Rapid Prototyping

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Produktentwicklung am lebenden Modell

© industrieblick – Fotolia

Von David von Ostrowski für VIOPROTO

In der heutigen Zeit ist die Neuentwicklung von Produkten und Einzelelementen deutlich flexibler geworden. Immer mehr Firmen versuchen bereits während der Entwicklung, den Kontakt zu den späteren Nutzern zu halten und die Endkunden bzw. die verbundenen Betriebe in die Produktentwicklung einzubinden. Mittels Rapid Prototyping kann eine solche Einbindung schnell und vor allem ohne große Kosten geschehen. Sowohl etablierte Unternehmen als auch Neugründer und Start-ups greifen auf Rapid Prototyping zurück und arbeiten mit echten Prototypen anstelle von abstrakten Zeichnungen und Konzepten. Das bietet sowohl wirtschaftliche als auch konstruktionstechnische Vorzüge und kann die Entwicklungskosten für neue Bauteile und Produkte kräftig senken.

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Die Einsamkeit klassischer Ingenieure

Noch vor wenigen Jahren war die Produktentwicklung ein linearer Prozess, der sich nur schwerfällig verändern ließ. Zunächst wurden passende Konzepte entwickelt und die Produkte entsprechend technisch geplant. Ein direkter Kontakt mit den Endkunden fand in dieser Phase nur selten statt. Auch die ersten Prototypen wurden nur selten an einen breiteren Kundenstamm kommuniziert und entsprechend getestet.

Die Produktion von Neuem war daher immer ein Glücksspiel, das stark von der Visualisierungsfähigkeit der Entwickler abhängig war. Ein echtes Kundenfeedback war erst nach der Produktauslieferung möglich. Mit ein wenig Pech oder schlechtem Timing wurden auf diese Weise Produkte auf den Markt gebracht, die der Kunde weder wünschte noch mochte, und das wirtschaftliche Risiko war entsprechend hoch: Junge Unternehmen konnten mit einem falsch platzierten Produkt bereits ihre Existenz gefährden.

Die Innovationsabläufe haben sich in den letzten Jahren allerdings nachhaltig geändert, was vor allem an den modernen Fertigungsprozessen liegt. Heute bekommen die Kunden bereits funktionsfähige Prototypen.

Die Realität heißt Rapid Prototyping

Mittels Rapid Prototyping können Prototypen bereits in einer frühen Planungs- und Konzeptionsphase entwickelt und zu geringen Kosten hergestellt werden. Unterschiedliche Fertigungsprozesse erlauben eine enorme Vielfalt an Materialien, Härten und Formen, sodass die einzelnen Prototypen nicht nur virtuell, sondern in der Wirklichkeit überprüft werden können. Modelle zum Anfassen machen Form und Struktur greifbar und ermöglichen eine Produktentwicklung, die sehr viel näher am Kunden und seinen Bedürfnissen ist.

Viele Firmen entwickeln mittlerweile beinahe ausschließlich mittels Rapid Prototyping und optimieren damit ihre Verfahren deutlich. Treten bei einem Produkt Fehler oder Probleme auf, können sie in dieser Entwicklungsphase noch kostengünstig behoben werden. Der verbesserte Prototyp kann dann wieder überprüft und auf Funktionalität, Design und Kundenakzeptanz optimiert werden. Entscheidend ist, dass das Unternehmen keinerlei Änderungen an den Fertigungsmaschinen oder dem bisherigen Produktbestand vornehmen muss, sodass diese Änderungen schnell und ohne hohe Kosten für die Entwickler erfolgen.

Soforttests und schnelle Feedback-Schleifen

Rapid Prototyping ist ein Verfahren der Produktentwicklung, bei dem bereits in den ersten Schritten erste Prototypen hergestellt werden, die anschließend begutachtet und getestet werden können. Dafür stehen den Unternehmen verschiedene technologische Möglichkeiten zur Verfügung. Die bewährtesten additiven Verfahren im Rapid Prototyping sind die Stereolithografie (SLA) und das selektive Lasersintern (SLS). Die aus dem Privatsektor bekannten 3D-Drucker sind für eine adäquate Modellgenerierung eher ungeeignet und werden auf professionellem Niveau nicht verwendet.

Jedes Verfahren hat eigene Vor- und Nachteile und kann in den verschiedensten Produktionsumgebungen sinnvoll eingesetzt werden. Wichtig beim Rapid Prototyping sind in jedem Fall, dass das Unternehmen schnell reagieren kann und dass die Bandbreite der einsetzbaren Materialien möglichst groß ist. Dann entstehen Prototypen, die nicht nur so aussehen und sich so anfühlen wie die Endprodukte, sondern bereits so stabil sind, dass man sie im produktiven Einsatz testen kann.

So können Änderungswünsche bereits während der Konzeptions- und Planungsphase in das Projekt einfließen, was die späteren Kosten für Änderungen und das wirtschaftliche Risiko deutlich verringert. Vor allem in produzierenden Betrieben, die auf Kundenwunsch Bauteile und Ähnliches anfertigen, kann Rapid Prototyping die Entwicklungskosten deutlich senken und die Wirtschaftlichkeit der Aufträge spürbar verbessern.

Schnell, flexibel, kontrolliert und wirtschaftlich

Rapid Prototyping ist ein mittlerweile gut etabliertes Verfahren, das immer mehr Branchen und immer mehr Betriebe in ihre Entwicklungsumgebungen implementieren und flexibel nutzen. Zu den Vorteilen dieser Form der agilen Produktentwicklung gehören

  • deutlich mehr Flexibilität,
  • die direkte Einbindung von Auftraggebern oder Endkunden,
  • frühzeitiges Kundenfeedback,
  • Produkttests unter Realbedingungen bereits während der Entwicklung (so kann etwa die Passgenauigkeit von Einzelteilen direkt kontrolliert werden)
  • eine schnellere Fehlerkorrektur,
  • ein schnelleres, sicheres Einverständnis in Bezug auf Haptik und Aussehen der Endprodukte,
  • die enge Koppelung von abstrakten Berechnungen und direkter Produktkontrolle
  • und ein gewaltiger Zeitvorteil: Die Fertigung verschiedener Entwürfe und Prototypen ist in wenigen Stunden denkbar.

Rapid Prototyping sind heute kaum Grenzen gesetzt, weder in den Einsatzgebieten noch in den Materialien noch in den Fertigungsverfahren. Diese enorme Flexibilität, die stark beschleunigten Verfahren und die anwendernahe Entwicklung sind für viele innovative Unternehmen heute bereits unverzichtbar.

Von der Entwicklung bis in den Vertrieb

Je nach Anspruch und Anforderungen kann die Entwicklung erster Prototypen mittels professionellem 3D-Druck bereits innerhalb weniger Stunden erfolgen. Bereits nach kurzer Planungsphase können die gewünschten Produkte genauer untersucht werden. Dies ist vor allem für die Entwickler von Vorteil, denn sie können durch die direkte Kontrolle der eigenen Arbeiten deutlich einfacher und schneller Fehler in der Konstruktion finden und diese beheben. Darüber kann das Unternehmen seinen Kunden unterschiedliche Varianten zur Begutachtung vorstellen, welche sich in Konstruktionsbedingungen und somit auch im Preis unterscheiden. Eine solche Auswahl erleichtert einen schnellen Vertrieb ungemein und zeichnet erfolgreiche Firmen in der heutigen Zeit aus.

Insgesamt liegen die wirtschaftlichen Vorteile beim Rapid Prototyping weit über den Kosten. Zwar müssen die Entwicklerunternehmen die entsprechenden Maschinen und Geräte einmalig anschaffen, doch diese Investitionen amortisieren sich im Regelfall bereits nach einem erfolgreichen Auftrag. Unterm Strich werden die Entwicklungskosten deutlich reduziert, vor allem weil spätere und teurere Änderungen im Produktionszirkel unnötig werden. Ein produzierender Betrieb kann die Menge an Ausschlussartikeln mittels Rapid Prototyping maßgeblich verringern.

Produktentwicklung mit Risikokontrolle

Viele kleine und auch große Unternehmen verstehen Rapid Prototyping jedoch nur als ersten Schritt in einem modernen Fertigungsprozess. Wenn nämlich die Prototypen entwickelt, korrigiert und optimiert sind, legen viele Unternehmen zunächst Kleinserien ihrer Produkte auf, um deren Marktstärke zu testen. Zumeist werden für diese Kleinserien ebenfalls moderne Fertigungsprozesse verwendet. Das sogenannte Vakuumgießen steht hier für viele Unternehmen an erster Stelle, da auch hier die Kosten zunächst überschaubar ausfallen. Erst wenn sowohl die Prototypen als auch die Produkte der Kleinserie überzeugen und die Markttests positiv ausfallen, gehen die Herstellerunternehmen zur Großproduktion über. Auf diese Weise reduzieren sie das wirtschaftliche Risiko bei neuen Produkten deutlich.

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