Konzeptmodelle – der grundlegendste Schritt vom Konzept zum Prototyp

Was ist ein Konzeptmodell?

Das konzeptionelle Modell ist ein wertvolles Vehikel, um Benutzern Ideen zu liefern. Ein durch Rapid Prototyping erstellter physischer Konzeptprototyp kann effektive Informationen über die Herstellbarkeit des Designs liefern und an die spezifischen Anforderungen der Kunden angepasst werden, sodass die konzeptionelle Modellierung dazu beiträgt, die Produktionszeit in den frühen Phasen des Designprozesses zu verkürzen. Die beteiligten Produkte können Termine einhalten, sich schneller entwickeln und so schnell wie möglich in Betrieb nehmen.

Da alle Prototypen durch Rapid-Prototyping-Technologien hergestellt werden, müssen keine teuren Werkzeuge zum Design von Prototypen entwickelt werden. Dies reduziert die Produktionskosten erheblich und ermöglicht eine schnelle und einfache Integration von Designs. Es bietet eine sehr risikoarme Möglichkeit, Konstruktionsfehler zu entdecken und Änderungen vorzunehmen und genaue Modelle bereitzustellen, die in Produktionswerkzeugen verwendet werden können.

Konzeptionelle Modelle spielen während des gesamten Lebenszyklus der Systementwicklung eine wichtige Rolle. Abbildung 1–1 unten zeigt die Rolle des konzeptionellen Modells in einem typischen Systementwicklungsszenario. Wenn das konzeptionelle Modell nicht vollständig entwickelt ist, kann die Ausführung der zugrunde liegenden Systemattribute offensichtlich nicht korrekt implementiert werden, wodurch das Problem in der Zukunft verbleibt, und diese Fehler treten in der Industrie auf. Die Bedeutung konzeptioneller Modelle ist offensichtlich, wenn solche systembedingten Fehler durch Systementwicklung und Einhaltung bewährter Entwicklungstechniken gemildert werden.

Wie implementiert man ein Konzeptmodell?

(1) SLA (Stereolithographiegerät)

SLA basiert auf dem Prinzip der Photopolymerisation von flüssigem lichtempfindlichem Harz. Das flüssige Material kann unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht einer bestimmten Wellenlänge und Intensität schnell einer Photopolymerisation unterzogen werden. Das Molekulargewicht steigt stark an und das Material ändert sich von flüssig zu fest.

Abbildung 2-1 zeigt das Arbeitsprinzip des SLA. Der Flüssigkeitstank ist mit flüssigem Photopolymerharz gefüllt. Unter der Wirkung des Umlenkspiegels kann der Laserstrahl die Flüssigkeitsoberfläche abtasten. Die Abtastspur und das Vorhandensein oder Fehlen von Licht werden vom Computer gesteuert. Dort, wo der Lichtfleck erreicht ist, erstarrt die Flüssigkeit. Zu Beginn der Umformzeit befindet sich die Arbeitsplattform in einer bestimmten Tiefe unterhalb des Flüssigkeitsspiegels und der fokussierte Fleck wird Punkt für Punkt auf der Flüssigkeitsoberfläche nach Vorgabe des Computers abgetastet, der Punkt für Punkt verfestigt wird. Wenn eine Scanschicht abgeschlossen ist, ist der unbestrahlte Bereich immer noch ein flüssiges Harz. Dann fährt die Hebeplattform die Plattform auf eine Höhe nach unten, und die gebildete Schicht wird mit einer Harzschicht bedeckt. Der Schaber kratzt die flüssige Oberfläche des Harzes mit höherer Viskosität ab und scannt dann die nächste Schicht, und die neu ausgehärtete Schicht ist fest. Der Boden wird auf die vorherige Schicht geklebt, so lange wiederholt, bis das gesamte Teil hergestellt ist und ein dreidimensionales festes Modell erhalten wird.

2-1 2-2

(2) SLS (Selektives Lasersintern)

SLS wurde 1989 von C. R. Dechard von der University of Texas in Austin entwickelt. Das SLS-Verfahren wird aus einem pulverförmigen Material gebildet. Das Materialpulver verteilt sich flach auf der oberen Oberfläche des geformten Teils. Das hochwirksame CO₂ Laser wird verwendet, um den Querschnitt des Teils auf der frisch aufgebrachten Schicht zu scannen, und das Materialpulver wird unter hochintensiver Laserbestrahlung zusammengesintert, um es zu erhalten. Der Abschnitt des neuen Null-Sinterteils wird unten mit dem umgeformten Teil verbunden. Nachdem ein Abschnitt des Abschnitts gesintert ist, wird eine neue Schicht aus Pulvermaterial aufgebracht und der untere Abschnitt wird selektiv gesintert, wie in Abbildung 2-2 gezeigt. Nachdem das Sintern abgeschlossen ist, wird das überschüssige Pulver entfernt und dann poliert, getrocknet usw.

Das SLS-Verfahren zeichnet sich durch ein breites Materialspektrum aus, nicht nur für die Herstellung von Kunststoffteilen, sondern auch für die Herstellung von Keramik, Wachs und anderen Materialien, insbesondere für die Herstellung von Metallteilen. Der SLS-Prozess erfordert keine Unterstützung, da kein gesintertes Pulver als Unterstützung dient.

(3) CNC-Bearbeitung

CNC steht für Computer Numerical Control und gibt es seit den frühen 1970er Jahren. Zuvor hieß es NC für digitale Steuerung. Obwohl die meisten Menschen dieses Wort noch nie gehört haben, werden Sie sich in der Fertigungsindustrie wahrscheinlich schon lange mit CNC beschäftigen.

Wie Sie vielleicht schon erraten haben, können alle Operationen, die der Bediener auf einer herkömmlichen Maschine ausführen muss, mit einer CNC-Maschine programmiert werden. Sobald der CNC-Code eingerichtet ist und ausgeführt wird, ist es ganz einfach, eine CNC-Maschine am Laufen zu halten. Tatsächlich können viele CNC-Maschinen während des gesamten Bearbeitungszyklus unbeaufsichtigt laufen, sodass der Bediener andere Aufgaben ausführen kann. Dies bietet CNC-Anwendern mehrere damit verbundene Vorteile, darunter eine geringere Ermüdung des Bedieners, weniger durch menschliches Versagen verursachte Fehler und konsistente und vorhersagbare Bearbeitungszeiten für jedes Werkstück.

Da die Maschine unter Programmsteuerung läuft, ist das erforderliche Qualifikationsniveau von CNC-Bedienern (in Bezug auf grundlegende Bearbeitungspraktiken) im Vergleich zu Mechanikern, die herkömmliche Werkzeugmaschinen zur Herstellung von Werkstücken verwenden, geringer. Inzwischen sind CNC-Maschinen flexibel. Da diese Maschinen von einem Programm aus betrieben werden, ist das Ausführen verschiedener Artefakte fast so einfach wie das Laden eines anderen Programms. Sobald das Programm durch einen Produktionslauf verifiziert und ausgeführt wurde, kann es problemlos den nächsten Lauf aufrufen. Dies bringt große Vorteile für schnelle Konvertierungen.

Die CNC-Technologie ist SLA und SLS in Bezug auf Genauigkeit überlegen. Die heutigen CNC-Maschinen haben fast unglaubliche Genauigkeits- und Wiederholbarkeitsspezifikationen. Dies bedeutet, dass nach der Validierung des Programms zwei, zehn oder tausend identische Artefakte einfach und genau generiert werden können.

Zweck von Konzeptmodellen

Verwenden Sie das konzeptionelle Modell als ersten Schritt im Prozess der Erstellung eines physischen Produkts. Sie sind Forschungsmodelle in der frühen Entwurfsphase, die verwendet werden können, um die Montage abzuschließen, das Design zu verbessern, Muster zu zeigen und Funktionen zu implementieren. WayKen-Ingenieure bauen Konzeptmodelle mit einer Reihe von Materialien, Technologien und Oberflächen, um realistische Oberflächen zu erzeugen, um sicher zu sehen, wie das Endprodukt aussehen wird. Farben und Texturen können durch Eloxieren, Plattieren, Sandstrahlen und vieles mehr verstärkt werden. Einige Produktkonzeptmodelle verwenden CNC-Bearbeitung, Rapid Prototyping und andere Prozesse, um funktionale Montageanforderungen zu erfüllen. Unsere Ingenieure sind gut darin, mit Ihnen zusammenzuarbeiten, um Ihre frühen CAD-Dateien in konzeptionelle Modelle umzuwandeln, die Ihrem Publikum Ihre Designabsicht elegant vermitteln.