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Prototypen – aufschlussreiche Modelle im Entwicklungsprozess

Die Entwicklung eines Prototyps hat immer einen bestimmten Zweck: das Ausprobieren einer technischen Idee, Prüfung der Akzeptanz beim Kunden für ein neues Produkt. Durch den Fokus auf ganz bestimmte Aspekte sinken die Herstellungskosten. Geht es beispielsweise nur um das Design, braucht ein Kunststoff-Prototyp kein aufwendiges, technisches Innenleben. Ein technischer Prototyp baucht noch kein aufwendiges oder ästhetisches Design und ist oft nur ein Wirrwarr aus Platinen und Kabeln

Kunststoff-Granulat
Der Rohstoff, aus dem viele Prototypen hergestellt sind, ist Kunststoff. Damit lassen sich kostengünstig Modelle herstellen, um beispielsweise die Form zu testen.

Ein Prototyp liefert in der Regel Antworten auf Fragen zum Design eines neuen Produkts, die sich während der Produktentwicklung ergeben haben. Während der Entwicklungsphase lassen sich nicht alle Fragen zufriedenstellend mit reiner Theorie beantworten. Die potenziellen Kunden haben meist nur ein begrenztes Abstraktionsvermögen. Ab einem bestimmten Punkt der Entwicklung braucht es mehr als einen technischen Prototyp. Ein Kunststoff-Prototyp ist dann notwendig, um weiteres, brauchbares Feedback von potenziellen Produktanwendern zu erhalten.

Warum Kunststoff-Prototypen?

Ein Kunststoff-Prototyp eignet sich schon in einer frühen Entwicklungsphase dazu, ein neues, innovatives Produkt be-greifbar zu machen. Das erleichtert die Kommunikation mit potenziellen Kunden, beispielsweise auf einer Messe, und vor allem auch mit potenziellen Investoren oder der Presse. Produzenten, die etwas Handfestes haben, das sie ihren Kunden, Investoren und anderen interessierten Personen zeigen können, sprechen nicht nur abstrakt über ihre Ideen. Das verbessert die Wahrnehmung durch die anderen. Warum ist der Umweg über einen Kunststoff-Prototypen so wichtig? Es wäre doch viel besser, das fertige Endprodukt zu bauen und damit Feedback einzuholen. Warum also diesen Umweg über einen Kunststoff-Prototypen?

Das hat zum einen ganz profane Gründe. Die Herstellung eines fertigen Endproduktes ist sehr teuer. Zudem brauchen die Produzenten nicht zu jedem Detail Feedback durch Dritte. Unternehmen können Kunststoffteile fertigen lassen und schon einzelne Aspekte des neuen Produkts verifizieren. Dabei kann es durchaus sein, dass andere Aspekte noch gar nicht fertig entwickelt sind. Das Kunststoff-Prototyping ist ein wesentlicher Bestandteil in modernen Produktentwicklungsprozessen, das kein Produzent ignorieren kann.

Verschiedene Herstellungsverfahren mit dem gleichen Ziel

Kunststoff-Prototypen lassen sich auf unterschiedliche Weise herstellen.

3D-Drucker und Druckprodukte
Die 3-D-Druck-Technologie ist eine weitere Möglichkeit, schnell über ein greifbares Produkt zu verfügen.
3-D-Druckverfahren

Durch die rasante Entwicklung des 3-D-Drucks sind schnelle und wenig aufwendige Möglichkeiten entstanden, eine Produktidee an einem Prototyp zu testen. Der 3-D-Drucker baut den Prototypen aus flüssigem Kunststoff Schicht für Schicht auf. Dabei sind sehr komplexe Objekte möglich. Ein Computer bereitet die Daten auf, die für den Druckvorgang notwendig sind, und stellt sie dem Drucker zu Verfügung.

Kunststoff-Spritzguss

Eine seit vielen Jahren bewährte Technik für die Herstellung von Prototypen ist Kunststoff-Spritzguss. Das ist teurer als ein Modell aus dem 3-D-Drucker. Für das Verfahren sind zunächst Formteile herzustellen, die meist aus Aluminium bestehen. Die Technik ist allerdings heute so ausgereift, dass sich auch kleine Stückzahlen rentieren.

Nicht das gesamte Produkt steht im Fokus

Die meisten Prototypen entstehen aus einem ganz anderen Material als das fertige Produkt später. Den Produzenten geht es dabei in erster Linie um Informationen zu Funktion, Aussehen oder Passgenauigkeit. Deshalb machen sie viele Kompromisse, beispielsweise in Bezug auf Informationsumfang, Kosten oder Geschwindigkeit eines Prototyps. Das gilt insbesondere in der frühen Phase eines Entwicklungsprozesses.

Die Modelle aus dem 3-D-Drucker sind sinnvoll, wenn einzelne Prototypen bewertet werden sollen. Das Spritzgussverfahren eignet sich auch für Kleinserien.

Wenn die Vorüberlegungen abgeschlossen sind – erste Kleinserie

Wenn der Prototyp viele Antworten zu Aussehen, Form, Funktionsfähigkeit und Passgenauigkeit geliefert hat, geht die Entwicklung zum nächsten Schritt über. Eine erste Kleinserie entsteht. Damit lassen sich bedarfsorientierte Lieferketten entwickeln oder die Serienproduktion vorbereiten. In dieser Phase reichen die Teilechargen von 50 bis mehrere tausend Stück. Abgestimmt auf die Produktionsbedürfnisse stellen sie Teile bereit und können eine unregelmäßige Nachfrage bedienen. Bei einigen Projekten kann die Kleinserienproduktion auch schon die endgültige Produktionsmethode sein.

Machbarkeit – von Produkt und Fertigung

Wie schnell ein Produzent zur Herstellung einer Kleinserie übergeht, hängt vor allem von der Produktentwicklungsstrategie ab. Dabei ist auch ein gewisses Verständnis für den Umfang der Produktion gefragt, beispielsweise im Zusammenhang mit der Werkzeugausstattung. Die Herstellung einer Kleinserie mit 50 Stück stellt andere Anforderungen als die Herstellung einer Charge mit mehreren tausend Stück.

In dieser Phase erhalten die Produzenten nicht nur Feedback zu Form, Funktionsfähigkeit und Passgenauigkeit. Sie erlangen auch Erkenntnisse über die Machbarkeit. Ein physischer Prototyp ist notwendig, um zu überprüfen, ob ein Produkt die vorgesehenen Aufgaben erfüllt. Zudem wird dabei auch gleichzeitig die Machbarkeit der Fertigung optimiert.

Hauptziel dabei ist es, das Prototypendesign so anzupassen, dass die Herstellung der Spritzgusswerkzeuge kostengünstiger und schneller wird. Diese werkzeugbezogenen Überlegungen sind dabei allerdings nicht die einzigen Überlegungen. Es geht auch um optimierte Formbarkeit. Schon kleine Änderungen am Werkzeug können die Oberflächenqualität des Endprodukts erheblich verbessern und/oder die Ausschussquote stark verringern und damit die Erfolgsquote verbessern.

Gute Planung ist essenziell

Bei der Markteinführung neuer Produkte stehen die Hersteller oft unter sehr hohem Druck. Das gilt auch für die Phase, wenn Prototypen getestet werden. Hier zahlt es sich manchmal aus, sich genau zu überlegen, welche Produktions- und Testanforderungen richtig sind und nichts zu überstürzen. Das kann sich am Ende auf den Gesamtzeitplan und die Kostenplanung positiv auswirken.

Durch Optimierungen ergeben sich oft Vorteile bei Ertrag, Produktionsleistung und -kosten. Erweitern Produzenten diesen Fokus auch auf andere Aspekte, beispielsweise die Verpackung, kann der Nutzen sogar noch weiter steigen. Eine intelligente Prototyping-Strategie ist vor allem am Anfang eines Entwicklungsprozesses sehr zeitaufwendig. Diesen Aufwand sollten Unternehmen als Investment ansehen, sie stellen keinen Kostenfaktor dar. Das macht sich in der späteren Produktion durch geringere Kosten und geringeren Zeitaufwand bemerkbar

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