Von der Idee zum Prototyp

Die Planungsphase

Völlig neue Produktideen und echte Innovationen setzen weit vorne im Entwicklungsprozess an.

Zunächst muss, nachdem über Methoden wie Brainstorming eine Produktidee entstanden und z.B. mittels Machbarkeits- und Nutzwertanalysen weiterentwickelt wurde, über Kosten- und Marktanalysen festgestellt werden, ob es sich wirklich lohnt das Produkt zu entwickeln und zur Marktreife zu bringen. Möglicherweise gibt es Fördermöglichkeiten oder Kooperationen mit anderen Unternehmen oder Forschungseinrichtungen, die diesen Prozess finanziell absichern können und die Chance auf Markterfolg erhöhen. Bereits in dieser Phase, wenn die Refinanzierung mit einem Businessplan gesichert werden muss, kann es von Vorteil sein, ein Modell oder einen Prototypen vorzustellen, um das Vorhaben zu visualisieren.

Jedoch werden hierfür bereits Mittel benötigt, um dies zu realisieren.

Umsetzung der Produktidee

Die CAD Datei als Basis

In beiden Fällen ist es notwendig, als Basis vorhandene Skizzen / freigeformte Teile oder CAD-Daten in einem CAD-Programm für eine verfahrensgerechte Konstruktion umsetzen.

Dazu ist es auch notwendig, die im Vorfeld gewonnenen Daten aus den Marktanalysen insbesondere für die erwartete Anzahl an zu fertigenden Teilen und der sich daraus ergebenden Losgrößen zu verwenden und aus den technologisch machbaren Verfahren das kostengünstigste auszuwählen.

Denn beispielsweise Spritzgussteile müssen auch spritzgussgerecht konstruiert werden und erfordern dazu unter Umständen aufwändige Simulationen über spezielle Programme. Durch die Geometrie der Teile ist die Auswahl der Verfahren oft eingeschränkt und meist muss das Teil für das Verfahren noch optimiert werden, z.B. durch Entformungsschrägen (um beim Spritzgussverfahren zu bleiben).

Die Wahl des Verfahrens

Es kann in diesem Fall von Vorteil sein, über einen Dienstleister, der eine große Auswahl an Fertigungsverfahren und Prototypenbau anbietet und entsprechende Erfahrung hat, eine Vorauswahl an alternativen Verfahren treffen zu lassen, damit man sich im Vorfeld nicht unnötig an Details verzettelt und völlig ungeeignete Verfahren weiter verfolgt.

Viele Dienstleister bieten bereits die CAD-Konstruktion in Dienstleistung an, fertigen ein erstes Modell in geeigneten Rapid Prototyping Verfahren und können über die Vervielfältigung im Prototypenbau Modifikationen durchführen z.B. bezüglich des einzusetzenden Materials, Funktion und Optik (verschiedenene Shorehärten erproben bezüglich Passform und Haptik , Farbgebungen, Zusammenbau, Tests bezüglich Produkteigenschaften wie Schlagzähigkeit und Zugfestigkeit etc.).

Ein erfahrener Dienstleister wird dann unter Berücksichtigung aller Faktoren wie Kosten, erforderliche Produktqualität und zu erfüllende Normen, Anforderungen an Geometrie und Toleranzen, zu erwartende Stückzahlen usw. einen Vorschlag unterbreiten und kann idealerweise Umständen auch geeignete Fertigungsmöglichkeiten anbieten.

Selber fertigen oder Herstellung auslagern?

Dieser Service aus einer Hand ist insbesondere für Einsteiger, Erfinder und kleine bis mittlere Unternehmen interessant, die unter Umständen z.B. gute Konstrukteure sind oder haben, aber nicht über eine Entwicklungsabteilung und Prototypenbau verfügen, die solche Projekte umfassend abwickeln können unter Berücksichtigung aller genannten Faktoren.

Es kann sich dann lohnen, diese Leistung „einzukaufen“.

In größeren Unternehmen kann das intern vorhandene Know-How genutzt und gebündelt werden, allerdings ist der Koordinationsaufwand zur Durchführung von Entwicklungsprojekten recht hoch, da Produktmanagement, Entwicklung, Konstruktion, Prototypenbau und Einkauf sowie Marketing und Vertrieb oder auch Produktion an einen Tisch gebracht werden müssen, je nach Produktentwicklungsphase zumindest ein Teil davon.

Erfahrungsgemäß verlängert dies die Entwicklungszyklen und daher steigt die Tendenz auch in größeren Unternehmen, Projekte in der Produktenwicklung teilweise oder komplett auszulagern, um den notwendigen Zeit- und Wettbewerbsvorsprung zu gewährleisten.

Außerdem entscheidet ein externer Dienstleister neutral und ohne Rücksicht nehmen zu müssen auf die durch die Unternehmensstruktur vorgegebenen Prioritäten der jeweiligen Abteilungen.

Der Prototyp

In diesem Umfeld nimmt die Erstellung des Prototyps eine zentrale Stellung ein.

Wenn dieser nach CAD-Daten erstellt worden ist, sei es über rein additive Verfahren wie FDM, Stereolithographie, Lasersintern, Feinguss etc. oder bereits über die Vervielfältigung über Silikonformen unter Einsatz des Vakuumgießverfahrens, kann über die weitere Vorgehensweise entschieden werden.

Es kommt häufig vor, dass ein Prototyp z.B. auf eine Messe oder Besprechungen im Produktmanagement mitgenommen und den Kunden bzw. Produktmanagern vorgestellt wird.

Dies kann dazu führen, dass das Projekt erst gar nicht realisiert wird, weil der Prototyp und die damit verbundene Produktidee, Funktion oder Anmutung nicht ankommt und damit wird verhindert, dass ein Produkt in Serie geht, das mit hoher Wahrscheinlichkeit ein „Flop“ wird und hohe Kosten generiert, ohne dass entsprechend ein Rückfluss an Mitteln erfolgt.

Oder es wird entsprechend modifiziert und der Prototyp spart dadurch Entwicklungskosten und Zeit, denn er lässt sich noch leicht, kostengünstig und schnell ändern im Gegensatz zu fertigen Werkzeugen und Vorrichtungen.

Ein Prototyp lässt sich im Gegensatz auch zu einer 3-D-Zeichnung oder Animation einfach in die Hand nehmen und Eigenschaften wie Oberflächenstruktur und –optik sowie vor allem Haptik können nur so wirklich evaluiert werden.

Prototypen sind also schon lange nicht mehr, wie früher im Sprachgebrauch durchaus üblich, halbfertige improvisierte Teile, sondern eher High-Tech-Teile, die durch die große Material- und Verfahrensauswahl perfekt fast alle Anforderungen an die Serienteile erfüllen können oder sogar je nach Stückzahl und Kostenrechnung tatsächlich als Serienteile eingesetzt werden.

Die Zukunft: Der Prototyp als fertiges Teil

Durch fortschreitende Entwicklung der additiven Verfahren zu kostenmäßig immer wettbewerbsfähigeren Technologien in Vergleich zu klassischen Fertigungsverfahren sowie zunehmender Automatisierung von Teilefertigung in Prototypen – und Rapid Tooling-Techniken und der damit verbundenen Senkung der Produktionskosten wird der Prototyp in Zukunft sehr oft schon das verkaufsfähige Teil sein.

Diese Verfahren lösen auch Probleme wie die logistische Herausforderung zur Ermittlung und zum Handling optimaler Losgrößen, Lager- und Ersatzteilprobleme mit der damit verbundenen Kapitalbindungs- und Handlingproblematik.

Die meisten Prototypen werden nicht für völlig neue Produktideen gebaut, sondern für die Weiterentwicklung oder Differenzierung bereits bestehender Produkte. Typisches Beispiel sind die „Faceliftings“ im Automobilbereich. Dabei wird eine bestehende Modellreihe meist optisch modifiziert, z.B. durch eine neue Scheinwerferform, und es ist eine Änderung der Konstruktionen der betreffenden Teile erforderlich und auch der Zusammenbau muss neu getestet werden.

In diesem Fall kann man auf bestehenden Zeichnungen und Daten aufsetzen und muss die erforderlichen Änderungen im CAD umsetzen oder wenn z.B. eine Form über Freiformen verändert wurde kann über Reverse Engineering diese wieder in das CAD-Format zurückgeführt und entsprechend angepasst werden.