Prototypenbau – ein Leitfeiden zur Herstellung von Prototypen

Sie haben eine Idee und möchten diese Wirklichkeit werden lassen? Dann ist der Prototypenbau genau das Richtige für Sie. Durch den Prototypenbau ist es Ihnen möglich, einen ersten Blick auf Ihr reales Produkt zu werfen, Änderungen vorzunehmen und Fehler vor der eigentlichen Produktion zu erkennen.
Dieser Prototyp weist bereits alle wesentlichen Merkmale des künftigen Bauteils auf und kann noch modifiziert werden. Ein Prototyp ist also immer dann geeignet, wenn ein geplantes Produkt ohne große Kosten und Aufwand vor der eigentlichen Produktion getestet werden soll.
In diesem Text erfahren Sie, was ein Prototyp ist, ob sich Ihr Projekt dafür eignet, welche Verfahren und Materialien infrage kommen und welche Vorteile die jeweiligen Verfahren bieten.

Was ist ein Prototyp?

Ein Prototyp ist ein funktionsfähiges Versuchsmodell eines geplanten Bauteils oder Produkts. Dabei kann der Prototyp dem Endprodukt nur rein technisch oder äußerlich entsprechen.
Ein Prototyp kann nur als Einzelstück oder aber als Vorbereitung einer Serienproduktion dienen. Mit ihm soll einerseits dessen Tauglichkeit, aber auch die Akzeptanz getestet werden. Daher ist der Prototyp auch ein wesentlicher Schritt in der Entwicklung unterschiedlicher Designs und wird nicht nur im technischen Bereich verwendet.

Von der Produktidee bis zur Umsetzung

Zur Herstellung von Prototypen muss die Produktidee so weit gereift sein, dass eine Planskizze zur Prototypherstellung erstellt werden kann. Darüber hinaus muss klar sein, aus welchem Material das Endprodukt bestehen und welche Eigenschaften es besitzen soll. Auch die Art des Prototyps muss bereits vor dessen Fertigung bekannt sein. Hierbei wird zwischen vier verschiedenen Prototypen unterschieden:

Designprototyp = Konzeptmodell zum Testen ergonomischer und ästhetischer Merkmale
Geometrischer Prototyp = passgenaues Modell zur Konkretisierung des Material-Anforderungsprofils und für erste Versuche in Bezug auf Montage und Verwendung
Funktionsprototyp = Prototyp mit funktionalen Eigenschaften eines Bauteils, das später in Serie gefertigt wird
Technischer Prototyp = Versuchsmodell, das dem Endprodukt bereits ähnelt

Warum sollte man überhaupt auf einen Prototyp setzen?

• Test von Ideen vor der eigentlichen Fertigung möglich
• geringe Kosten
• frühe Fehlererkennung von neuen Produkten
• Perfektionierung von Produkten

Mögliche Verfahren

Für die Auswahl des richtigen Verfahrens sind daher Kenntnisse der einzelnen Verfahren notwendig. Hier kommen wir ins Spiel. Wir besitzen das notwendige Know-how und sind in der Lage, das für Ihr Projekt passende Verfahren zu empfehlen und umzusetzen. Gern beraten wir Sie unter info@vioproto.de

Rapid Prototyping

Rapid Prototyping (schneller Bau eines Modells) ist ein additives Fertigungsverfahren, das es Unternehmen erlaubt, bereits in der Planungsphase auf einfache Art und ein Weise ein Versuchsmodell zu fertigen. Dadurch können bereits frühzeitig Schwächen und Fehler erkannt und behoben werden, bevor im regulären Fertigungsprozess hohe Kosten anfallen.

Allgemein dient der Begriff „Rapid-Prototyping“ als Oberbegriff für viele Verfahren zur schnellen und einfachen Fertigung von Modellen. Hier findet eine automatisierte Produktion von Prototypen durch Maschinen statt, die mit Maßen und Beschaffenheiten digital existierender Modelle programmiert werden. So können zum Beispiel 3D-Modelle gedruckt werden.

Beim Rapid Prototyping beginnt der Prozess mit einem virtuellen Design aus einer CAD- oder Modellierungs-Software. Dabei liest der 3D-Drucker die Daten aus der CAD-Zeichnung aus und legt nach den Daten Schichten von Pulver-, Flüssig- oder Plattenmaterial übereinander. Auf diese Weise wird das physische Modell aus einer Reihe von Querschnitten gebaut. Diese Schichten werden miteinander verbunden, wodurch die finale Form entsteht. Eine im STL-Dateiformat implementierte Standarddatenschnittstelle dient zur Übersetzung zwischen dem 3D-Prototyping-Gerät und der CAD-Software. In der STL-Datei wird die Form des Bauteils nachgebildet.
Möglich ist eine Erstellung der 3D-Modelle binnen weniger Stunden. Allerdings hängt die Zeitspanne stark von der Größe und Anzahl sowie dem Gerätetyp der herzustellenden Modelle ab.

Verfahren des Rapid-Prototypings:

• Fused Deposition Modeling (FDM)
• Laminated Object Modelling (LOM)
• Multi Jet Modeling (MJM)
• Polyamidguss
• Selektives Laserschmelzen (SLM)
• Selektives Lasersintern (SLS)
• Stereolithografie (SL oder SLA)
• Binder Jetting (3D-Druck)
• Vakuumguss

Vorteile des Rapid Prototypings

• kostengünstiger Bau von Prototypen
• effektive und schnelle Präsentation von Design-Entwürfen
• effektive Überprüfung von Design, Passform und Funktion
• flexibles Design aufgrund mehrerer Änderungen des Designs in schneller Folge
• weniger Konstruktionsfehler in Bezug auf das Design
• bessere Endprodukte

Digital Prototyping

Digital Prototyping ist eine Vorgehensweise in der technischen Entwicklung. Durch das Verfahren soll die Entwicklungszeit von neuen Produkten verkürzt, die Kosten der Entwicklung gesenkt und gleichzeitig die Qualität der Produkte verbessert werden. Die Idee des Verfahrens ist es also, die Prototypen als Computermodelle zu prüfen.
Das Verfahren ist heute bereits Standard bei der Entwicklung von Flugzeugen, vielen langlebigen Konsumgütern und Automobilen. Vor allem der Maschinenbau und die mittelständische Industrie setzen bevorzugt Digital Prototyping ein. Grund dafür sind die fallenden Kosten für 3D-CAD-Systeme und anderen Komponenten zur Umsetzung von Digital Prototyping.

Die Grundlage dafür bildet ein 3D-CAD-Modell des Produkts. Davon ausgehend können mithilfe rechnerischer Verfahren, z. B. Visualisierung oder Einbau- und Montagesimulation, unterschiedliche Eigenschaften des Produkts untersucht werden, die sonst mit aufwendigen und kostenintensiven Versuchen anhand physischer Modelle getestet werden müssten.

Sie planen Konstruktionsänderungen noch in der Entwicklungsphase? Dann sollten Sie mit Digital Prototyping arbeiten.

Klassische Verfahren – Drehen, Fräsen, Sandguss, Tiefziehen, Senkerodieren, RIM-Verfahren

Auch klassische Fertigungsverfahren wie Drehen, Fräsen, Sandguss, Tiefziehen, Senkerodieren oder das RIM-Verfahren werden zur Herstellung von Prototypen eingesetzt. Alle diese Verfahren sind kostengünstige Fertigungsverfahren, bei denen verschiedene Arten von Prototypen hergestellt werden können. So ermöglicht das RIM-Verfahren funktionale und großformatige Prototypen aus Polyurethan, während das Senkerodieren bei der Fertigung von Prototypen mit filigranen, komplexen und dreidimensionalen Geometrien zur Anwendung kommt.
Tiefziehen hingegen wird verwendet, wenn die Formteilgröße und die Halbzeugdicke nicht begrenzt sein und der Druck über die gesamte Formoberfläche ausgenutzt werden soll. Der Sandguss wird genutzt, wenn Prototypen mit komplizierten Geometrien und unterschiedlichen Materialquerschnitten benötigt werden.

Vorteile klassischer Fertigungsverfahren:

• geringere Kosten
• vielfältige Materialauswahl
• zahlreiche Materialquerschnitte
• komplizierte Geometrien möglich
• großformatige Prototypen-Fertigung

Unterschied klassischer und moderner Prototypenbau

• Eigenschaften
• Moderner Prototypenbau
• Klassischer Prototypenbau

Welches Verfahren für welchen Prototyp?

Nicht jedes Verfahren eignet sich zur Fertigung von jedem Prototyp. Um das passende Verfahren für Ihren Prototypen zu finden, haben wir fünf Prototypenarten zusammengestellt und die am besten geeigneten Fertigungsverfahren zugeordnet:

1. Produktkonzept

Ein Produktkonzept tritt früh im Produktentwicklungsprozess auf. Das Ziel ist, einen Prototyp oder mehrere Bauteile schnell zu fertigen. In dieser Phase können Prototypen unterschiedlich viel kosten – vom kostengünstigen 3D-Druck-Prototyp binnen weniger Tage bis hin zum professionellen Verkaufsmodell.

Mögliche Verfahren zur Fertigung eines Produktkonzepts:

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2. Arbeitsmodell

Das Ziel ist es, ein Arbeitsmodell zu erstellen und auf diese Weise die Kernfunktionalität zu demonstrieren und zu beweisen, dass das Design funktioniert. Dabei besitzt dieser Prototyp nicht das Design des fertigen Produkts. Einige Unternehmen nutzen Arbeitsmodelle, um Kosten zu sparen. Vorrangig kommt hier das SLS-Verfahren zur Anwendung.

Mögliche Verfahren zur Fertigung eines Arbeitsmodells:

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3. Industriedesign

Das Industriedesign wird zur Bestätigung der Ästhetik, Skalierung und Ergonomie verwendet. Mit diesem Modell soll die Benutzerfreundlichkeit analysiert werden. Der Fokus liegt hierbei auf der Verwendung ähnlicher Materialien für das Endprodukt

Mögliche Verfahren zur Fertigung eines Industriedesigns:

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4. Funktions-Prototyp

Der Funktions-Prototyp wird verwendet, um zu prüfen, ob die Produktidee tatsächlich funktioniert. Dabei können Aerodynamik, mechanische Leistung, thermische Leistung und mechanische Eigenschaften geprüft werden. Zur Herstellung von Funktionsprototypen kommt eine Vielzahl von Rapid-Prototyping-Verfahren in Frage.

Mögliche Verfahren zur Fertigung eines Funktions-Prototyps:

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5. Prototyp zur Vorproduktionsforschung

Dieser Prototyp wird verwendet, wenn ein Produkt für die Serienproduktion optimiert werden soll. Der Prototyp ähnelt bereits dem Endprodukt und funktioniert genauso. In dieser Phase können kleine Änderungen im Produktdesign oder funktionale Änderungen vorgenommen werden.

Mögliche Verfahren zur Fertigung eines Prototyps zur Vorproduktionsforschung:

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Überlegungen und Ablauf des Prototyping

Prototyping ist ein wichtiger Prozess vor der eigentlichen Fertigung. Wir haben für Sie den Ablauf skizziert und unterstützen Sie bei Ihren Überlegungen.

1. Das Design skizzieren

Skizzieren Sie zuerst das Modell. Dazu müssen Sie kein Künstler sein. Vergessen Sie nicht, diese Skizze zu datieren und zu unterschreiben, um sich vor Urheberrechtsverletzungen zu schützen.

2. Einen physischen Prototyp erstellen

Erstellen Sie den Prototyp aus Karton und Klebeband. So erkennen Sie bereits frühzeitig eklatante Fehler.

3. Prototyp messen

Messen Sie Ihr Modell und aktualisieren Sie die ursprüngliche Skizze. Häufig ähnelt das physische Modell nicht mehr der Skizze. Das fertige Modell bildet die Grundlage für das 3D-CAD-Modell.

4. Erstellen Sie ein 3D-CAD-Modell.

Verwenden Sie die Maße, die sie gemessen haben, und beginnen Sie mit der Fertigung des 3D-Modells mithilfe einer 3D-CAD-Software. Sollten Sie nicht mit dieser Software arbeiten können, helfen freiberufliche CAD-Zeichner weiter – gerne übernehmen auch wir das für Sie, fragen uns uns einfach unter info@vioproto.de an.

5. 3D-Druck ausführen

Senden Sie die 3D-CAD-Zeichnung an eine Firma, die ein professionelles 3D-Druckmodell erstellen kann. Innerhalb weniger Tage halten Sie Ihr 3D-Prototyp in der Hand.

6. Design testen und optimieren

Testen Sie das Modell und notieren Sie, was funktioniert und was geändert werden muss. Aktualisieren Sie die 3D-Skizze und lassen Sie daraus ein neues Modell erstellen.

7. Finaler Test

Testen Sie erneut den Prototyp, um nun die Änderungen funktionieren. Geben Sie ihn erst in die finale Fertigung, wenn alles passt.

Prototypen herstellen lassen

Fazit:

Der Prototypenbau ist ein wichtiger Schritt bei der Umsetzung einer Produktidee bzw. Bei der Markteinführung. Daher sollte bereits von Anfang an auf einen kompetenten Partner gesetzt werden, der die komplette Prozesskette aus seiner Hand anbieten kann. Wir unterstützen Sie von der Idee bis zur Umsetzung. Kontaktieren Sie uns noch heute. Gern beraten wir Sie zu Ihrem Projekt. Sie erreichen uns unter info@vioproto.de. Wir freuen uns auf Sie.