Kernprincipes van fysiek prototypen voor productontwikkeling

De ontwikkeling van elk product begint met het ontwerpen van het product. Het conceptuele ontwerp wordt vervolgens omgezet in een fysiek prototype. De ontwikkeling van een fysiek prototype is een essentiële stap in de ontwikkeling van een nieuw product of nieuwe technologie. Het wordt meestal gemaakt om het ontwerp te evalueren en te testen door systeemanalisten.

Een fysiek prototype kan alles zijn van een eenvoudig handgemaakt model tot een volledig operationeel model dat vertegenwoordigt hoe het conceptuele ontwerp zal corresponderen met realistische omstandheden. Tegenwoordig zijn fysieke prototypes gemakkelijk te produceren door de introductie van diverse rapid prototyping technieken die tijd- en kostenbesparend zijn, waardoor een groot aantal effectieve fysieke prototypes in minder tijd gemaakt kunnen worden, wat veel klanten aantrekt door de betere esthetiek en afwerking van een fysiek prototype.

Typen fysieke prototypes

1. Werkend prototype

Een werkend prototype is een fysiek prototype ontwikkeld zodat het alle kenmerken van het conceptuele ontwerp vertegenwoordigt. Een werkend prototype is ook functioneel en zal corresponderen met realistische omstandigheden.

2. Visueel prototype

Een visueel prototype is een fysiek prototype dat alleen is ontwikkeld om het uiterlijk, de afmetingen en de vorm van het conceptuele ontwerp weer te geven. Een visueel prototype is niet bedoeld om de functionaliteit van het conceptuele ontwerp weer te geven.

3. Functioneel prototype

Een functioneel prototype lijkt op een werkend prototype, behalve dat het functionele prototype kan zijn ontwikkeld met een andere schaal en techniek dan die van het oorspronkelijke product.

4. Gebruikservaring prototype

Het is een type fysiek prototype ontwikkeld zodat het voldoende informatie biedt over het product dat wordt ontwikkeld, om door onderzoekers voor verdere onderdoeleinden te worden gebruikt.
Rapid Prototyping: Fysieke Prototyping Ontwikkeling

Prototype-ontwikkeling wordt meestal gedaan door de inzet van rapid prototyping technieken door fabrikanten. Deze rapid prototyping technieken zijn kosteneffectief en tijdbesparend. Bovendien zijn de prototypes die door deze technieken geproduceerd worden effectief en aantrekkelijk door hun esthetiek. Deze rapid prototyping technieken maken indruk op de industrieën en zijn een revolutie. De fabricage van het product wordt meestal gedaan door een 3D-printer of andere additieve laag productietechnologie door gebruik te maken van CAD-modeldata.

3D-printen is een veelvoorkomende rapid prototyping techniek tegenwoordig waarbij materiaal wordt gesolidificeerd onder de werking van een computer door gebruik te maken van data uit een CAD-model om het fysieke prototype te vormen. De 3D-printer wordt populair bij zowel domestische als industriële klanten omdat het materiaal dat in 3D-printen wordt gebruikt, gemakkelijk beschikbaar is en goedkoper vergeleken met andere productietechnieken.

De moderne modelsoftware helpt ook rapid prototyping. Deze software bewaart het CAD-model in AMF-formaat in plaats van STL-formaat wat minder fouten produceert vergeleken met STL-formaat. De interface van deze software is ook gebruiksvriendelijk wat het makkelijk maakt voor gebruikers om erop te ontwerpen.

CNC-machines worden ook ingezet door fabrikanten om het conceptuele model om te zetten in een fysiek prototype. Het is een numeriek gestuurde machine die G-codes en M-codes gebruikt voor snijden, boren, uitboren en andere productieoperaties. Het CAD-model wordt omgezet in productierichtlijnen met behulp van CAM-software. De transformatie van richtlijnen in G-codes en M-codes stelt de machine in staat om een zeer nauwkeurig fysiek prototype te produceren. Moderne CNC-machines die tegenwoordig worden gebruikt, zijn 5-assen wat het gereedschap in staat stelt om langs 5 verschillende assen tegelijkertijd te bewegen, wat de machine in staat stelt om hoog effectieve en nauwkeurige onderdelen te produceren.

Het verschil tussen de 3D-printer en CNC wordt gemarkeerd door het materiaal dat voor productie wordt gebruikt. CNC wordt over het algemeen gebruikt voor metalen prototypes, terwijl 3D-printer meestal ABS, PLA en zacht PLA gebruikt voor de ontwikkeling van fysieke prototypes. Bovendien gebruikt een typische 3D-printer veel minder ruimte vergeleken met een CNC, draaibank of precisieslijpmachine wat het een veel geschiktere optie maakt voor fabrikanten. Maar over het algemeen hangt de keuze van de rapid prototyping techniek meestal af van de keuze van materiaal voor het fysieke prototype. Andere rapid prototyping technieken die tegenwoordig worden ingezet zijn:

• Shape deposition manufacturing (SDM) (en Mold SDM)
• Solid ground curing (SGC)
• Selective laser sintering (SLS)
• Selective laser melting (SLM)
• Stereolithography (SLA)
• Ballistic particle manufacturing (BPM)
• Directed light fabrication (DLF)
• Direct-shell production casting (DSPC)
• Fused deposition modeling (FDM)
• Laminated object manufacturing (LOM)
• Laminated resin printing (LRP)

Belang van fysiek prototype

De ontwikkeling van het fysiek prototype is noodzakelijk voordat de ontwikkeling van een product begint. Een prototype helpt om veel factoren van het toekomstige product te bepalen dat moet worden ontwikkeld zoals hieronder beschreven:

1. Bepaling van productiekosten en -problemen

Door de ontwikkeling van een fysiek prototype vóór het begin van de daadwerkelijke productie, kunnen fabrikanten een kijkje nemen naar eventuele moeilijkheden die tijdens de productieoperaties kunnen ontstaan. Zo kan elke productieoperatie worden bewerkt of verwijderd. Dit maakt de productiekosten minimaal. En stelt de fabrikant in staat om de optimale methode te kiezen voor de ontwikkeling van het product die hem het minst zal kosten en foutloze en nauwkeurige producten zal produceren.

2. Evaluatie en testing van product

Een conceptueel ontwerp kan verschillen van het daadwerkelijke product wat veel problemen voor de fabrikant kan creëren. Dit kan opgelost worden door eerst een fysiek prototype te maken met een rapid prototyping techniek, zodat het conceptuele ontwerp in realistische omstandigheden getest kan worden. Dit stelt de fabrikant in staat om alle onderdelen te beoordelen en wijzigingen in het ontwerp kunnen dienovereenkomstig worden aangebracht. Bovendien kan elk onderdeel worden geëvalueerd en getest in realistische omstandigheden wat het makkelijk maakt voor de fabrikant om te kijken naar eventuele moeilijkheden die na de productie van het product kunnen ontstaan.

3. Verkoop van het product

Een fysiek prototype zal meer klanten aantrekken vergeleken met een puur ontwerp. De klant kan het product beter uitgelegd krijgen met het prototype vergeleken met het ontwerp. De klant zal de verborgen kenmerken van het product leren kennen door een functioneel prototype. Bovendien kan de esthetiek van het fysieke prototype door de inzet van rapid prototyping technieken gemakkelijk meer klanten aantrekken. Daarom kan de verkoop van het product voorspeld worden vóór de productie van het product.

4. Octrooi

Een nieuw ontwerp of product kan gemakkelijk geoctrooierd worden. Met een fysiek prototype in handen, is het gemakkelijk te zien welke kenmerken van het ontwerp geoctrooierd kunnen worden en welke delen bewerkt moeten worden om octrooibaar te zijn. Dit beschermt de fabrikanten tegen elke rechtszaak die tegen hen kan worden ingesteld in het geval van gelijkenis met een al geoctrooierd product. Bovendien is het veel makkelijker om de kernkenmerken aan een octrooigever te beschrijven met een fysiek prototype in plaats van een conceptueel ontwerp, zodat het octrooi ingediend kan worden.

Verschil tussen een prototype en het daadwerkelijke product

Hoewel ingenieurs en ontwikkelaars hun best doen om de verschillen tussen het prototype en het daadwerkelijke product te minimaliseren. Maar in het algemeen kan een prototype verschillen van het daadwerkelijke product in termen van het gebruikte materiaal, het bewerkingsproces, uiterlijk, etc.

Het materiaal dat voor het eindproduct wordt gebruikt, is duur en moeilijk te fabriceren, dus een prototype wordt meestal gemaakt van materiaal dat gemakkelijk te fabriceren is maar met een materiaal wiens eigenschappen identiek zijn aan die van het eindproduct. In sommige gevallen is het materiaal dat voor het eindproduct wordt gebruikt niet beschikbaar, dus het prototype wordt gemaakt van identiek materiaal. Het verschil in materiaal kan het uiterlijk en de afwerking van het eindproduct veranderen vergeleken met het prototype.

Eindproducten worden vaak in grote aantallen geproduceerd, dus het productieproces kan verschillen, waar het eindproduct vaak wordt ontwikkeld door een massaproductiemethode die kosteneffectief en tijdbesparend is. Dit productieproces kan vaak niet voor het prototype gebruikt worden omdat het materiaal vaak niet hetzelfde is. Bovendien kunnen fabricageprocessen van het eindproduct complex zijn, dus het prototype wordt vaak geproduceerd met een eenvoudige techniek. Dit kan ook leiden tot een verschil in uiterlijk van het eindproduct en prototype.

De kwaliteitsinspectietechnieken van prototype en eindproduct kunnen ook verschillen. Het eindproduct dat verkocht moet worden op de markt ondergaat verschillende kwaliteitstests. Waarbij het fysieke prototype niet op dezelfde manier geïnspecteerd wordt als het eindproduct vanwege verschillen in het materiaal en de productietechnieken.

Conclusie

Het is duidelijk dat de ontwikkeling van een fysiek prototype een noodzakelijk proces is in de industrieën tegenwoordig om het ontwerp te evalueren en te testen voordat men de productiefase betreedt. Bovendien voorspelt het fysieke prototype de productiekosten en eventuele moeilijkheden die tijdens het proces kunnen ontstaan, zodat de fabrikant de optimale kosteneffectieve methode kiest.

Een fysiek prototype trekt ook meer klanten aan vergeleken met conceptueel ontwerp. En met de ontwikkeling van software en rapid prototyping technieken is het niet moeilijk om een prototype in veel minder tijd en met grotere nauwkeurigheid te produceren. Het kan een beetje afwijken van het daadwerkelijke product, maar het is effectief in de verkoop van producten in moderne industrieën.