Prototyping mit 3DEXPERIENCE Make
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3DEXPERIENCE Make und Prototyping
Der Prototypenbau ist ein wesentlicher Teil des Entwurfsprozesses, weil er Erfindern und Ingenieuren ermöglicht, ihre Ideen schnell zu validieren und zu verbessern. Schnelligkeit und Agilität waren schon immer wichtig, aber in der schnelllebigen Welt von heute sind sie der Schlüssel zum Erfolg.
Sie können es sich nicht mehr leisten, ein Konzept jahrelang zu perfektionieren, da jemand anderes die Nachfrage bis dahin womöglich bereits gedeckt oder sich der Bedarf verändert hat. Gleichzeitig wollen Sie auch nicht übereilt ein Produkt auf den Markt bringen, das noch nicht ganz rund ist.
Prototyping verbindet den Fortschritt, der durch die iterative Entwicklung erzielt wird mit dem nötigen Tempo, das man braucht, um Chancen rechtzeitig nutzen zu können.
Prototyping ist kein neues Konzept und wird seit Jahrhunderten angewendet, aber wie alles in unserer Umgebung hat es sich durch die Technologie radikal verändert. Heute steht eine Vielzahl an Hilfsmitteln für den Prototypenbau zur Auswahl, von den normalen physischen Modellen bis hin zu komplexen virtuellen Simulationen.
Welches davon das richtige für Sie ist, hängt von Ihren Bedürfnissen, Ihrem Know-how und davon ab, was entworfen wird.
3DEXPERIENCE Make ist eine On-Demand- Fertigungsplattform, mit der Sie Prototypen fertigen können. Sie bringt das industrielle Netzwerk von Konstrukteuren, Ingenieuren, Käufern und Produktionsplanern mit industriellen Fertigungsanbietern zusammen.
Was versteht man unter Prototyping?
Prototyping ist die Gelegenheit, eine Idee in die Wirklichkeit umzusetzen. Durch die Erstellung eines Entwurfs oder eines frühen Musters sehen Sie, wie ein Produkt aussehen oder sich anfühlen könnte und können die Funktionalität eines Entwurfs testen.
So können Sie experimentieren, herausfinden, wie die einzelnen Teile sich zueinander verhalten und beurteilen, ob der finale Entwurf seinen Zweck erfüllt. Und Sie können Entwürfe nebeneinander vergleichen und mit Kollegen oder Kunden teilen, um wertvolles Feedback einzuholen.
Zudem ist es erheblich einfacher und preiswerter, Änderungen in diesem frühen Stadium vorzunehmen als später, nachdem Sie Zeit und Geld in die Fertigung investiert haben.
Vorteile des Prototyping
Prototyping ist die beste Möglichkeit, um herauszufinden, ob das, was Sie fertigen wollen, wirklich ein Verbraucherbedürfnis stillt oder ein Problem löst. Aber natürlich kostet es Zeit und Geld. Wie viel genau, hängt davon ab, welches Werkzeug, Material oder Verfahren für den Prototypenbau genutzt wird und davon, ob Sie den Prototypen selbst bauen oder die Produktion an einen spezialisierten Hersteller auslagern wollen.
Solide Grundlage
Prototyping schafft eine solide Grundlage, auf der Sie experimentieren, iterieren und Optimierungen vornehmen können. Und Sie erhalten wertvolles Feedback zu Funktionalität, Design und Produktionskosten.
Fehler vermeiden
Durch Prototyping können Sie potenziell kostspielige Fehler sehr viel früher im Entwicklungsprozess erkennen und entsprechende Änderungen vornehmen.
Idee teilen
Prototypen geben Ihnen die Möglichkeit, Ihre Idee mit den verschiedenen Projektbeteiligten (betriebsintern und extern) zu teilen und deren Meinung dazu einzuholen, welche Elemente am besten funktionieren und welche weiter verbessert und/oder komplett entfernt werden müssen.
Zeit gewinnen
Prototyping beschleunigt die Markteinführung und senkt die Markteinführungskosten.
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Dassault Systèmes und virtuelles Design
Vorausdenkende Unternehmen nutzen die Virtual-Twin-Technologie bereits, um ihre Abläufe und Produkte von Grund auf neu zu konfigurieren. Dadurch können sie sehr viel besser vorhersagen, wie gut der Prozess, das Produkt oder der Service funktionieren wird.
Inzwischen werden 85 % aller Elektrofahrzeuge und 75 % aller Windkrafträder auf der Welt mit Hilfe von virtuellen Zwillingen der 3DEXPERIENCE Plattform von Dassault Systèmes gebaut. Die Technologien bringen unzählige Möglichkeiten und Vorteile für alle Aspekte des Produktlebenszyklus mit wie:
- Forschung und Entwicklung – Zugang zu Daten über die bisherige Produktperformance, erweiterte Szenarienmodellierung, Transparenz der Auswirkungen auf den Lebenszyklus und multidisziplinäre Zusammenarbeit
- Design und Konstruktion – generatives Design, virtuelle Prototypen und Tests, organisierter Zugang zu relevanten Daten
- Fertigung – verbessertes betriebliches Feedback, intelligente Überwachung und Wartung von Maschinen, Prozessoptimierung, automatische Steuerungen auf Basis von Echtzeit-Betriebsbedingungen
- Transport und Logistik – Routenplanung und -optimierung per Algorithmus, Flottenmanagement, Containernachverfolgung, sensorgestützte Sendungsverfolgung, Virtualisierung und Visualisierung von Infrastruktur
- Produktnutzung – Vorausfallwarnung und Risikomanagement, Over-the-air-Softwareoptimierung, Remote-Anlagenmonitoring und -diagnose, intelligente Anlagenwartung und -instandhaltung, Echzeitdaten zur Betriebsoptimierung
- Entsorgung – datengestützte Stilllegungssimulation und -planung, detaillierte Darstellung von Anlagen- und Komponentenstatus, Nachverfolgung von Material- und Komponentenrückgewinnung
Mit den virtuellen 3DEXPERIENCE Umgebungen von Dassault Systèmes können Sie völlig neue Produkte, Materialien und Prozesse erfinden, gestalten und testen, um den Schritt in die nachhaltige Wirtschaft zu schaffen:
Was ist Rapid-Prototyping?
Beim Rapid Prototyping wird ein digitales 3D-Modell schnell in ein physisches Objekt umgewandelt. Dies geschieht in der Regel durch die Kombination von CAD-Software mit automatisierten computergestützten Fertigungsmaschinen (CAM) oder computergesteuerten Werkzeugmaschinen (CNC).
Gängige Beispiele sind Drehbänke, Oberfräsen, Fräs- oder Bohrmaschinen, Wasser-, Plasma- oder Laserschneider, Funkenerosionsmaschinen (EDM) und Schleifmaschinen. Alle diese Verfahren sind subtraktive Fertigungsverfahren. Sie entfernen Material aus einem massiven Block, einer Stange, einem Blech oder einem Stab.
Designer und Ingenieure setzen zunehmend additive Fertigungsverfahren ein, besser bekannt als 3D-Druck. Der Begriff umfasst eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren, bei denen ein Material, in der Regel ein Kunststoff, Metall oder Verbundwerkstoff, in vielen dünnen Schichten aufgetragen wird, um eine 3D-Form zu erzeugen.
Der gesamte Prozess ist computergesteuert, erfordert nur minimale Vorbereitungen und erzeugt fast keinen Abfall. Das macht den 3D-Druck zu einer kostengünstigen und effizienten Methode zur Herstellung von Objekten fast jeder Form und Komplexität.
Die Technologie ist erschwinglich und zugänglich, und Desktop-3D-Drucker sind sowohl kompakt als auch einfach zu bedienen. So kann der Prototyping-Prozess im eigenen Haus durchgeführt werden, statt auf externe Dienstleister angewiesen zu sein.
Welchen Platz hat das Prototyping im Produktentwicklungszyklus?
Die verschiedenen Formen des Prototyping stehen für unterschiedliche Stadien des Design-Workflows. Die erste besteht darin, einen Bedarf zu ermitteln und zu verstehen, ein Problem, das gelöst werden muss. Dieser Keim einer Idee kann dann durch die einfachste und leichteste Form des Prototyping zum Leben erweckt werden - eine Skizze oder ein Diagramm.
Diese flachen Zeichnungen werden dann verwendet, um vereinfachte 3D-Prototypen zu erstellen. Diese Modelle sind oft nicht maßstabsgetreu und werden aus billigeren, leichter zugänglichen Materialien hergestellt als die, die für das Endprodukt vorgesehen sind. Übliche Beispiele sind Pappe, Schaumstoff, Ton, Holz, Kunststoff und weiche Metalle wie Messing oder Aluminium.
Diese Rohfassungen helfen dabei, die Elemente oder Funktionen zu identifizieren, die noch verbessert werden müssen, und führen zur Erstellung detaillierterer und funktionierender Prototypen. Nach der Genehmigung ist dies in der Regel die letzte Phase, bevor das Prototyping in die Produktion übergeht.
Was sind die gängigsten Prototyping-Tools?
Der technologische Fortschritt hat die Werkzeuge, Materialien und Methoden für das Prototyping verändert. Früher wurden Zeichnungen und Muster von erfahrenen Handwerkern von Hand gefertigt. Sie wurden auf Papier skizziert, aus Ton gemeißelt, aus Holz geschnitten oder in Metall geformt.
Heute ist das Prototyping dank digitaler Software und Maschinen wie 3D-Druckern und Schneidrobotern schneller, billiger und genauer. Das macht den Prozess einfacher und effizienter und hilft auch Nicht-Künstlern, detaillierte Modelle zu erstellen.
Trotz des Zugangs zu immer leistungsfähigeren und erschwinglicheren Technologien ist es nach wie vor üblich, Handwerkzeuge und moderne digitale Systeme miteinander zu kombinieren.
Die Prototyping-Werkzeuge und -Methoden lassen sich in vier Gruppen einteilen:
Zeichnungen und einfache Mock-Ups
Funktionale Modelle
Digitale Prototypen
Schnelles Prototyping
ZEICHNUNGEN UND EINFACHE MOCK-UPS
Die effektivste Methode, um eine Idee schnell zu konzipieren. Allerdings ist diese Methode des Prototyping nicht sehr detailliert und lässt einige oder alle Funktionen vermissen. Außerdem entsprechen sie nicht dem Aussehen und der Anmutung des Endprodukts.
Was Sie benötigen: Allgemeines Kunstzubehör, Schneidewerkzeuge, Klebstoffe, Papier, Pappe, Schaumstoff, Ton, Holz, Kunststoffe, weiche Metalle.
Vorteile: Schnell, billig und effizient in der Herstellung; bietet einen schnellen Überblick über das Produkt; einfach, um Änderungen vorzunehmen und mehrere neue Versionen zu testen; erschwingliche und weithin zugängliche Ausrüstung und Materialien; erfordert kein hohes Maß an Fähigkeiten.
Nachteile: Nicht sehr detailliert; möglicherweise nicht maßstabsgetreu; zeigt nicht, wie das Endprodukt funktioniert und funktioniert; zeitaufwändig oder unmöglich, komplizierte Teile und komplexe Baugruppen herzustellen.
ARBEITSMODELLE
Arbeits- oder Vorführmodelle helfen dabei, zu testen, wie ein Konzept in der realen Welt funktioniert. Da sie ganz oder teilweise aus dem endgültigen Material hergestellt werden, können Ingenieure und Benutzer das Aussehen und die Haptik des Produkts besser beurteilen.
Prototyping-Methoden, bei denen voll funktionsfähige oder sehr detaillierte Modelle hergestellt werden, sind jedoch mit einem hohen Zeit- und Kostenaufwand verbunden und können wahrscheinlich nur von hochqualifizierten Personen durchgeführt werden.
Was Sie brauchen: Elektro- und/oder Werkzeugmaschinen zum Schneiden, Schweißen, Formen und Veredeln; mechanische Verbindungselemente; hochwertiges Holz, Kunststoffe, Metalle, Verbundwerkstoffe.
Vorteile: Relativ schnelle, billige und effiziente Herstellung; bietet einen tieferen Einblick in das Produkt und seine Funktionsweise; es ist immer noch recht einfach, Änderungen vorzunehmen und verschiedene Iterationen zu testen; Elektrowerkzeuge und Materialien sind weitgehend erschwinglich und zugänglich.
Nachteile: Es wird eine größere Anzahl und Vielfalt von Werkzeugen und Sicherheitsausrüstungen benötigt; Werkzeugmaschinen sind groß und teuer; Genauigkeit erfordert Zeit und Präzision; die Grenzen der maschinellen Bearbeitung machen die Herstellung bestimmter Formen teuer oder unmöglich; mittleres bis hohes Qualifikationsniveau erforderlich.
DIGITALE PROTOTYPEN
Dank der Fortschritte bei der digitalen Software kann das Prototyping heute am Computer durchgeführt werden. Das Ergebnis ist ein wesentlich flexiblerer und effizienterer Design-Workflow.
Software für computergestütztes Design (CAD) wird häufig eingesetzt, um alles zu erstellen, von statischen 2D-Skelett- oder Drahtgittermodellen bis hin zu hochdetaillierten 3D-Animationen.
Die in jüngerer Zeit aufkommenden immersiven Technologien wie virtuelle und erweiterte Realität ermöglichen die Integration digitaler Inhalte in die reale Umgebung des Benutzers.
Bei der virtuellen Realität (VR) wird ein Headset verwendet, das das Sichtfeld und den Ton des Benutzers ersetzt, um ihn vollständig in eine virtuelle Simulation eintauchen zu lassen. Augmented Reality (AR) nutzt Apps auf einem Smartphone oder Tablet, um Bilder auf die reale Welt zu projizieren.
Der leistungsfähigste digitale Prototyp ist ein virtueller Zwilling. Dabei handelt es sich um ein wissenschaftlich genaues virtuelles Modell, mit dem simuliert, visualisiert, vorhergesagt und optimiert werden kann, wie sich ein Objekt unter verschiedenen Bedingungen verhält.
Vorteile: Direkter Übergang vom Konzept zur Realisierung ohne den Zeit- und Kostenaufwand, der mit der Herstellung physischer Objekte verbunden ist; keine Designbeschränkungen; kann sehr genaue, komplizierte oder komplexe Modelle erstellen; einfache Änderung und Erstellung verschiedener Versionen; Einbeziehung früherer Entwürfe und Leistungsdaten; einfache gemeinsame Nutzung mit mehreren Beteiligten.
Nachteile: Kreationen sind nicht greifbar; erfordert eine große Menge an Rechenleistung; Software und Ausrüstung können teuer und zeitaufwändig sein, um sie auf höchstem Niveau zu beherrschen; offen für potenzielle Cyberangriffe.
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