Rapid Prototyping - Möglichkeiten im Tiefziehen
Rapid Prototyping wird in der Produktentwicklung für die schnelle Vorab-Erstellung von Mustern verwendet. Insbesondere im Tiefziehen bietet Rapid Prototyping eine Fülle von Möglichkeiten, um schnell und kosteneffizient hochwertige Prototypen zu erstellen.
Sarah Guaglianone
4. April 2024
Was ist Rapid Prototyping?
Rapid Prototyping oder Fast Prototyping (übers. schnelle Prototypenherstellung) bezieht sich auf den Prozess der schnellen und effizienten Erstellung physischer Modelle oder Prototypen eines Bauteils oder einer Baugruppe basierend auf dreidimensionalen CAD-Daten / Konstruktionsdaten. Der Prototyp dient als erste Version des Produkts, das vor der Massenproduktion gründlich getestet und gegebenenfalls überarbeitet wird.
Wozu dient Rapid Prototyping?
- Schnelligkeit: Durch den Einsatz von Rapid Prototyping können Prototypen in kürzester Zeit hergestellt werden, was den Entwicklungsprozess erheblich beschleunigt.
- Flexibilität: Der Rapid Prototyping Prozess ermöglicht es, schnell Änderungen oder Korrekturen an Prototypen vorzunehmen, um das Endprodukt zu verbessern.
- Kürzere go to market Zeiten: Die Herstellung und Lieferung von Prototypen verkürzt sich durch die Anwendung von Rapid Prototyping. Das führt dazu, dass Produkte schneller auf den Markt gebracht werden.
Rapid Prototyping Vorteile
- Frühes Erkennen von Verbesserungen im Designprozess
- Kosteneffizienz
- Hohe Präzision dank computergestütztem Design
- Reduziertes Risiko teurer Fehler
- Ermöglichung der Präsentation und Feedback mit physischen Prototypen
- Integration von kostengünstigen Kundenanforderungen
Welche Arten von Rapid Prototyping gibt es im Tiefziehen?
Es bieten sich beim Rapid Prototyping 4 Optionen an, abhängig vom Sinn und Zweck der Muster:
Rapid Prototyping mit 3D-Druck Werkzeug
Der Einsatz von 3D-gedruckten Werkzeugen ist häufig zur Bemusterung wichtiger Teilsegmente in Tiefziehprozessen anzutreffen. Aufgrund der auftretenden Temperaturen und Belastungen während des Tiefziehens können jedoch nur eine kleine Anzahl an Mustern aus einem 3D-gedruckten Werkzeug hergestellt werden.
- Maximale Anzahl der Muster: 1-3 Stück
- Fertigungszeitraum (best case): 3-5 Arbeitstage
- Preis: €€€€€
Anwendungsbereiche
Der Einsatzbereich liegt daher im Test von Formnest-Passungen, sehr schnell benötigten Prototypen innerhalb weniger Tage, sowie eine Kleinserie im Standard-Material.
Übersicht der Vorteile und Nachteile von Rapid Prototyping mit 3D-Druck Werkzeugen
| Vorteile beim Rapid Prototyping mit 3D-Druck | Nachteile beim Rapid Prototyping mit 3D-Druck |
|---|---|
| 3D-gedruckte Werkzeuge sind oft kostengünstig | Der 3D-Druck, abhängig vom gewählten Verfahren, hat eine spezifische Oberfläche, die bei unbearbeitetem 3D-Druck in der Oberfläche des Tiefziehteils zu sehen sein wird. Optische Teile scheiden daher für Prüfungs- oder Vorführzwecke beinahe unwillkürlich aus. Auch sind durch das Schichtverfahren bei FDM keine realistischen Kanten und Radien zu erschaffen, was die Aussagekraft weiter schmälert |
| Schnelle Durchführung von Passformtests bei Tray-Formnestern | Einige Materialien, wie bsp. PP, lassen sich nur optimal unter Verwendung von temperierten Serienwerkzeugen formen |
Rapid Prototyping mit Musterwerkzeug aus Ureol
Ureol ist ein Blockmaterial für den Modellbau. Werkzeuge aus Ureol können entweder Teilsegmente oder das gesamte Endprodukt abbilden. Das Resultat ähnelt oft schon sehr den Serien-Tiefziehteilen aus Aluminiumwerkzeugen. Die Fräszeiten für die Herstellung von Ureol-Werkzeugen sind zwar vergleichbar lang wie bei Aluminium, jedoch ist das Material kostengünstiger.
Aufgrund der geringeren Hitze- und Druckbeständigkeit von Ureol sind jedoch nur wenige Muster möglich.
- Maximale Anzahl der Muster: 5-10 Stück
- Fertigungszeitraum (best case): 1-2 Wochen
- Preis: €€€€€
Anwendungsbereiche
Das Resultat ist ein zum 3D-Druck optimiertes Musterergebnis, das minimal länger dauert und minimal mehr kostet.
Übersicht der Vorteile und Nachteile von Rapid Prototyping mit Musterwerkzeugen aus Ureol
| Vorteile beim Rapid Prototyping mit Musterwerkzeug aus Ureol | Nachteile beim Rapid Prototyping mit Musterwerkzeug aus Ureol |
|---|---|
| Die hergestellten Muster sind nahezu serienreif, weisen jedoch geringfügige Qualitätsunterschiede im Vergleich zu Aluminiumwerkzeugen auf | Zusätzliche Kosten: Das Ureol-Werkzeug fungiert lediglich als Zwischenschritt vor der Produktion des Serienwerkzeugs |
| Der Preis liegt nur bei etwa 20-30% des Preises eines Serienwerkzeugs, je nach Kontur und Komplexität der Fräsarbeiten | Das Serienwerkzeug wird erst nach Genehmigung angefertigt, wodurch sich der Projektzeitplan um weitere 2-3 Wochen verlängert |
Rapid Prototyping mit Teilsegment-Serienwerkzeug
Ein Teilsegment-Aluminiumwerkzeug bildet das Ergebnis Ihres Tiefziehteils optimal ab und ermöglicht Kostenersparnisse im Vergleich zur Serienproduktion. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung eines einfachen Werkzeugs anstelle eines Mehrfach-Kavitäten-Werkzeugs erreicht werden.
Bitte beachten: Das Musterwerkzeug stellt einen Zwischenschritt zum Aluminium-Serienwerkzeug dar, und die zusätzliche Zeit für dessen Herstellung muss im Projektplan berücksichtigt werden.
- Maximale Anzahl der Muster: unbegrenzt
- Fertigungszeitraum (best case): 2-3 Wochen
- Preis: €€€€€
Anwendungsbereiche
Test eines Teilsegments unter Serienwerkzeug Voraussetzungen liefert das realistischste Ergebnis zum Serienergebnis. Die Learnings sollten möglichst vom Teilsegment auf das komplette Tray abstrahiert werden können.
Übersicht der Vorteile und Nachteile von Rapid Prototyping mit Teilsegment-Serienwerkzeugen
| Vorteile beim Rapid Prototyping mit Teilsegment-Serienwerkzeugen | Nachteile beim Rapid Prototyping mit Teilsegment-Serienwerkzeugen |
|---|---|
| Das Teilsegment reproduziert die Konturen in einer Qualität, die der Serienproduktion nahekommt | Die Herstellung des Serienwerkzeugs erfolgt erst nach Freigabe, wodurch sich der Projektzeitplan um weitere 2-3 Wochen verlängert |
| Je nach Größe beträgt der Preis nur einen Bruchteil des gesamten Serienwerkzeugs | / |
| Nach Freigabe kann das Teilsegment für die Serienproduktion angepasst werden | / |
Rapid Prototyping mit Serienwerkzeug
Das Serienwerkzeug aus Aluminium wird auch zur Herstellung von Freigabemustern verwendet. Die Tiefziehteile aus diesem Werkzeug werden unter optimalen Bedingungen hinsichtlich Verstreckung, Hitze- und Kühlverhalten produziert.
Insbesondere bei mittleren bis hohen Produktionsmengen ist die Produktionsrate pro Zeiteinheit preislich entscheidend, weshalb oft mit großen Mehrfachnutzen-Werkzeugen gearbeitet wird.
- Maximale Anzahl der Muster: unbegrenzt
- Fertigungszeitraum (best case): 2-6 Wochen (abhängig von Größe, Aufbau und Nutzenanzahl, sowie speziell benötigter Komponenten auch bis zu 10 Wochen möglich)
- Preis: €€€€€
Anwendungsbereich
Serienwerkzeuge sind in der Erstellungszeit natürlich die Prototyping Methode, die am längsten dauert. Daher wird sie vordergründig für die Freigabe des Serienprodukts vor Serienanlauf verwendet – nicht unbedingt für die empirische Ermittlung von prüfungsrelevanten Stellen, wie Muster-Varianten 1-3.
Übersicht der Vorteile und Nachteile von Rapid Prototyping mit Serienwerkzeugen
| Vorteile beim Rapid Prototyping mit Serienwerkzeugen | Nachteile beim Rapid Prototyping mit Serienwerkzeugen |
|---|---|
| Hochwertige Serienqualität der Tiefziehteile | Möglicher Aufwand für Nachbearbeitungen am Serienwerkzeug |
| Keine zusätzlichen Werkzeugkosten vor Beginn der Serienproduktion | Serienwerkzeuge haben die längste Herstellungszeit, daher ist es ratsam, bei dringend benötigten Mustern eine vereinfachte Variante zu bevorzugen |
| Muster sind in der Regel im Preis des Serienwerkzeugs enthalten | / |
| Zeitliche Ersparnis, da keine zusätzlichen Freigabeschritte erforderlich sind | / |
Rapid Prototyping Anwendungen
Rapid Prototyping im Tiefziehen findet in einer Vielzahl von Branchen Anwendung, darunter:
- Automotive: Prototypen von Fahrzeugteilen wie Armaturenbrettern, Türverkleidungen und Stoßfängern können schnell und kostengünstig hergestellt werden.
- Medizin und Pharma: Die Herstellung von Prototypen von medizinischen Geräten und Gehäusen ermöglicht es Herstellern, neue Produkte schnell zu entwickeln und zu testen.
- Verpackungsindustrie: Prototypen von Verpackungen und Kunststoffbehältnissen können erstellt werden, um deren Funktionalität und Ästhetik zu testen, bevor sie in Massenproduktion gehen.
Rapid Prototyping im Tiefziehen - Ein Fazit
Rapid Prototyping im Tiefziehen bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten, um schnell und kosteneffizient hochwertige Prototypen von Teilen und Komponenten zu erstellen. Durch die Kombination von Schnelligkeit und Flexibilität vereinfacht der Rapid Prototyping Prozess die Produktentwicklung und ermöglicht es formary, innovative Produkte schneller auf den Markt zu bringen.
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