De Juiste Snel Prototypering Proces Kiezen voor Nieuwe Product Succes

Het succes of falen van een prototype hangt af van uw selectie van snel prototyperingsprocessen voor de nieuwe productontwikkeling. Er zijn diverse manieren waarop engineering productontwerp prototypes gemaakt kunnen worden, variërend van simpele karton mock-ups tot volledig gefreesde metaal sub-assemblages.

Prototyping is cruciaal voor elk engineering productontwerp, met name nieuwe productontwikkeling. Het is het proces van het maken van ruwe modellen van het product, bijvoorbeeld om de functionaliteit, vorm, grootte etc. te testen. Lees meer over de diverse typen prototypes en hun belang hier.

Dit artikel gaat over onderdeel-gebaseerde prototypes, namelijk hoe individuele onderdelen gemaakt kunnen worden om systeem-niveau product prototypes te creëren.

5 Sleutelfactoren bij Selectie van een Snel Prototypering Proces

Prototypes variëren op zoveel manieren aangezien elk project, product en productontwerp-element anders is. Aangezien het succes van elk prototype zal afhangen van de selectiecriteria van prototyperingsprocessen, moeten deze 5 sleutelfactoren overwogen worden aan het begin van elke snel prototyperingsprocesselectie.

1. Doel
2. Kwaliteit
3. Hoeveelheid
4. Complexiteit
5. Budget/kosten

Laten we in deze sleutelfactoren duiken om te begrijpen waarom ze essentieel zijn bij het kiezen van uw volgende prototyperingsproces.

1. Doel

Binnen een engineering productontwerp- en ontwikkelproject worden prototypes voor vier doeleinden gemaakt, volgens Ulrich en Eppinger (2008). Zij zijn Leren, Communicatie, Integratie en Mijlpalen. Deze doeleinden van het prototypen zullen variëren afhankelijk van welke van de 4 nieuwe productontwikkeling (NPO) stadia u in bent. Elk stadium van de NPO zal zijn eigen kenmerk- en functionaliteitsvereiste hebben om risico te elimineren. Dit zal dan de fideliteitstype van het vereiste prototype definiëren, wat de kwaliteit van het prototype is die later besproken wordt.

Eerst zou het afhangen van de geplande tests of risicomitatie-oefeningen zoals testtypen, klantinteractie-feedback etc. Als het product door rigoureuze testen, buitenlandse implementatie en productverificatie zou gaan, dan zou de materiaalselectie een sleutelrol spelen in de selectie van prototyperingstechnieken.

Tweedens, elk functioneel aspect dat u op uw prototype wilt hebben, moet overwogen worden. Plannet u functionele tests of heeft u bewegende delen? Dit zal de selectie en montage dicteren.

Derde, wijzigingen en modificaties. Het is hoogst onwaarschijnlijk dat uw prototype een succes zal zijn zonder een paar aanpassingen. Overweeg dus hoe gemakkelijk of moeilijk het zou zijn om te wijzigen om de prototypes werkend te krijgen.

NPO Stadium

• Productplanning en Opdrachtverheldering

  • Dit stadium vereist doorgaans heel vroege proof-of-concept mock-ups, demonstratie-eenheden en industriële ontwerp-prototypes
  • Prototyperingstechnieken
    • CNC gefreesde schuimmodellen
    • Karton mock-ups
    • 3D-geprinte onderdelen en assemblages (FDM, SLA, SLS etc)

• Conceptueel Ontwerp

  • In dit stadium heb je waarschijnlijk geschaalde onderdelen of assemblages van het ontwerp nodig samen met enige gebruikersinterface en beperkte functionaliteit
  • Opnieuw, FDM-onderdelen zijn geweldig om een gevoel voor vorm en grootte te krijgen. Als je meer nauwkeurigheid nodig hebt, kun je naar het volgende niveau van 3D-printen gaan namelijk SLA, SLS en polyjet-onderdelen. Als de onderdelen metaal zijn, is CNC in dit stadium je beste optie. In sommige gevallen is plaatmetaalbewerking ook de moeite waard om te overwegen

• Embodiment Ontwerp

  • Dit is de ontwikkelfase waar je volledig functionele (vorm, pasvorm en functie) prototypes moet verkennen, dus details zijn belangrijk. In dit stadium is het meer dan waarschijnlijk dat de prototypes werkende assemblages gaan zijn die veel onderdelen bevatten
  • In dit stadium heb je ook meer dan één eenheid nodig voor testdoeleinden, en het is ook de moeite waard om de eindfabricagetechnieken te overwegen zodat ze gesimuleerd kunnen worden
  • Overweeg vacuumgieten en hoge-resolutie 3D-printen zoals SLS en SLA voor plastic onderdelen
  • SLM/DMLS-onderdelen zijn ideaal voor het simuleren van gietonderdelen (Zand, lost-wax en drukgieten)

• Gedetailleerd Ontwerp

  • Elk prototype gemaakt tijdens deze fase is meer dan waarschijnlijk bedoeld voor functionele tests en zal ook voor pre-productie pilot runs zijn
  • Injectiegiet-onderdelen kunnen geprototyped worden met vacuumgieten terwijl gefreesde plastic onderdelen 3D-geprint kunnen worden

2. Kwaliteit

Zoals eerder besproken zal de fideliteit of nauwkeurigheid van het product die vereist is, dicteren wat voor type proces en nabewerking je nodig hebt. De kwaliteit van het prototype vergeleken met je eindproduct of subonderdeel moet ook overwogen worden. Aangezien hoge-fideliteit prototypes meer kosten, moeten ze overwogen worden in termen van return on investment.

Bijvoorbeeld, als je een draad-kenmerk op een onderdeel hebt, is SLA beter dan FDM maar zou meer kosten.

De levensduur van het prototype is ook cruciaal bij het beslissen over de technologie. Bijvoorbeeld, als de onderdelen bevestigingsmiddelen hebben die frequent gebruikt zullen worden, dan zijn gefreesde of metaal inserts een betere optie dan 3D-geprinte draad of zelfsnijgende gaten.

Materiaalselectie speelt ook een vitale rol in termen van de kwaliteit van het prototype. Als de functionele elementen gelinkt zijn aan speciale materiaaleigenschappen, zoals oppervlakte-afwerking en duurzaamheid, dan is het kiezen van additief geproduceerde onderdelen misschien niet de beste keuze. De algemene materiaalkeuzes voor de verschillende fabricagemethoden zijn als volgt:

Als het prototype uit meer dan één onderdeel bestaat, dan zal de tolerantie van de geprototypede onderdelen overwogen moeten worden voor gemakkelijke integratie.

3. Hoeveelheid

Het aantal benodigde prototype-onderdelen is essentieel bij het beslissen over het proces aangezien sommige prototyperingstechnologieën alleen kosteneffectief zijn voor kleinere hoeveelheden. Voor additieve fabricage-onderdelen speelt volume ook een cruciale rol in kostenberekening omdat grotere onderdelen meer tijd zullen vereisen om te printen vergeleken met kleinere onderdelen. Als vuistregel gelden de volgende regels.

Plastic onderdelen

Metalen onderdelen

4. Complexiteit

De complexiteit van het onderdeel en de ingewikkeldheid van de kenmerken zullen ook de snelle prototype processelectie dicteren. Additieve fabricage is goed voor het produceren van zeer ingewikkelde kleine onderdelen, maar men moet voorzichtig zijn over het eindontwerp vanwege ingewikkeld betekent zeer dure massaproductie.

Let op dat deze toleranties en minimale wanddikte typische waarden zijn en enorm variëren afhankelijk van de materiaalkeuze en kenmerkontwerp.

Onderdelen die uiteindelijk geproduceerd worden door injectiegieten, diverse vormen van gieten kunnen geprototyped worden met 3D-printen terwijl gefreesde onderdelen 3D-geprint of geproduceerd kunnen worden met conventionele vormgevende of subtractieve fabricageprocessen.

5. Kosten

Tot slot, de beschikbare middelen; het doel van het prototype zou hand in hand gaan met de beschikbare middelen. Tijd, geld en man-uren nodig om de prototypes te fabriceren en werkend te krijgen, moeten overwogen worden tijdens het kiezen van de snelle prototyperingstechnologie.

Te overwegen:

• Meestal zal de tijd verbruikt door nabewerking of om het onderdeel werkend te krijgen van lage-kwaliteit prototypes meer zijn dan die van hoge-kwaliteit prototypes
• Sommige processen zoals 3D-printen hebben misschien wat nabewerkingstijd nodig maar het is relatief sneller en goedkoper terwijl vacuumgieten onderdelen zou geven die bijna identiek zijn aan die van injectiegieten en zonder nabewerking gebruikt kunnen worden. Echter, dit zal duurder zijn met de gereedschapskosten
• De kosten van CNC zijn evenredig met de complexiteit van het onderdeel terwijl de kosten van AM recht evenredig zijn met het volume en de grootte
• De totale kosten zouden ook strak gekoppeld zijn aan de hoeveelheden meer voor een proces als CNC vanwege de hogere opstartkosten

Samenvatting

Nieuwe engineering productontwikkeling omvat bijna altijd het maken van prototypes om ideeën, functionaliteiten etc. te testen. Maar de kwaliteit van uw testen en daaropvolgende besluitvorming zal zeer afhangen van hoe goed uw prototype het eindproduct simuleert. Dus het selecteren van het juiste proces om het prototype te maken is cruciaal voor het succes van elk engineering product.

Eenmaal u een duidelijke begrip hebt van de bovenstaande 5 sleutelfactoren, kunt u beslissen over het type proces om te verkennen. Er zijn zoveel manieren waarop prototypes gemaakt kunnen worden, en elk prototyperingsproces zal zijn eigen voordelen en beperkingen hebben. Dus het kiezen van de juiste is vitaal voor uw prototyperingssucces.

Snelle prototypering selectieproces stappen

• Definieer het doel van het prototype
• Stel het benaderingsniveau vast (kwaliteit en complexiteit)
• Lijn de evaluatiemethode en plan uit om hoeveelheden te identificeren
• Zorg dat uw kosten binnen uw prototypebudget blijven