wurde vollständig am Computer gebaut, wobei vom Entwurf direkt zu einem flugfähigen Flugzeug übergegangen wurde, ohne Zwischenprototypen.

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