Rapid Prototyping, Rapid Tooling und Serienwerkzeugbau sind drei Stufen auf der Produktentwicklungsleiter. Jede Stufe hat ein anderes Ziel, eine andere Kostenstruktur und andere Abw\u00e4gungen zwischen Geschwindigkeit, St\u00fcckkosten, Designflexibilit\u00e4t und Teilequalit\u00e4t. Sie zu verwechseln \u2013 also eine Serienform zu fertigen, bevor das Design validiert ist, oder zu lange an 3D-gedruckten Prototypen festzuhalten, obwohl der Einsatz von Serienwerkzeugen wirtschaftlich eindeutig vorteilhafter w\u00e4re \u2013 ist einer der kostspieligsten Fehler in der Hardware-Produktentwicklung.<\/p>\n\n\n\n
Dieser Leitfaden richtet sich an Produktingenieure, Hardware-Gr\u00fcnder und Beschaffungsmanager, die zum richtigen Zeitpunkt im Produktlebenszyklus die richtige Entscheidung bez\u00fcglich der Werkzeugherstellung treffen m\u00fcssen. Er erl\u00e4utert den Zweck der einzelnen Phasen, deren Kosten- und Vorlaufzeitprofil, wie man die Ausl\u00f6ser f\u00fcr den n\u00e4chsten Schritt erkennt und welche h\u00e4ufigen Fehler zu einer Verschwendung von Investitionen in Werkzeuge f\u00fchren. XY Machining deckt alle drei Phasen ab \u2014 3D-Druck<\/a> und CNC-Bearbeitung<\/a> f\u00fcr die Prototypenfertigung, Aluminium- und P20-Schnellwerkzeuge f\u00fcr die Br\u00fcckenfertigung sowie Produktionswerkzeuge aus geh\u00e4rtetem Stahl f\u00fcr Gro\u00dfserien \u2013 unter demselben Qualit\u00e4tssystem und demselben Ingenieurteam, was f\u00fcr die sp\u00e4ter in diesem Leitfaden behandelte \u00dcbergangsdiskussion von Bedeutung ist.<\/p>\n\n\n\n Informationen zu den spezifischen Blechumformungsverfahren, die bei der Herstellung von Prototyp-Geh\u00e4usen und Strukturbauteilen zum Einsatz kommen, finden Sie in unserem Leitfaden zu Blechumformungsverfahren. Informationen zur CNC-Bearbeitung als Prototyping-Verfahren \u2013 mit dem funktionsf\u00e4hige Metall- und Kunststoffteile mit engeren Toleranzen als beim meisten 3D-Druck hergestellt werden k\u00f6nnen \u2013 finden Sie auf unserer Seite zu CNC-Bearbeitungsdienstleistungen.<\/p>\n\n\n\n Unter Rapid Prototyping versteht man jeden Prozess, bei dem physische Teile schnell und kosteng\u00fcnstig genug hergestellt werden, um eine aktive Designiteration zu unterst\u00fctzen. Das Ziel besteht nicht darin, serienreife Teile zu produzieren, sondern Designfragen schnell zu kl\u00e4ren, bevor Kapital in den Werkzeugbau investiert wird. Passt diese Geometrie in die Baugruppe? Funktioniert der Mechanismus? Liegt dieser Formfaktor gut in der Hand? F\u00fchlt sich die Wandst\u00e4rke richtig an? Die Beantwortung dieser Fragen kostet mit einem 3D-gedruckten Bauteil nur sehr wenig, nach dem Fr\u00e4sen einer Form hingegen sehr viel.<\/p>\n\n\n\n G\u00e4ngige Rapid-Prototyping-Verfahren und ihre jeweiligen Anwendungsbereiche:<\/p>\n\n\n\n Unter \u201eRapid Tooling\u201c versteht man Formen und Werkzeuge, die aus weicheren Materialien \u2013 vor allem Aluminiumlegierungen oder vorgeh\u00e4rtetem P20-Stahl \u2013 gefertigt werden und mit denen Spritzgussteile innerhalb von 1 bis 3 Wochen hergestellt werden k\u00f6nnen, anstatt der 6 bis 12 Wochen, die f\u00fcr eine Produktionsform aus geh\u00e4rtetem Stahl erforderlich sind. Rapid Tooling erm\u00f6glicht es, Pilotserien von 500 bis 50.000 Teilen wirtschaftlich rentabel zu produzieren, bevor man sich f\u00fcr eine Serienform entscheidet.<\/p>\n\n\n\n Das charakteristische Merkmal des Rapid Tooling ist der Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Haltbarkeit. Aluminiumformen lassen sich schneller und kosteng\u00fcnstiger herstellen als Stahlformen, verschlei\u00dfen jedoch schneller \u2013 in der Regel halten sie 10.000 bis 50.000 Schuss, bevor sich die Oberfl\u00e4chenqualit\u00e4t oder Ma\u00dfgenauigkeit verschlechtert. Vorgeh\u00e4rteter P20-Stahl ben\u00f6tigt 2 bis 3 Wochen und ist teurer, h\u00e4lt jedoch 100.000 bis 250.000 Schuss stand und eignet sich daher f\u00fcr die \u00dcberbr\u00fcckungsproduktion mittlerer St\u00fcckzahlen, bis ein geh\u00e4rtetes Serienwerkzeug bereitsteht.<\/p>\n\n\n\n Rapid Tooling ist die richtige L\u00f6sung, wenn:<\/p>\n\n\n\n Kostenparameter f\u00fcr Rapid-Tooling: Aluminium-Ein-Kavit\u00e4ten-Werkzeuge f\u00fcr einfache Teile kosten in der Regel zwischen 3.000 und 8.000 USD; P20-Ein-Kavit\u00e4ten-Werkzeuge kosten zwischen 6.000 und 15.000 USD. Schnellwerkzeuge mit mehreren Kavit\u00e4ten kosten entsprechend mehr. Diese Zahlen h\u00e4ngen stark von der Teilegeometrie, der Anzahl der Kavit\u00e4ten und der Komplexit\u00e4t der erforderlichen Nebenbewegungen oder St\u00f6\u00dfel ab.<\/p>\n\n\n\n Produktionswerkzeuge sind Formens\u00e4tze aus geh\u00e4rtetem Stahl \u2013 Werkzeugstahl H13, S136 (f\u00fcr korrosive Harze), NAK80 (f\u00fcr hochgl\u00e4nzende optische Oberfl\u00e4chen) \u2013, die f\u00fcr 1 Million oder mehr Produktionszyklen bei einer Lebensdauer von 5 bis 10 Jahren ausgelegt sind. Serienwerkzeuge sind langsamer und teurer in der Herstellung als Rapid-Tools, bieten jedoch drei Vorteile, die Rapid-Tools nicht bieten k\u00f6nnen: gleichbleibende Ma\u00dfgenauigkeit \u00fcber Millionen von Schuss, Oberfl\u00e4chenqualit\u00e4ten von SPI A1 (Spiegelglanz) bis hin zu strukturierten Oberfl\u00e4chen sowie Mehrfachkavit\u00e4tenkonfigurationen (4, 8, 16, 32 oder mehr Kavit\u00e4ten), die die Zykluszeit pro Teil proportional verk\u00fcrzen.<\/p>\n\n\n\n Fertigungswerkzeuge sind die richtige L\u00f6sung, wenn:<\/p>\n\n\n\n Kostenparameter f\u00fcr Fertigungswerkzeuge: Einfachen-Werkzeuge aus geh\u00e4rtetem Stahl f\u00fcr einfache Teile kosten in der Regel zwischen 15.000 und 30.000 USD. Mehrfachformen f\u00fcr komplexe Teile mit Nebenantrieben und Hei\u00dfkanalsystemen kosten zwischen 50.000 und 150.000 USD oder mehr. Die Komplexit\u00e4t der Form, die Anzahl der Kavit\u00e4ten und die Stahlsorte sind die wichtigsten Kostenfaktoren. Die Vorlaufzeit betr\u00e4gt 6 bis 12 Wochen vom genehmigten Formentwurf bis zu den ersten Spritzgussteilen.<\/p>\n\n\n\n Der Ausl\u00f6ser f\u00fcr den \u00dcbergang vom Prototyping zum Rapid Tooling ist erreicht, wenn die St\u00fcckkosten bei Prototyping-Verfahren die amortisierten St\u00fcckkosten eines Rapid-Tooling-Verfahrens bei der St\u00fcckzahl \u00fcbersteigen, die Sie in den n\u00e4chsten sechs Monaten zu bestellen beabsichtigen. Eine einfache Rechnung: Wenn ein CNC-gefertigtes Prototypenteil 80 USD pro St\u00fcck kostet und Sie 500 Teile f\u00fcr eine Pilotproduktion ben\u00f6tigen, belaufen sich die Kosten f\u00fcr die Prototypenteile auf 40.000 USD. Ein Rapid-Tool aus Aluminium f\u00fcr 6.000 USD plus 2 USD pro Spritzgussteil bei dieser St\u00fcckzahl ergibt insgesamt 7.000 USD \u2013 eine Ersparnis von 33.000 USD. Das Design muss zudem ausreichend stabil sein, damit die Investition in das Werkzeug nicht sofort durch eine Geometrie\u00e4nderung zunichte gemacht wird.<\/p>\n\n\n\nDie drei Phasen: Wozu dient jede einzelne?<\/h2>\n\n\n\n
Phase 1: Rapid Prototyping \u2013 Validierung des Entwurfs<\/h3>\n\n\n\n
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Phase 2: Rapid Tooling \u2013 Br\u00fcckenproduktion<\/h3>\n\n\n\n
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Phase 3: Serienwerkzeuge \u2013 auf Langlebigkeit ausgelegt<\/h3>\n\n\n\n
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Vollst\u00e4ndige Vergleichstabelle<\/h2>\n\n\n\n
Attribut<\/strong><\/td> Schnelle Prototypenerstellung<\/strong><\/td> Schnellwerkzeugbau<\/strong><\/td> Fertigungswerkzeuge<\/strong><\/td><\/tr><\/thead> Hauptziel<\/strong><\/td> Entwurf \u00fcberpr\u00fcfen \u2013 Form, Passform, Funktion<\/td> Br\u00fcckenfertigung \u2013 Testserie aus echtem Harz<\/td> Massenproduktion \u2013 niedrigste St\u00fcckkosten<\/td><\/tr> Ausgabemenge<\/strong><\/td> typischerweise 1\u201350 Teile<\/td> 500\u201350.000 Teile<\/td> 100.000\u201310 Mio.+ Teile<\/td><\/tr> Werkzeugkosten<\/strong><\/td> Null (kein Werkzeug)<\/td> $3K\u2013$15K Aluminium oder P20<\/td> $15K\u2013$150K+ geh\u00e4rteter Stahl<\/td><\/tr> Vorlaufzeit f\u00fcr die Werkzeugherstellung<\/strong><\/td> k. A. (Tage bis zum ersten Teil)<\/td> 1\u20133 Wochen<\/td> 6\u201312 Wochen<\/td><\/tr> Werkzeugmaterial<\/strong><\/td> k. A.<\/td> Aluminium oder vorgeh\u00e4rteter P20-Stahl<\/td> H13, S136, NAK80 \u2013 geh\u00e4rteter Stahl<\/td><\/tr> Standzeit<\/strong><\/td> k. A.<\/td> 10.000\u2013250.000 Aufnahmen (materialabh\u00e4ngig)<\/td> \u00dcber 1 Million Aufnahmen<\/td><\/tr> St\u00fcckkosten<\/strong><\/td> Am h\u00f6chsten (3DP) oder m\u00e4\u00dfig (CNC)<\/td> Mittelklasse<\/td> Tiefststand bei hohem Handelsvolumen<\/td><\/tr> Kosten f\u00fcr Konstruktions\u00e4nderungen<\/strong><\/td> Unbedeutend \u2013 Datei aktualisieren<\/td> M\u00e4\u00dfig \u2013 Werkzeug zum Nachschneiden oder Ausbessern<\/td> Hoch \u2013 Werkzeug nachschleifen oder austauschen<\/td><\/tr> Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit<\/strong><\/td> Schichtlinien (FDM) zu glatten Oberfl\u00e4chen (SLA)<\/td> Textur in Produktionsqualit\u00e4t, begrenzt verf\u00fcgbar<\/td> SPI A1 f\u00fcr jede Texturklasse<\/td><\/tr> Materialgenauigkeit<\/strong><\/td> Druckmaterial, kein Produktionsharz<\/td> Tats\u00e4chlich verwendetes Harz<\/td> Tats\u00e4chlich verwendetes Harz<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n Wann man die Karriereleiter hinaufsteigen sollte<\/h2>\n\n\n\n
Vom Rapid Prototyping bis zum Rapid Tooling<\/h3>\n\n\n\n