Ein Leitfaden für Designer zum Prototyping

Überlegene Designs entstehen nicht über Nacht – sie sind das Produkt von Iterations-, Test- und Anpassungsrunden. Tatsächlich wurde jedes erfolgreiche Teil, dem wir in unserem täglichen Leben begegnen, einem gründlichen Produktentwicklungsprozess unterzogen, um das Design und die Herstellbarkeit des Teils zu optimieren.

Ohne Prototyping und Validierung von Komponenten gibt es keine Garantie dafür, dass Teile zusammenpassen oder wie geplant funktionieren. Fehler erfordern Neukonstruktionen, die aufgrund von verschrotteten Produkten, Produktionsverzögerungen und neuen Werkzeugen extrem kostspielig sein können.

Ein rigoroser Produktentwicklungsprozess umfasst mehrere Prototyping-Runden. Jeder Prototyp hat einen Zweck – einige sind einfache Proof-of-Concept-Modelle, während andere Funktionalität oder gewünschte Materialeigenschaften demonstrieren. Prototypen können mit einer Vielzahl von Herstellungsmethoden erstellt werden, daher ist es für Hersteller wichtig, die Vor- und Nachteile verschiedener Prozesse zu kennen, um die Effizienz der Produktentwicklungsphase zu maximieren. In diesem Artikel werden einige wichtige Überlegungen zum Rapid Prototyping angesprochen.

Die Stadien des Rapid Prototyping

Das Prototyping kann in eine Reihe von Phasen unterteilt werden, von denen jede darauf abzielt, einen Aspekt des Designs eines Teils zu testen oder zu demonstrieren. Die Wahl des Herstellungsprozesses des Prototyps hängt davon ab, welche Faktoren bewertet werden. Typischerweise wird das Prototyping umso komplexer und teurer, je näher der Prozess der Produktion kommt.

1. Proof-of-Concept-Modelle

Erste Prototypen sind einfache Modelle, die eine allgemeine Vorstellung von der Anwendung des Teils vermitteln. Die Dinge, die in dieser Phase priorisiert werden müssen, sind Geschwindigkeit und Aussehen – das Ziel ist es, den Prototypen schnell vor die Leute zu bringen, damit das allgemeine Design genehmigt oder abgelehnt werden kann, bevor die nächste Prototyping-Runde beginnt.

Je nach Anwendung können rudimentäre Prototypen aus Ton, Pappe oder Modellierschaum hergestellt werden, aber wenn ein anspruchsvolles Modell benötigt wird, können Hersteller leicht gegossene Urethan- oder 3D-gedruckte Prototypen aus einem schnellen CAD-Modell erstellen. Die Genauigkeit von Prototypen wird sich mit fortschreitendem Produktdesign verbessern.

2. Assembly-Testmodelle

Nachdem die Produktarchitektur festgelegt wurde, ist es wichtig, Prototypen der verschiedenen Teile einer Baugruppe zu erstellen, um sicherzustellen, dass sie wie beabsichtigt passen. Dies hilft, potenzielle physische Probleme mit dem Teil zu identifizieren, von Konstruktionsfehlern bis hin zu Problemen mit Abmessungen, Toleranzen oder Passungen. Diese Phase sollte der Teilegenauigkeit und -präzision Priorität einräumen.

Fused Deposition Modeling (FDM) ermöglicht schnelle Größen- und Formtests, und Prozesse wie die CNC-Bearbeitung ergeben durchweg günstige Teiletoleranzen (obwohl komplexe Teilegeometrien die Effizienz der Bearbeitung von Prototypen beeinträchtigen können). Es ist wichtig zu bedenken, dass jede Prüfung der Toleranzen eines Prototyps die Verwendung eines identischen oder vergleichbaren Herstellungsverfahrens wie in der Produktion erfordert.

3. Funktionsmodelle

In der nächsten Testphase wird bewertet, wie sich Prototypen verhalten, wenn sie den Belastungen und Bedingungen der beabsichtigten Anwendung des Teils ausgesetzt sind. Dabei kann die Beständigkeit des Teils gegen Chemikalien, Temperaturschwankungen oder Strom sowie die mechanischen, optischen und thermischen Eigenschaften des Teils getestet werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Manchmal ist eine weitere Prototyping-Runde erforderlich, um festzustellen, wie sich die Materialeigenschaften des Teils im Laufe der Zeit ändern. Was als „Lebensdauertest“ bekannt ist, setzt Prototypen extremen Bedingungen (einschließlich Feuchtigkeit, extremen Temperaturen oder UV-Einwirkung) aus, um die Ermüdungsfestigkeit zu messen und sicherzustellen, dass Produkte über ihre voraussichtliche Lebensdauer hinweg funktionsfähig bleiben.

In beiden Testsituationen sollten Hersteller die Materialauswahl priorisieren und für die genauesten Ergebnisse das exakte oder ein vergleichbares Material für das endgültige Teil verwenden.

4. Regulatorische Testmodelle

In dieser Phase sollte das Produktdesign abgeschlossen sein, und einer der letzten Schritte des Prototypings ist die Erstellung von Modellen für behördliche Tests. Diese Modelle können verwendet werden, um nachzuweisen, dass das Teil den von Behörden wie der FDA, der FCC oder der International Standard Organization (ISO) festgelegten Standards entspricht, und können das Testen der Entflammbarkeit, der Lebensmittelsicherheit oder, im Fall von, des Teils umfassen viele medizinische Anwendungen, Biokompatibilität.

Wenn der Prototyp alle behördlichen Anforderungen erfüllt, können die Hersteller mit den Vorbereitungen für den Produktionsstart beginnen.

Prototyping:Das Sprungbrett zu funktionsfähigen, herstellbaren Teilen

Das Endziel des Prototypings ist zweierlei:zu beweisen, dass ein Teil funktionsfähig ist, und zu demonstrieren, dass es wirtschaftlich hergestellt werden kann. Anhand von Informationen, die während Prototyping-Runden gesammelt wurden, können Designer, Ingenieure und Produktmanager sicherstellen, dass ein Teil hinsichtlich Design, Herstellbarkeit und Funktion optimiert ist – und gleichzeitig das Risiko mindern, später Funktionsprobleme zu entdecken. Ein gründlicher Prototyping-Ansatz maximiert letztendlich die Qualität der Teile, trägt zur Einhaltung gesetzlicher Vorschriften bei, spart Kosten und verkürzt die Produktionszeiten.

Mit einem erfahrenen Fertigungspartner wie Fast Radius sieht jeder Kunde, dass seine Teilekonstruktionen von Anfang an hinsichtlich Funktionalität, Kosten, Haltbarkeit und Konformität optimiert sind. Unser Team aus erfahrenen Designern, Ingenieuren und Projektmanagern stellt sicher, dass der Prototyping-Prozess effektiv, schnell und kosteneffizient ist. Wir sind bestrebt, Ihre größten Ideen Wirklichkeit werden zu lassen, und wir unterstützen dies mit robustem Kundensupport in jedem Schritt des Produktionslebenszyklus, vom Konzept bis zur Lieferung. Wenn Sie mehr über die von uns angebotenen Fertigungslösungen erfahren möchten, kontaktieren Sie uns noch heute.