Rapid Prototyping (RP) nutzt verschiedene Fertigungstechniken zur schnellen Erstellung physischer Teile direkt aus CAD-Modell Daten. Rapid Prototyping kann in jeder Phase des Produktentwicklungszyklus für jedes Bauteil oder Unterbauteil angewendet werden. Prototypen können während des Designprozesses eines neuen Produkts mehrfach wiederholt werden.
Was ist Rapid Prototyping und 3D-Druck?
Ist schnelles Prototyping dasselbe wie 3D-Druck? Die einfache Antwort lautet: Nein. Im heutigen Produktentwicklungsprozess wird jedoch oft das Erstgenannte in Verbindung mit Begriffen wie „3D-Druck“ und „additive Fertigung“ verwendet, hauptsächlich weil der 3D-Druck erstmals als Mittel zur schnellen Prototyperstellung an Bedeutung gewonnen hat. Viele additive Fertigungstechniken haben jedoch Fortschritte gemacht und enorme Fortschritte bei der Herstellung von hochwertigen Teilen erzielt, die aufgrund der höheren Kosten des 3D-Drucks möglicherweise nicht die erste Wahl für einige Prototypen sind.
Der Unterschied zwischen Rapid Prototyping und 3D-Druck
3D-Druck oder additive Fertigung ist ein Produktionsprozess, während Prototyping das Ergebnis oder das Endprodukt ist. Darüber hinaus kann der 3D-Druck oder andere Prozesse zur Erstellung von Rapid Prototyping verwendet werden. Warum ist Rapid Prototyping eine so attraktive Lösung für den Markt? Unternehmen müssen immer schneller neue Produkte entwickeln und einführen, um auf dem sich dynamisch verändernden Verbrauchermarkt wettbewerbsfähig zu bleiben. Da schnelle Entwicklung und technologische Innovationen der Schlüssel zum Unternehmenserfolg sind, wird Rapid Prototyping zum wichtigsten Element in der Entwicklung eines neuen Produkts. Darüber hinaus ermöglichen solche Methoden auch das leichtere Erreichen der folgenden Ziele:
- Schnellere Entwicklung — Prototyping spielt eine Schlüsselrolle bei der Erstellung eines erfolgreichen Produkts, da es den Prozess der Herstellung eines neuen Produkts beschleunigt,
- Frühe Design-/Konzeptphase — einschließlich der Überprüfung von Form, Passform und Funktion des Projekts,
- Überprüfung des Produkts in der Endphase hinsichtlich technischer Anforderungen und Geschäftsziele,
- Ermöglicht das Testen der Funktionalität, um die Annahmen des Konzepts zu überprüfen und das Produkt zu finalisieren,
Darüber hinaus ist es wichtig, die Ableitungen dieser Branche hervorzuheben, zu denen unter anderem gehören:
- Anwendungen für schnelles Prototyping,
- Visuelle Prototypen,
- Konzeptmodelle,
- Funktionale Prototypen,
- Vorproduktionsprototypen,
- Werkzeuge zur Prototypenherstellung,
- Formen zur Prototypenherstellung.
Vorteile des Rapid Prototyping
- Schnellere Umsetzung und Untersuchung von Konzepten
Rapid Prototyping überführt erste Ideen in risikoarme Konzeptexplorationen, die im Handumdrehen wie echte Produkte aussehen. Es ermöglicht Designern, über die virtuelle Visualisierung hinauszugehen, um das Aussehen eines Projekts besser zu verstehen und Konzepte miteinander zu vergleichen.
- Effektive Kommunikation von Ideen
Physische Modelle ermöglichen es Designern, ihre Ideen mit Kollegen, Kunden, CNC-Betreibern und Vorgesetzten zu teilen, um Ideen auf eine Weise zu kommunizieren, die nur durch die Visualisierung des Projekts auf dem Bildschirm nicht möglich wäre. Schnelles Prototyping erleichtert die Bereitstellung klarer, praktischer Rückmeldungen von Benutzern, die Programmierer/Designer/CNC-Betreiber benötigen, um die Bedürfnisse der Benutzer zu verstehen und dann ihre Projekte zu verbessern und zu optimieren.
- Iteration von Projekten und sofortige Implementierung von Änderungen
Design ist immer ein iterativer Prozess, der viele Test-, Bewertungs- und Verbesserungsrunden erfordert, bevor das Endprodukt erreicht wird. Schnelles Prototyping mit 3D-Druck oder CNC-Maschinen optimiert diesen kritischen Prozess von Versuch und Irrtum, indem es Flexibilität in der bequemeren Erstellung realistischerer Prototypen und sofortigen Änderungen bietet. Ein gutes Modell ist ein 24-Stunden-Designzyklus, der aus dynamischem Design, der Erstellung von Prototypenteilen mit CNC in der Nacht, Korrekturen und Tests am nächsten Tag, Modifikationen und so weiter besteht.
- Kosteneinsparung und Zeitersparnis
Dank des 3D-Drucks sind teure Werkzeuge und Konfigurationen nicht erforderlich, die gleiche Ausrüstung kann zur Herstellung verschiedener Geometrien verwendet werden. Schnelles Prototyping im eigenen Haus eliminiert hohe Kosten und Implementierungszeiten, die mit Outsourcing verbunden sind.
- Genauere Tests und Minimierung von Designfehlern
Bei der Planung und Produktion mit CNC-Maschinen kann die frühzeitige Erkennung und Behebung von Designfehlern Unternehmen dabei helfen, kostspielige Überarbeitungen von Projekten und zukünftige Werkzeugwechsel zu vermeiden. Schnelles Prototyping ermöglicht es Ingenieuren, Prototypen genau zu testen, die aussehen und funktionieren wie Endprodukte, wodurch das Risiko von Gebrauchstauglichkeitsproblemen vor ihrer Einführung in die Produktion reduziert wird.
CNC-Bearbeitung und schnelles Prototyping - Vor- und Nachteile
Im Falle von Teilen, deren Funktion von hoher Präzision und Toleranz abhängt, bleibt die CNC-Bearbeitung die beste verfügbare Methode für die Prototypenherstellung. CNC-Prozesse sind subtraktive Fertigungsverfahren, bei denen Blöcke und Stäbe aus Metall und Kunststoff gefräst und gedreht werden, um sehr präzise, komplexe Teile zu erhalten. Es gibt viele Materialien, die für jede Anwendung geeignet sind. Bei der schnellen Prototypenherstellung von CNC-Teilen werden nur die kritischen Merkmale der Teile berücksichtigt, die bearbeitet und zerlegt werden müssen.
Vorteile:
- Ausgezeichnete Präzision und Oberflächenveredelung,
- Viele Materialoptionen,
- Hohe Haltbarkeit und die Möglichkeit, verschiedene funktionale und umweltbezogene Tests durchzuführen.
Nachteile:
- Geometrische Einschränkungen,
- Teuer aufgrund der Konfigurations- und Ausrüstungskosten,
- Sehr begrenzte interne Möglichkeiten aufgrund der Gerätekosten.
Für welche Projekte lohnt sich die schnelle CNC-Prototypenerstellung
CNC-Prototyping hat viele Vorteile. Die wichtigsten sind unten aufgeführt:
- Physischer digitaler Prototyp:
In der CNC-Prototypenherstellung werden digitale Bilder oder prototypische Reize erstellt. Das Modell wird erst dann produziert, wenn der digitale Reiz die entsprechende Prototypenfunktion aufweist. Dies hilft sicherzustellen, dass der Prototyp gemäß den Spezifikationen gebaut wird.
- Präzision und Konsistenz:
In der CNC-Prototypenherstellung werden CAD-Modelle mit den erforderlichen Abmessungen erstellt. Es sind viele Änderungen in den Abmessungen möglich, bis der Bediener genaue Ausgangsdaten auf dem Bildschirm erhält. CNC-Maschinen gewährleisten die Herstellung von Prototypen mit präziser Genauigkeit der CAD-Modelle. Viele Prototypen mit unterschiedlichen Designs können mehrmals mit CNC-Bearbeitung hergestellt werden.
- Materialkompatibilität:
Im Gegensatz zum 3D-Druck ist CNC-Prototyping eine attraktive Option, wenn Sie mit verschiedenen technischen Materialien arbeiten. Da der CNC-Prozess für Prototypen verwendet wird, die mechanische Festigkeit erfordern, ermöglicht er die Verwendung von Materialien wie Aluminium, Stahl, Edelstahl, PPE, HDPE usw. Die Materialien, die im CNC-Prototyping verwendet werden, umfassen sowohl Konstruktionsmetalle als auch Konstruktionspolymere.
- Kontinuierliche Produktion:
CNC-Maschinen arbeiten 24/7 ohne menschliches Eingreifen. Wenn der Prototypenbau zeitaufwändig ist, kann der Bediener die Parameter einstellen und die Maschine führt die Aufgabe präzise aus. Dadurch ermöglicht die schnelle Prototypenherstellung in der CNC-Bearbeitung eine erhebliche Zeitersparnis.
- Visuelle und funktionale Genauigkeit des Endprodukts:
Die CNC-Prototypenproduktion führt zu Prototypen, die dem gewünschten Ergebnis ähnlich sehen. Das bedeutet, dass die visuelle und funktionale Ähnlichkeit von CNC-Prototypen sehr gut ist, was es den Produktentwicklern ermöglicht, sich vorzustellen, wie das endgültige Produkt aussehen wird. Dies macht ihre Tests effizient.
- Komplexes Prototyping:
Im Gegensatz zu additiven Fertigungsverfahren ist die CNC-Bearbeitung für die komplexe Produktfertigung geeignet. Sie gibt Designern die Freiheit, komplexe Prototypen zu entwerfen. Da es sich um einen subtraktiven Fertigungsprozess handelt, hilft das Entfernen von Material dabei, die Details des bearbeiteten Gegenstandes zu perfektionieren. Daher erleichtert das schnelle Prototyping in der CNC-Bearbeitung die Verbesserung.
Obwohl die CNC-Bearbeitung ein hochautomatisierter Prozess ist, liefert sie nur dann die gewünschten Ergebnisse, wenn sie von Experten durchgeführt wird. Kennzeichnung, Materialaspekte, CAD-Design und Maschinenverfügbarkeit machen dies zu einer Arbeit für Profis. Daher sollte man das schnelle CNC-Prototyping nur von bewährten Branchenexperten kaufen.