Bouw een Winnend Prototype: Stapsgewijze Gids voor Snelle Productontwikkeling

Bij het ontwikkelen van een product kan het maken van een fysiek prototype je helpen met onderzoek, testen, financiering, en nog veel meer. En dankzij rapid prototyping dienstverleners als 3ERP, is het makkelijk om een betaalbaar prototype in een korte tijdspanne te maken.

Sommige bedrijven stellen prototyping uit simpelweg omdat ze niet weten waar ze moeten beginnen; ze weten niet welke technologieën of materialen ze moeten gebruiken, of ze weten niet wat voor prototypingpartner ze moeten kiezen.

Gelukkig is het maken van een prototype met een partner als 3ERP rechttoe rechtaan en pijnloos. Deze gids kijkt naar de basis van hoe je een prototype maakt en analyseert twee brede categorieën prototypes: conceptmodellen en functionele prototypes. Het geeft ook een overzicht van hoe het rapid prototypingproces werkt bij een prototype productiefaciliteit.

Wat is rapid prototyping?

Een prototype is een model, schets, mockup, of vroege versie van een fysiek product dat voor productie wordt gebouwd, en rapid prototyping is het proces van het ontwikkelen van een prototype in de kortst mogelijke tijdsframe.

Er zijn verschillende redenen waarom bedrijven een prototype nodig kunnen hebben, en verschillende technologieën kunnen gebruikt worden om het te bouwen: bij 3ERP richten we ons op CNC-bewerking, 3D-printen, gieten, gieten en bladmetaalbewerking, en sommige prototypes vereisen een combinatie van processen als ze meerdere componenten bevatten.

Rapid prototyping helpt bedrijven hun product sneller op de markt te brengen. Door het prototype snel te bouwen, kan het bedrijf processen als marktonderzoek en mechanische testen versnellen, waarin prototypes doorgaans vereist zijn, en de eindstages van productontwikkeling eerder dan later bereiken.

Conceptmodellen

Focus: Visuele aantrekkingskracht, communicatie van basisideën, laagst mogelijke kosten

Typische processen: 3D-printen, CNC-bewerking, vacuümgieten, bladmetaal, andere

Veel prototypes worden gebouwd om een visuele of esthetische functie te bieden. Prototypes van dit type hoeven niet te werken, maar ze moeten een nauwkeurige visuele indruk geven van het eindproduct.

Een prototype gebouwd voor visuele doeleinden kan een conceptmodel, display prototype of looks-like prototype genoemd worden. Het kan gebruikt worden om een toekomstig product te demonstreren aan potentiële investeerders, of om marktonderzoek te doen bij potentiële klanten. Het kan ook gebruikt worden om ideeën over te dragen aan andere interne afdelingen in een bedrijf.

Aangezien conceptmodellen niet functioneel hoeven te zijn, is het mogelijk om bepaalde productieprocessen te gebruiken die niet voor eindonderdeelproductie gebruikt mogen worden. De focus ligt puur op het maken van een goedkopend prototype tegen de laagst mogelijke prijs.

Om die reden wordt 3D-printen soms gebruikt voor conceptmodellen: geprinte onderdelen zijn misschien niet sterk genoeg voor eindgebruik, maar ze kunnen snel naar een hoge visuele standaard gemaakt worden. Vacuümgieten wordt ook meestal gebruikt voor lage-sterkte, visueel aantrekkelijke prototypes. Dat gezegd hebbende, kunnen CNC-bewerking en bladmetaalbewerking vaak goedkoper en/of meer geschikt zijn voor bepaalde projecten, en er is een grote mate van flexibiliteit.

Bedrijven kunnen ook goedkope materialen gebruiken voor hun conceptmodel, aangezien het materiaal geen krachten hoeft te weerstaan of een mechanische functie uit te voeren. Om echter een indrukwekkend uiterlijk te behouden – om een goedkope kunststof metallisch te laten lijken, bijvoorbeeld – kan professionele oppervlakteafwerking worden toegepast.

Een voorbeeld van een conceptmodel

Functionele prototypes

Focus: Validatie, mechanische testen, pre-productie

Typische processen: CNC-bewerking, spruitgieten, bladmetaal, andere

Prototypes kunnen ook functioneel zijn in tegenstelling tot puur visueel. Functionele prototypes worden doorgaans gebouwd om te valideren fysieke aspecten van een product – materiaalkeuze, bijvoorbeeld – of om mechanische testen uit te voeren. Ze kunnen ook gebruikt worden om de functie van het product te demonstreren aan interne medewerkers, klanten, investeerders, etc.

Als gebruikt voor testen, kan een functioneel prototype weinig rekening houden met esthetiek. Bijvoorbeeld, functionele prototypes kunnen ongeverfd, onafgewerkt zijn, of bepaalde kenmerken en details missen. Echter, late-fase of pre-productie prototypes kunnen zowel functionele als esthetische kenmerken bevatten om zo dicht mogelijk bij het eindproduct te zijn.

Functionele prototypes die mechanische testen ondergaan, hebben over het algemeen nodig om gemaakt te worden met materialen en processen die dicht bij die in productie liggen, anders is de test niet nuttig.

Als het prototype ook samenstellingsmetaaltoetsen moet ondergaan, dan is het kiezen van een productie-graad materiaal cruciaal. Productieprocessen als CNC-bewerking en spruitgieten worden vaak gebruikt voor functionele prototypes, aangezien 3D-geprinte onderdelen vaak de vereiste sterkte missen en de mechanische prestaties van het productieonderdeel niet weerspiegelen.

Voor niet-demonstratieve functionele prototypes, hoeven oppervlakteafwerkingen alleen toegepast te worden als ze bijdragen aan de functie van het product, en schilderen, toepassen van branding etc. mogen weggelaten worden.

Een voorbeeld van een functioneel prototype

Het rapid prototypingproces

Bij 3ERP begint het rapid prototypingproces zodra we een bestelling hebben definitief gemaakt en alle benodigde informatie en digitale bestanden hebben ontvangen.

Wat er daarna gebeurt hangt uiteindelijk af van het gekozen productieproces, wat afhangt van het type prototype (conceptmodel vs functioneel), het vereiste materiaal, en het aantal benodigde eenheden. Elk geval is anders, en we kunnen met de klant samenwerken om de beste aanpak voor elk rapid prototyping order te bepalen.

Ongeacht het proces, worden de prototypes onderworpen aan kwaliteitscontroleprocedures en krijgen ze eventuele benodigde nabewerkingsstappen, zoals verwijdering van supportmateriaal en toepassing van gewenste oppervlakteafwerkingsbehandelingen, zoals anodiseren of schilderen.

Prototypes worden dan zo snel mogelijk naar de klant verzonden, zodat ze door kunnen gaan met hun productontwikkeling.

Hieronder volgt een overzicht van de verschillende processen die we voor rapid prototyping gebruiken.

CNC-bewerking

Voor CNC-gebeurde prototypes kunnen we snel starten, door de juiste materialen te verkrijgen en het digitale bestand naar de CNC-machine te sturen voor frezen, draaien, EDM, etc.

CNC-bewerking is goed voor rapid prototyping omdat het een één-staps proces is: geen tooling vereist; het rauwe materiaal gaat erin en het prototype komt eruit. Dit maakt het proces erg snel, naast het produceren van prototypes van hoge kwaliteit met een hoog detailniveau.

Bewerking is ook materiaal veelzijdig. Het proces is geschikt voor prestatiemetalen en kunststoffen, en bewerkte onderdelen kunnen diverse oppervlakteafwerkingsbehandelingen ondergaan.

3D-printen

3D-printen, een laag-voor-laag additief proces, wordt vaak gebruikt voor conceptmodellen maar zelden voor functionele prototypes.

Echter, er zijn verschillende vormen van 3D-printen te overwegen: FDM, SLS en SLA voor kunststofonderdelen, SLM en DMLS voor metaalonderdelen. Metaal AM-processen kunnen hoogsterkte onderdelen produceren met goede mechanische prestaties, en kunnen daarom gebruikt worden voor functionele prototypes.

Voordelen van 3D-printen zijn complexe geometrieën, lage kosten, en snelle doorlooptijden. Het is meest geschikt voor éénmalige prototypes in plaats van batches.

Vacuümgieten

Vacuümgieten, ook urethane gieten genoemd, is een laagkostalternatief voor spruitgieten dat veel goedkoper is dan spruitgieten in lage hoeveelheden. Het is daarom geschikt voor rapid prototyping, ondanks de lage mechanische prestaties van onderdelen.

Het proces wordt meestal gebruikt voor conceptmodellen, aangezien het een hoogwaardige oppervlakteafwerking produceert die vergelijkbaar of superieur is aan spruitgieten.

Spruitgieten

Als prototypes gemaakt worden door spruitgieten, moeten we eerst een vorm maken, en dit vereist enige complexe CAD-ontwerp aan onze kant, waar we een omgekeerde versie van het prototype maken met de benodigde scheidingslijnen, spruiten, etc.

Zodra we deze metalen vorm hebben gebouwd, door rapid tooling met een CNC-bewerkingscentrum, kunnen we beginnen met het maken van de kunststof gegoten prototypes.

Vanwege deze extra productiefase is spruitgieten alleen echt kosteneffectief wanneer een grote hoeveelheid prototypes vereist is (zie Schaalvoordeel overwegingen hieronder). Het heeft echter veel voordelen: uitstekende oppervlakteafwerking, goede sterkte, en gelijkenis met eindonderdelen.

Bladmetaalbewerking

Bladmetaalprototypes kunnen in een verscheidenheid aan metalen gemaakt worden met korte doorlooptijden. Deze prototypes zijn vaak vergelijkbaar met eindgebruiksonderdelen en kunnen voor testen gebruikt worden.

Bladmetaalbewerking is geschikt voor specifieke producten zoals beugels, behuizingen, en panelen en wordt niet typisch uitwisselbaar gebruikt met andere metaalproductieprocessen.

Schaalvoordeel overwegingen

Het kiezen van een productieproces hangt vaak af van het aantal benodigde eenheden. Soms is het nodig om in te boeten en een ander proces te kiezen als de eenheidshoeveelheid geen economisch zin heeft.

Hoewel er veel uitzonderingen zijn, geeft deze tabel een ruw idee van het aantal eenheden dat geschikt is voor bepaalde processen. (Bladmetaalbewerking is uitgesloten, aangezien bladmetaalonderdelen en prototypes meestal specifiek voor bladmetaalprocessen ontworpen zijn.)

Hoe je een prototype maakt, stap voor stap

Conceptualiseren

De eerste fase van het maken van een prototype, voordat je het ontwerpt, is bepalen wat er vereist is. Deze fase kan marktonderzoek en brainstormen over potentiële eisen omvatten.

Ontwerpen

Tenzij een ruwe handgemaakte mockup alles is wat nodig is, is CAD-software vereist om een prototype te ontwerpen. CAD stelt exacte herhaling en eenvoudige wijziging toe, en bestanden kunnen omgezet worden in een machine-leesbaar formaat voor directe productie. Zonder ontwerpervaring kan professionele productontwerpdiensten nodig zijn.

Kies materiaal, technologie, afwerking

Materiaal, technologie en oppervlakteafwerking moeten allemaal vanaf het begin overwogen worden, aangezien deze factoren het CAD-ontwerp zullen informeren. De definitieve selecties kunnen echter na de ontwerpfase gemaakt worden.

Bouwen

Een werkbaar CAD-bestand en een lijst met materialen, technologieën en oppervlakteafwerkingen moeten naar de prototyping specialist gestuurd worden, die dan de fabricage van het prototype kan starten.

Opnieuw prototypen

Zodra het prototype zijn doel heeft vervuld, kan het nodig zijn om een ander te ontwikkelen, afhankelijk van de huidige fase van de productontwikkeltijdlijn. Bijvoorbeeld, een conceptmodel, eenmaal gevalideerd, kan opgevolgd worden door een mechanisch prototype.

3ERP is een specialist in rapid prototyping en heeft gewerkt met een breed scala aan klanten over veel industrieën. Neem contact op voor een gratis offerte.