Ein Prototyp erleichtert die Kommunikation über entstehende Produkte zwischen Unternehmen und ihren Kunden sowie zwischen Unternehmensabteilungen. Durch Rapid Prototyping gelingt die Anfertigung von Modellen schneller und kostengünstiger als bei anderen Formen des Prototypings.

Basierend auf Grundlagenwissen zu Prototyping und Arten von Prototypen zeigt dieser Beitrag die Vorteile das Rapid Prototyping Verfahrens sowie seine Anwendungsbereiche in der Wirtschaft und stellt häufig verwendete Techniken vor.

Die Themen im Überblick:

• Ein Prototyp entsteht: Grundlagen des Prototypings
• Vorteile und Prototyping Verfahren
• Rapid Prototyping: schnell und kostengünstig
• Anwendungsgebiete
• Mögliche Rapid Prototyping Verfahren
• Stereolithografie und digitale Lichtverarbeitung
• Selektives Lasersintern, selektives Laser schmelzen und Binder Jetting
• Schmelzschichtung
• Das Thema Rapid Prototyping im Web

Ein Prototyp entsteht: Grundlagen des Prototypings

Ein Prototyp entsteht: Grundlagen des Prototypings

Der Vorteil eines Prototyps lässt sich am einfachsten am Beispiel erklären:

Michael B. hat kürzlich seinen Meisterabschluss im Friseurhandwerk erworben und eröffnet einen Barbershop. Damit seine potenziellen Kunden alle notwendigen Informationen finden, lässt er eine Webseite erstellen. Allerdings weiss er nicht, wie diese aussehen soll.

Susanne, die sich in ihrer Firma um das Design von Webseiten kümmert, schlägt einen One-Pager vor. Damit Michael sich das vorstellen kann, zeichnet sie ihm eine Skizze auf Papier. Sie nennt das einen Lo-Fi-Prototyp, der sich noch stark von Michaels fertiger Webseite unterscheidet. Dieser analoge Prototyp gefällt Michael, er würde aber lieber jede seiner Dienstleistungen auf einer eigenen Seite detailliert beschreiben.

Basierend auf Michaels Feedback erstellt Susanne eine zweite Version am Computer. Nebenbei erklärt sie ihm, dass es sich dabei um einen Mid-Fi-Prototyp handelt, der den möglichen Look seiner Webseite bereits genauer widerspiegelt. Susannes digitaler Prototyp gefällt Michael besser als der analoge Entwurf und die beiden einigen sich auf das grundlegende Design. Details wollen sie das nächste Mal besprechen.

In der Zwischenzeit reicht Susanne ihr digitales Modell an ihre Kollegin Hannah weiter. Bis zum nächsten Treffen soll diese ein interaktives Modell der Webseite auf Basis von Michaels letztem Feedback erstellen. Herauskommen soll ein nativer Hi-Fi-Prototyp, der dieselbe Technologie wie Michaels künftige Webseite nutzt, fast fertig aussieht und von ihm probeweise bedient werden kann. Falls Michael keine weiteren Änderungswünsche hat, wird die endgültige Webseite programmiert.

Vorteile und Prototyping Verfahren

Michaels Geschichte zeigt viele der Vorteile eines Prototyps. Er:

• hilft bei der Ideenfindung,
• kann je nach Reifegrad der Idee mehr oder weniger detailliert sein,
• stellt ein Produkt visuell oder funktional dar,
• hilft bei der Optimierung des Produkts,
• erleichtert die Kommunikation und
• dient als Modell für weitere Arbeitsschritte.

Ein Prototyp hilft zudem, den Arbeitsaufwand umfangreicher Projekts abzuschätzen.

Susanne verwendet in diesem Beispiel das sogenannte Extrem-Prototyping, bei dem sie zuerst das Design erarbeitet, bevor die funktionale Seite folgt. Es gibt noch andere Formen des Prototypings wie das evolutionäre Prototyping oder das inkrementelle Prototyping. Auch das Rapid Prototyping kann für Software verwendet werden. Welche Form Susanne wählt, hängt von der vorhandenen Zeit, den Bedürfnissen des Kunden sowie seinem Budget ab.

Die 3D-Druckmaschine macht das 3D-Prototypmodell aus Harzmaterial. Die Hightech-Methode für schnelle Prototypen durch 3d-Druckmaschinen.

Rapid Prototyping: schnell und kostengünstig

Alle Formen des Prototyping teilen seine grundlegenden Vorteile.

Rapid Prototyping zeichnet sich – wie der Name suggeriert – durch seine Schnelligkeit aus.

Um beim Beispiel der Webseite zu bleiben:

Bei diesem Ansatz erstellt der UX-Designer zuerst ein Modell des Designs ohne Funktionen. Auf dieses Gerüst kann selten aufgebaut werden, weswegen diese Art des Prototypings auch die Bezeichnung Wegwerf-Prototyping trägt.

Häufig verwenden industrielle Betriebe Rapid Prototyping. Dafür setzen sie 3D-Druck und computergestütztes Design (CAD) ein. Dadurch ergeben sich weitere Vorteile:

• Präzision: CAD ermöglicht hochpräzises Arbeiten.
• Automatisierung: Maschinen bewältigen viele Schritte.
• Reduktion der Kosten: Durch die Automatisierung sparen die Unternehmen Kosten beim Personal.
• Schonung von Ressourcen: 3D-Druck und CAD verschwenden im Gegensatz zu konventionellen Verfahren wie dem Extrudieren, Fräsen oder Schleifen kein Material.
• Kein spezielles Werkzeug: Sämtliche Schritte werden durch CAD und 3D-Druck ausgeführt.

Anwendungsgebiete

Zu Beginn nutzte die Automobilbranche das Verfahren, um massstabsgerechte Modelle oder Autoteile zu fertigen. Mittlerweile hat sich das Anwendungsgebiet von Rapid Prototyping in der Schweiz auf viele Bereiche der Industrie ausgebreitet:

im Produktdesign, der Medizintechnik, der Luft- und Raumfahrt sowie der Verteidigungstechnik etwa.

Es gibt sogar auf die Herstellung von Prototypen spezialisierte Unternehmen. Auch die IT-Branche verwendet die Technik, um digitale Produkte visuell zu repräsentieren. Hierzu nutzt sie Rapid Prototyping Software wie Axure oder UXPin.

Allgemein gilt:

Je komplexer ein Produkt, desto wahrscheinlicher ist die Verwendung des Rapid Prototyping Verfahrens, denn diese Form des Prototypings unterstützt alle Teilschritte der Produktion.

Sie kommt bei der Erstellung eines Konzeptmodells während der Ideenfindung, als visuelle und später funktionale Repräsentation des späteren Produkts in der Testphase, als grundlegende Version des späteren Produkts und schliesslich als Sonderanfertigung des finalen Produkts zur Produktvalidierung zum Einsatz.

Stereolithographie Photopolymer DPL 3d Drucker

Mögliche Rapid Prototyping Verfahren

Modelle können durch verschiedene Rapid Prototyping Verfahren erstellt werden. Gemein ist den meisten, dass sie Prototypen schichtweise aufbauen. Dies nennt sich additive Fertigung. In der Produktion physischer Prototypen kommen sechs Fertigungsverfahren häufig zum Einsatz:

• Stereolithografie
• Digitale Lichtverarbeitung
• Selektives Lasersintern
• Selektives Laserschmelzen
• Binder Jetting
• Schmelzschichtung

Stereolithografie und digitale Lichtverarbeitung

Die Techniken der Stereolithografie und der digitalen Lichtverarbeitung nutzen Kunstharze.

Diese härten unter Bestrahlung durch einen ultravioletten Lichtstrahl aus. Die Stereolithografie nutzt dafür einen Laserstrahl, die digitale Lichtverarbeitung einen UV-Projektor. Zusätzlich sind Stützstrukturen nötig und das entstandene Modell muss anschliessend aushärten.

Der Vorteil dieser Methoden liegt in der grossen Auswahl an Kunstharzen mit unterschiedlichen optischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften.

Selektives Lasersintern, selektives Laser schmelzen und Binder Jetting

Die Verfahren des selektiven Lasersinterns, selektiven Laserschmelzens und des Binder Jettings nutzen ein Pulverbett. Industriebetriebe setzen am häufigsten das selektive Lasersintern mit Polymerpulver ein.

Die nicht ausgehärteten Bereiche des Pulverbetts stützten das entstehende Modell, was besonders komplexe Teile ermöglicht.

Die Oberfläche ist rauer als bei der Stereolithografie und kann eine Nachbearbeitung nötig machen.

Während selektives Lasersintern und -schmelzen zum Verfestigen des Pulvers auf Laser setzen, nutzt das Binder Jetting mikrofeine Flüssigkeitstropfen. Die Verwendung einer Walze verdichtet die Schichten zusätzlich. Das fertige Modell härtet im Ofen weiter aus. Dort verschmilzt das Pulver, während das Bindemittel abbrennt. Mit Binder Jetting ist es möglich, mehrere Teile gleichzeitig zu drucken.

Schmelzschichtung

Die Schmelzschichtung kommt häufig ausserhalb der Industrie zum Einsatz. Bei dem Verfahren wird ein thermoplastisches Filament geschmolzen, sodass flüssiger Kunststoff entsteht, den ein computergesteuerter 3D-Druckkopf schichtweise ablegt. Schmelzschichtung eignet sich weniger für komplexe Modelle, da die Auflösung im Vergleich zu Laser-gesteuerten Verfahren niedriger ist.

Das Thema Rapid Prototyping im Web

• • vonallmen.ch: Rapid Prototyping, Seriennahe Prototypen innert Tagesfrist – Kurze Lieferfristen und seriennahe Prototypen in der Produktentwicklung
  • schweiz-kantone.ch: Rapid Prototyping für Dummies – Die Schweiz ist bekannt für Ihre Industrie und Ihre Präzision. Doch wissen wir, was oft für eine Arbeit hinter dieser Präzision steckt? Hier ein Beispiel zum Thema Rapid Prototyping.
  • industrie-produkte.ch: Der Formenbau und seine Geschichte– wie kamen die Menschen eigentlich darauf, Gegenstände und Materialien nicht zusammenzubauen, sondern zusammenzugiessen? Die Geschichte des Formenbaus reicht weit zurück.

© raeber-marketing-blog.ch, Autorenteam, Sarah Marchetti , 16.12.2022