Der ultimative Leitfaden zur Vereinfachung des Designprozesses für neue Produktentwickler
Die Entwicklung eines neuen Produkts ist eine aufregende und zugleich entmutigende Aufgabe. Ob Sie nun ein erfahrener Designer oder ein neuer Produktentwickler sind, der Weg vom Konzept zur Produktion erfordert Präzision und eine gut organisierte Vorgehensweise. Die Website Entwurfsprozess lässt sich in 10 wichtige Schritte unterteilen, von denen jeder dazu beiträgt, dass Ihr Produkt sowohl funktional als auch herstellbar ist. Wenn Sie diese Schritte verstehen und befolgen, können Sie Ihre Arbeitsabläufe straffen und kostspielige Fehler auf dem Weg dorthin vermeiden. Lassen Sie uns diese Schritte im Detail erkunden.
10-stufiger Arbeitsablauf für die Produktentwicklung
Anforderungen definieren
Legen Sie Funktion, Lastfälle, Betriebsumgebung, gesetzliche Vorgaben, Stückzahl und die Kostenobergrenze fest, bevor mit der Konstruktion begonnen wird. Unklare Spezifikationen führen in dieser Phase zu kostspieligen Nacharbeiten in der Werkzeugbauphase.
1. Definition der Anforderungen
Der erste und wichtigste Schritt in jedem Designprojekt ist die Definition der Anforderungen. In dieser Phase werden die Hauptfunktion des Produkts, der Zielmarkt und die Bedürfnisse der Benutzer bestimmt. Ein detaillierter Anforderungskatalog leitet den Entwurfsprozess und sorgt dafür, dass alle Beteiligten auf derselben Seite stehen.
Wenn Sie zum Beispiel ein neues Unterhaltungselektronikprodukt entwerfen, können Sie Faktoren wie Größe, Gewicht und Batterielebensdauer berücksichtigen. Je spezifischer Sie sind, desto einfacher wird es, Ihre Designentscheidungen mit den Zielen des Produkts in Einklang zu bringen. Es ist wichtig, eine offene Kommunikation mit allen Beteiligten aufrechtzuerhalten, da ihr Feedback dazu beitragen kann, die Produktvision zu verfeinern und Funktionen zu definieren, die das Produkt auf dem Markt hervorheben. Viele Entwickler sprechen von einem Bericht Investitionsprozess um die Erwartungen in der Anfangsphase besser zu erfüllen.
2. Erstellen Sie eine vorläufige Konzeptskizze
Sobald Sie die Produktanforderungen definiert haben, ist es an der Zeit, mit dem visuellen Denken zu beginnen. Die Erstellung einer vorläufigen Konzeptskizze ist oft der erste Schritt in der Entwurfsphase. In diesem Stadium muss Ihre Skizze nicht präzise sein, sondern nur eine grobe Darstellung, die Ihnen hilft, Ihre Vision zu vermitteln. Diese Skizze dient als Hilfsmittel, um potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen. Einen tieferen Einblick in die Ideenfindungsphase erhalten Sie in unserem Leitfaden über vom Konzept zur Massenproduktion.
Wenn Sie z. B. ein Gehäuse für ein elektronisches Gerät entwerfen, kann eine grobe Skizze zeigen, ob die internen Komponenten zusammenpassen und ob genügend Platz für die Wärmeableitung vorhanden ist. Die Skizze hilft Ihnen, Probleme zu erkennen, die in abstrakten Beschreibungen vielleicht nicht offensichtlich sind. Sobald das Konzept solide ist, kann es zu detaillierteren Entwürfen und 3D-Modellierung führen.
3. Erste Materialauswahl
In dieser Phase müssen Sie sich Gedanken über die Materialien machen, die Sie für das Endprodukt verwenden wollen. Die Auswahl der Materialien ist nicht nur für die Funktionalität und Haltbarkeit wichtig, sondern auch für die Herstellbarkeit. Unterschiedliche Materialien bieten verschiedene Vorteile, z. B. Festigkeit, Flexibilität, Hitzebeständigkeit und leichte Formbarkeit. Sie können mehr erfahren über thermoplastische Eigenschaften aus Autoritätsquellen wie Wikipedia.
Wenn Sie zum Beispiel ein Produkt mit einem Kunststoffgehäuse entwerfen, werden Sie wahrscheinlich spritzgussfähige Thermoplaste wie ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) oder Polycarbonat verwenden. ABS wird häufig wegen seiner Festigkeit, Schlagzähigkeit und einfachen Spritzgießbarkeit gewählt, was es ideal für Gehäuse von Unterhaltungselektronik macht. Die Kenntnis der Materialeigenschaften hilft Ihnen bei Ihren Designentscheidungen - wie dick sollten die Wände sein? Hält das Material einer wiederholten Verwendung stand? Anhand dieser Fragen können Sie Ihre Entscheidungen schon früh im Designprozess treffen.
| Material Name | Abk. | Gemeinsame Anwendungen |
|---|---|---|
| Allzweck-Polystyrol | PS | Lampenschirme, Instrumentengehäuse, Spielzeug usw. |
| Teflon, PFA | Teflon/PFA | Chemische Armaturen, mechanische Teile |
| ETFE | ETFE | Chemische Armaturen, mechanische Teile |
| Acrylnitril-Butadien-Styrol | ABS | Instrumentengehäuse, Haushaltswaren, modernes Spielzeug |
| Acrylnitril Styrol | AS(SAN) | Tägliche transparente Behälter |
| Acrylnitril Styrol-Acrylat | ASA | Außenmöbel, Außenspiegelgehäuse für Autos |
| Butadien Styrol | BS(BDS) | Spezialverpackungen, Lebensmittelbehälter, Kugelschreiber |
| Celluloseacetat | CA | Werkzeuggriffe, Behälter, etc. |
| Zellulosenitrat | CN | Brillengestelle, Spielzeug usw. |
| Chlorierte Polyether | PENTON | Ersatz für rostfreien Stahl |
| Chloriertes Polyethylen | CPE | Baumaterialien, Rohr- und Kabelisolierung |
| Chloriertes Polypropylen | PPC | Dinge des täglichen Bedarfs, Elektrogeräte |
| Ethyl-Zellulose | EC | Werkzeuggriffe, Sportartikel, etc. |
| Ethylen-Propylen-Copolymer | FFP | Radar-Isolierung, Hochfrequenzinstrumente |
| Ethylen-Vinylacetat | EVA | Sohlen, Filme, Dinge des täglichen Bedarfs |
| Hochdichtes Polyethylen | HDPE | Verpackungen, Eimer, Spielzeug |
| Hochschlagfestes Polystyrol | HIPS | Haushaltswaren, elektrische Bauteile |
| Polyethylen niedriger Dichte | LDPE | Verpackungsbeutel, Plastikblumen, Draht |
| Methylmethacrylat-Butadien | MMB | Maschinengestell, täglicher Bedarf |
| Poly(Butylenterephthalat) | PBT | Elektronische Steckverbinder, Automobilteile |
| Poly(ethylenterephthalat) | PET | Lager, Ketten, Zahnräder, Bänder, usw. |
| Poly(vinylchlorid) | PVC | Rohre, Drahtisolierung, Abdichtung usw. |
| Polyamid-1010 | PA-1010 | Seile, Rohre, Getriebe, mechanische Teile |
| Polyamid-6 | PA-6 | Lager, Zahnräder, Schläuche, Dinge des täglichen Bedarfs |
| Polyamid-66 | PA-66 | Maschinen, Kraftfahrzeuge, elektrische Geräte |
| Polyamid-9 | PA-9 | Mechanische Teile, Pumpe, Kabelmantel |
| Polycarbonat | PC | Transparente Teile, stoßfeste Teile |
| Polychlortrifluorethylen | PCTFE | Transparenter Spiegel, Armaturen |
| Polyethersulfon | PES | Elektro-, Flugzeug- und Automobilteile |
| Polymethylmethacrylat | PMMA | Lampenschirm, Windschutzscheibe, Instrumentenkasten |
| Polymethylmethacrylat-Styrol | MMS | Transparente Produkte mit hoher Belastung |
| Polyoxymethylen (POM) | POM | Abriebfestigkeit, mechanisches Getriebe, Lager |
| Polypropylen | PP | Packtaschen, Verpackungen, Dinge des täglichen Bedarfs |
| Polysulfon | PSU(PSF) | Elektrische Teile, Flugzeugteile |
| Polytetrafluorethylen | PTFE | Radar-Isolierung, Hochfrequenz-Komponenten |
4. Teile gestalten
Wenn Sie Ihre Materialauswahl getroffen haben, ist es an der Zeit, die Teile zu entwerfen, aus denen Ihr Produkt bestehen wird. Dieser Schritt ist entscheidend, denn jedes Material verhält sich anders. Ein thermoplastischer Kunststoff wie Polyethylen dehnt sich bei Erwärmung ganz anders aus als Metalle. Die Verwendung eines Konstruktionsprinzipien für Kunststoffteile Rahmenprogramm ist hier sehr zu empfehlen.
Beim Spritzgießen zum Beispiel muss die Konstruktion die Schrumpfung des Materials während des Abkühlens berücksichtigen. Wenn Sie dies nicht berücksichtigen, kann es passieren, dass sich die Teile verziehen oder unförmig werden. Eine gute Praxis ist es, Merkmale wie Entformungsschrägen in die Konstruktion einzubeziehen, die die Entnahme des Teils aus der Form erleichtern. Je besser Sie die Konstruktion auf die Materialeigenschaften abstimmen, desto einfacher und kostengünstiger wird der Fertigungsprozess.
5. Strukturelle Analyse
Konstruktion für den Spritzguss
Acht Punkte, die darüber entscheiden, ob Ihr Bauteil sauber geformt wird oder ob es während seiner gesamten Lebensdauer mit dem Werkzeug „kämpft“.
Die Wandstärke bestimmt den gesamten Arbeitsablauf
Die Wandstärke bestimmt die Zykluszeit, die Einfallstellen, die Verformung und den Fülldruck. Die Abkühlzeit steigt mit dem Quadrat der Wandstärke. Verdoppelt man die Wandstärke, vervierfacht sich die Verweildauer des Teils im Werkzeug in etwa.
Die zweite Regel ist genauso wichtig: Die Mauer muss stehen bleiben einheitlich. Kunststoff schrumpft beim Abkühlen. Ein dicker Bereich kühlt zuletzt ab, schrumpft auch nach dem Erstarren des Angusses weiter und zieht die Oberfläche nach innen. Das ist eine Einfallstelle. Ist die Oberfläche steif genug, um dem entgegenzuwirken, reißt die Schrumpfung stattdessen einen Hohlraum im Inneren auf.
Halten Sie die Nennwandstärke über das gesamte Bauteil hinweg innerhalb von ±10% ein. Ist eine Änderung unvermeidbar, so sollte die Stufe weniger als 25% der Nennwandstärke betragen und über eine Länge von mindestens 3× der Wandstärke verjüngt werden. Die Wand darf niemals mit einer rechtwinkligen Schulter abgestuft werden.
Die Abkühlzeit ist eine Schätzung erster Ordnung, die auf der eindimensionalen Plattenlösung basiert. Dabei werden das Einfrieren des Angusses, Heißkanaleffekte und die Anordnung der Formkühlung nicht berücksichtigt. Betrachten Sie diese Angabe als Vergleichshilfe und nicht als verbindliches Angebot.
Die Steifigkeit wird durch die Rippen gewährleistet, nicht durch dickere Wände.
Die Biegesteifigkeit ist proportional zur dritten Potenz der Höhe. Eine Rippe, die dreimal so hoch ist wie die Wand, sorgt für eine weitaus höhere Steifigkeit als eine Verdopplung der Wandstärke und kostet fast keine Zykluszeit. Dies ist die Maßnahme mit dem größten Nutzen bei der Konstruktion von Kunststoffteilen.
Der Haken liegt an der Rippenwurzel. Dort, wo die Rippe auf die Wand trifft, sammelt sich Material an. Diese lokale Verdickung kühlt als Letzte ab und zieht eine Vertiefung auf die Oberfläche direkt gegenüber der Rippe.
Bodenstärke 0,5–0,6 × Wandstärke bei amorphen Kunststoffen, 0,4–0,5 × bei halbkristallinen Kunststoffen mit hoher Schrumpfung. Höhe bis zu 3 × Wandstärke. Entformungsschräge 0,5–1,5° pro Seite. Wurzelradius 0,25–0,5 × Wandstärke. Abstand mindestens 2 × Wandstärke, damit der Stahl zwischen den Rippen noch abkühlen kann.
Drei Lösungsansätze, geordnet nach den Kosten: Die Rippe aus der Sichtfläche entfernen, die gegenüberliegende Fläche durch eine Textur oder eine Formrille aufbrechen oder die Wand hinter der Rippe aushöhlen, damit sich die Masse ausgleicht. Das Hinzufügen von Haltedruck verdeckt lediglich kleine Vertiefungen und führt stattdessen oft zu zusätzlicher Belastung.
Durch die Ziehkraft kann das Teil den Stahl verlassen
Ein Spritzgussteil schrumpft auf den Kern. Anschließend wird es durch Auswerferstifte vom Kern abgeschoben. Ohne Konus zieht das Teil über die gesamte Tiefe des Kerns und weist dabei Abriebspuren, Spannungsweißfärbung oder einen Wandriss auf. Durch die Entformungsschräge wird dieser Gleitkontakt in eine sofortige Freigabe umgewandelt.
Die Oberflächenstruktur verschlimmert das Problem noch. Eine gekörnte Oberfläche besteht aus unzähligen winzigen Hinterschneidungen. Pro 0,025 mm Strukturtiefe ist zusätzlich zur Grundanforderung ein Entformungswinkel von etwa 1,5° erforderlich.
0,5° ist der praktische Mindestwert für eine polierte vertikale Oberfläche. 1–2° ist der übliche Standardwert. 3° eignet sich für eine feine Maserung, 5° und mehr für eine grobe. Tiefe Rippen und hohe Kerne erfordern mindestens 0,5° pro Seite, selbst wenn in der Zeichnung angegeben ist, dass die Oberfläche kritisch ist. Absperrflächen und Dichtflächen bilden eine Ausnahme; hier ist eine schriftliche Vereinbarung erforderlich, bevor der Stahl geschnitten wird.
Scharfe Innenecken sind Spannungskonzentratoren
Eine scharfe Innenecke bündelt die Spannungen, behindert den Materialfluss und führt zu einer lokalen Überhitzung im Stahl. An dieser Stelle brechen die Teile bei Falltests zudem als Erstes. Das Einarbeiten eines Radius ist in der Konstruktionsphase kostenlos, nach der Fertigung des Werkzeugs jedoch kostspielig.
Die folgende Grafik zeigt die klassische Spannungskonzentrationskurve. Unterhalb von R/T = 0,3 steigt der Faktor steil an. Oberhalb von R/T = 0,6 erzielt man fast keinen Gewinn mehr, und es kommt zu einer Zunahme der Masse, die die Festigkeit verringert.
Außenradius = Innenradius + Wandstärke. Wenn Sie das so machen, bleibt die Materialstärke in der Ecke gleich der Nennwandstärke. Verwenden Sie überall denselben Innenradius, damit die Poliermaschine nur einen Kugelfräser statt fünf einsetzt.
Schraubendreher: stark genug, um eine Schraube zu halten, und dünn genug, um nicht einzusinken
Ein Vorsprung ist eine zu einem Rohr gerollte Rippe. Alle Regeln für Rippen gelten auch hier, dazu kommen noch zwei weitere. Die Wand des Vorsprungs muss im Verhältnis zur Nennwand dünn bleiben, und der Vorsprung darf nicht direkt an einer Seitenwand anliegen, da sich sonst die beiden Massen zu einem einzigen dicken Klumpen verbinden.
Entfernen Sie den Vorsprung an der Trennfuge, damit die Wandstärke gleichmäßig bleibt. Geben Sie dem Kern ein Entformungswinkel von 0,25–0,5°, da er sich sonst nicht lösen lässt. Der Vorsprung sollte mindestens eine Wandstärke von der Seitenwand abstehen und mit einem Verstärkungsflansch verbunden werden. Halten Sie die Gewindetiefe auf das 2–2,5-Fache des Schraubendurchmessers ein und fügen Sie an der Öffnung eine Senkung hinzu, damit die Schraube gerade einrastet und die Oberseite des Vorsprungs nicht splittert.
Jede Hinterschneidung erfordert ein bewegliches Teil im Werkzeug
Die kostengünstigste Form öffnet sich in eine Richtung, und das Teil fällt heraus. Alles, was das Teil festhält, erfordert einen Schieber, einen Heber, einen zusammenklappbaren Kern oder eine Abschraubvorrichtung. Jede dieser Komponenten verursacht zusätzliche Kosten, verlängert die Zykluszeit, hinterlässt eine Sichtnaht am Teil und stellt ein zusätzliches Bauteil dar, das bei 200.000 Schuss ausfallen kann.
Wählen Sie die Funktionen aus, die Ihr Bauteil tatsächlich benötigt. Im Fenster wird zusammengefasst, welche Funktionen sie für das Werkzeug haben.
Viele Hinterschneidungen lassen sich durch eine kleine Änderung beseitigen. Fügen Sie auf der gegenüberliegenden Seite eine Durchgangsbohrung hinzu, damit ein Kernstift das Merkmal beim geraden Ziehen formen kann. Verschieben Sie die Trennlinie auf eine Formbruchstelle. Teilen Sie ein Teil in zwei Teile auf und verschweißen oder verbinden Sie diese. Verwandeln Sie einen starren Schnappverschluss in eine flache Ausbuchtung, über die ein flexibles Harz gestülpt werden kann. Jede dieser Maßnahmen ist vor der Angebotsanfrage eine Stunde CAD-Arbeit wert.
Das Gate bestimmt, wo die schwachen Leitungen ankommen
Die Schmelze tritt am Anguss ein und strömt nach außen. Wo sich zwei Fließfronten treffen, bilden sie eine Schweißnaht. Diese Naht kann 20–60% schwächer sein als das Grundmaterial, und bei einem glasfaserverstärkten Kunststoff ist dies noch ausgeprägter, da die Fasern parallel zur Naht verlaufen und nicht quer dazu.
Klicken Sie auf eine beliebige Stelle der Platte, um den Einlauf zu verschieben, und beobachten Sie, wie sich das Füllmuster verändert. Durch die Öffnungen wird der Fluss aufgeteilt, und hinter jedem Loch entsteht eine Schweißnaht.
Klicken Sie auf die Platte, um das Tor zu platzieren.
Auswahl eines Tor-Typs
| Tor | Automatische Entsperrung | Überbleibsel | Am besten für | Achten Sie auf |
|---|---|---|---|---|
| Kante / Seite | Nein | Abgeschnittener Knubbel | Flache Teile, der Großteil der Werkzeuge | Manuelles Zuschneiden verursacht zusätzlichen Arbeitsaufwand |
| U-Boot (Tunnel) | Ja | Stiftmarkierung, verdeckt | Kleine bis mittelgroße Teile | Hohe Scherbeanspruchung, nicht für gefüllte oder spröde Kunststoffe geeignet |
| Heißer Tipp / Nadelverschluss | Ja | Kleine Vertiefung oder flach | Zierteile, kein Angussabfall | Höchste Werkzeugkosten, erfordert eine Steuerung |
| Direkter Anguss | Nein | Große Narbe | Dicke Teile mit einem Hohlraum | Unter dem Tor versinken, langes Abkühlen |
| Fan | Nein | Breiter, besetzter Rand | Breite, flache Platten, geringe Verzerrung | Benötigt eine Befestigungsvorrichtung |
| Diaphragma | Nein | Ring an der Bohrung | Runde Teile, bei denen Rundlaufgenauigkeit erforderlich ist | Nachbearbeitung |
Wo kann ein Gussränderüberhang akzeptiert werden? Welche Oberfläche ist kosmetisch relevant, sodass die Schweißnaht von dieser entfernt werden muss? Liegt der längste Fließweg für dieses Harz an dieser Wand im zulässigen Bereich? Beantworten Sie diese Fragen, und die Füllanalyse bestätigt in der Regel Ihre bereits getroffene Wahl.
Zuerst der Schwund, dann die Toleranz
Die Formkavität wird größer als das Bauteil ausgeschnitten. Wie viel größer, hängt vom Kunststoff, der Wandstärke, dem Nachdruck und der Fließrichtung ab. Halbkristalline Kunststoffe schrumpfen zwei- bis viermal stärker als amorphe, und Glasfasern bewirken eine gerichtete Schrumpfung.
Deshalb kann eine Toleranz, die bei Aluminium gang und gäbe ist, bei PP unmöglich sein. Fordern Sie enge Toleranzwerte nur dort an, wo die Funktion dies erfordert, und geben Sie an, von welchem Bezugspunkt aus gemessen wird.
Der Druck und die Haltezeit beeinflussen die Schrumpfung stärker als alle anderen Einstellungen. An zweiter Stelle steht die Formtemperatur, gefolgt von der Wandstärke. Ein Teil, das direkt nach dem Pressvorgang gemessen wird, entspricht nicht dem Teil, das Sie 48 Stunden später erhalten, insbesondere bei PA und POM. Legen Sie Ihren Prüfzeitraum fest und vermerken Sie ihn in der Zeichnung.
Die angegebenen Werte orientieren sich an den allgemeinen Vorgaben der SPI und der DIN 16742 für Standard- und Feintoleranzklassen. Nutzen Sie diese Werte, um eine Zeichnung frühzeitig auf ihre Plausibilität zu überprüfen. Eine endgültige Aussage zur Fertigungsfähigkeit ergibt sich aus der Formflussanalyse und dem Erstmusterbericht.
Selbsttest
Acht Fragen aus den obigen Abschnitten. Die Antworten ergeben sich im Laufe der Bearbeitung von selbst.
Die Strukturanalyse ist einer der wichtigsten Schritte im Entwurfsprozess. Ohne sie kann Ihr Produkt unter realen Bedingungen versagen, was zu kostspieligen Rückrufaktionen, Verzögerungen oder sogar einem beschädigten Markenruf führen kann. Das Ziel besteht darin, vorherzusagen und zu analysieren, wie sich das Produkt verhält, wenn es verschiedenen Kräften, Umgebungsbedingungen und Spannungen ausgesetzt ist. Für komplexe Geometrien, Finite-Elemente-Analyse (FEA) ist der Industriestandard für die Überprüfung.
Bei der Konstruktion eines spritzgegossenen Kunststoffteils ist beispielsweise die strukturelle Integrität des Materials von größter Bedeutung. Bestimmte Materialien wie Polypropylen (PP) können sich unter Belastung anders verhalten als Materialien wie Polycarbonat (PC), das viel steifer und haltbarer ist. Mithilfe von Finite-Elemente-Analyse-Software (FEA) können Ingenieure simulieren, wie das Teil auf Druck, Temperaturänderungen und mechanische Kräfte reagiert. Mit Hilfe der FEA lassen sich Schwachstellen in der Konstruktion erkennen, z. B. potenzielle Bruchstellen oder Bereiche, die sich unter Hitze oder Belastung verformen können. Diese Analyse ist besonders wichtig für Produkte, die stark beansprucht werden oder extremen Bedingungen ausgesetzt sind, wie z. B. Automobilteile oder Elektronik für den Außenbereich.
Außerdem wird in SpritzgießenDie Konstrukteure müssen die Abkühlung und Schrumpfung von Materialien berücksichtigen. Wenn die Konstruktion nicht richtig darauf abgestimmt ist, wie sich die Materialien während der Abkühlung zusammenziehen, kann das Produkt Maßabweichungen, Verformungen oder Risse aufweisen. So können beispielsweise Teile mit dickem Querschnitt unterschiedlich schnell abkühlen, was zu Spannungen führt, die im Laufe der Zeit zum Versagen führen können. Durch die Durchführung einer Strukturanalyse können Sie diese Risiken mindern und sicherstellen, dass Ihr Produkt langfristig robust und zuverlässig ist.
6. Auswahl der endgültigen Materialien
Wenn sich Ihr Entwurf weiterentwickelt, ist es an der Zeit, Ihre Materialauswahl zu treffen. Inzwischen sollten Sie eine genauere Vorstellung davon haben, welches Material den Anforderungen Ihres Produkts in Bezug auf Kosten, Leistung und Herstellbarkeit am besten entspricht. Diese Entscheidung kann nach weiteren Tests, Simulationen oder Beratungen mit Lieferanten getroffen werden. Hilfe bei der Kostenermittlung erhalten Sie in unserem Kostenrechner für intelligente Spritzgussformen.
Wenn Sie beispielsweise ein medizinisches Gerät entwerfen, das sterilisiert werden muss, könnten Sie sich für ein Material wie PEEK (Polyetheretherketon) entscheiden, das für seine hervorragende Beständigkeit gegen Hitze und Chemikalien bekannt ist. Wenn Sie hingegen eine Einwegverpackung entwerfen, könnte ein kostengünstigeres Material wie PET (Polyethylenterephthalat) geeignet sein.
7. Ändern Sie den Entwurf für die Fertigung (DFM)
Design for Manufacturing (DFM) ist der Prozess der Verfeinerung Ihres Entwurfs, um ihn einfacher, kostengünstiger und effizienter herstellen zu können. Dies ist ein wichtiger Schritt für jeden, der vom Prototyp zur Produktion übergehen möchte, da er dazu beiträgt, dass das Produkt ohne größere Verzögerungen oder unerwartete Kosten hergestellt werden kann. Überprüfung von Bewährte DFM-Verfahren kann Ihren Zeitplan erheblich verkürzen.
Der DFM-Prozess umfasst die Analyse aller Aspekte des Entwurfs, um potenzielle Probleme zu ermitteln, die während der Produktion auftreten könnten. Im Falle des Spritzgießens könnte dies bedeuten, dass Teile vereinfacht werden, um die Komplexität der Form zu verringern. Wenn der Entwurf beispielsweise tiefe Hinterschneidungen oder komplexe Geometrien aufweist, die das Auswerfen des Teils aus der Form erschweren, könnten diese Merkmale geändert oder ganz eliminiert werden.
Ein gutes Beispiel für DFM beim Spritzgießen ist die Verwendung von Entformungswinkeln. Ohne Entformungsschrägen (leichte Schrägen an den Seiten des Formhohlraums) könnte das Formteil in der Form stecken bleiben, was zusätzlichen Arbeitsaufwand oder Werkzeuge erfordert, um es zu entfernen. Entformungsschrägen von etwa 1 bis 2 Grad werden häufig verwendet, um das Auswerfen zu erleichtern. Zusätzlich zu den Entformungswinkeln werden während des DFM-Prozesses auch die Anschnitt- und Angusssysteme (die den Fluss des geschmolzenen Materials in die Form leiten) optimiert. Durch die strategische Platzierung der Anschnitte und die Gewährleistung eines gleichmäßigen Materialflusses können die Hersteller die Zykluszeiten und den Materialabfall reduzieren, was wiederum die Produktionskosten senkt.
Ein weiterer wichtiger Aspekt des DFM ist die Anzahl der Teile. Je weniger Teile ein Produkt hat, desto einfacher und kostengünstiger ist es zu fertigen. Die Konsolidierung von Komponenten, wo dies möglich ist, oder der Entwurf von multifunktionalen Teilen kann dazu beitragen, die Herstellungszeit, die Komplexität der Werkzeuge und die Montagekosten zu reduzieren. Letztlich geht es beim DFM darum, das richtige Gleichgewicht zwischen Designkomplexität, Herstellbarkeit und Kosteneffizienz zu finden.
8. Prototyping
Beim Prototyping geht es ans Eingemachte. Bis zu diesem Zeitpunkt existiert Ihr Entwurf nur als Idee oder digitale Datei. Der Prototyp ist das erste Mal, dass Sie Ihren Entwurf in der realen Welt sehen und anfassen können. Dies ist ein unschätzbarer Schritt, um Probleme zu identifizieren, die während der Entwurfsphase möglicherweise nicht offensichtlich waren, und um sicherzustellen, dass Ihr Entwurf wie beabsichtigt funktioniert, bevor die Serienproduktion anläuft. Für Tests in der Frühphase beginnen viele mit Tipps zum Prototyping für Anfänger.
Bei spritzgegossenen Produkten umfasst das Prototyping oft die Herstellung einer Form in begrenzter Auflage, die zur Produktion einer kleinen Charge von Teilen verwendet wird. Diese Teile werden dann auf Funktionalität, Passform und Verarbeitung getestet. Diese Phase bietet die Möglichkeit, die Leistung des Produkts unter realen Bedingungen zu bewerten, einschließlich der Festigkeit, der einfachen Montage und der Benutzerfreundlichkeit. Wenn Sie an einem Verbraucherprodukt arbeiten, z. B. an einer neuen Handyhülle, möchten Sie vielleicht auch die Haptik testen - wie fühlt sich das Produkt in der Hand an? Ist es zu sperrig, zu glatt oder unangenehm in der Handhabung?
In einigen Fällen, schneller Prototypenbau Methoden wie der 3D-Druck werden zur Erstellung eines Prototyps verwendet. 3D-gedruckte Prototypen können zwar dabei helfen, die Form und Passform eines Entwurfs schnell zu visualisieren, sie können aber in der Regel nicht die Materialeigenschaften oder Produktionsprozesse des Spritzgusses nachbilden. 3D-gedruckte Modelle können jedoch unschätzbare Einblicke in Designanpassungen liefern, die vor der Herstellung teurerer Formen notwendig sind.
Das Prototyping bietet auch die Möglichkeit, den Montageprozess zu verfeinern. Lassen sich alle Teile leicht zusammenbauen? Gibt es eine einfachere Möglichkeit, sie zu verbinden? Sind Anpassungen in Bezug auf die Toleranzen der Teile erforderlich? Das Testen mit einem Prototyp hilft, diese kleinen, aber wichtigen Probleme aufzudecken, die bei der Massenproduktion zu größeren Problemen führen könnten.
9. Werkzeugbau
Der Werkzeugbau ist wohl eine der teuersten und zeitaufwändigsten Phasen der Produktentwicklung. In diesem Schritt werden die Formen oder Werkzeuge erstellt, mit denen Ihr Produkt in großen Stückzahlen produziert werden soll. Der Werkzeugbau umfasst die Herstellung präziser Formen für das Spritzgießen, den Druckguss oder andere Fertigungsverfahren und schafft die Voraussetzungen für die Massenproduktion.
Die Erstellung der richtigen Werkzeuge ist entscheidend für den Erfolg des Herstellungsprozesses Ihres Produkts. Wenn die Werkzeuge ungenau oder schlecht konstruiert sind, kann dies zu Mängeln wie schlechter Oberflächengüte, Maßungenauigkeiten oder übermäßigen Zykluszeiten führen. Beim Spritzgießen ist die Herstellung der Form eine hochspezialisierte Aufgabe, die erfahrene Ingenieure und Maschinenbauer erfordert. Bei der Konstruktion der Form werden die Anzahl der Kavitäten (wie viele identische Teile auf einmal hergestellt werden können), die Anschnittsysteme (wie das geschmolzene Material in die Form gelangt) und die Kühlkanäle (zur Temperaturregelung und Gewährleistung einer gleichmäßigen Kühlung) berücksichtigt.
Der Werkzeugbau beginnt oft mit dem Prototyping der Form selbst, bei dem Testformen erstellt werden, um das Design zu überprüfen und eventuelle Probleme zu erkennen, bevor die Produktion in vollem Umfang beginnt. Sobald die Form fertig ist, wird sie getestet, um sicherzustellen, dass sie in der Lage ist, konsistente, hochwertige Teile ohne übermäßigen Verschleiß zu produzieren. Wenn Sie zum Beispiel eine Komponente für ein Automobilanwendungbenötigen Sie Werkzeuge, die hohe Stückzahlen ohne Beeinträchtigung der Präzision verarbeiten können. In der Regel werden diese Werkzeuge aus gehärtetem Stahl hergestellt, um dem Druck mehrerer Spritzzyklen standzuhalten.
Es ist wichtig zu wissen, dass die Werkzeugkosten einen erheblichen Teil der gesamten Herstellungskosten ausmachen, und diese Kosten können je nach Komplexität des Produktdesigns variieren. Komplexe Merkmale, wie z. B. Mehrfachformen, können in der Herstellung teurer sein, führen aber zu kürzeren Zykluszeiten und niedrigeren Stückkosten. Wenn die Werkzeuge schlecht konstruiert sind oder häufig gewartet werden müssen, kann dies zu Verzögerungen in der Produktion oder zu erhöhten Ausschussraten führen, was letztlich die Produktionskosten erhöht.
10. Produktion
Schließlich kommen wir zur Produktionsphase, in der Ihr Produkt in großen Mengen hergestellt wird. Während der Produktion ist die Qualitätskontrolle entscheidend. Bei Spritzgussteilen bedeutet dies, dass jede Charge auf Fehler wie kurze Schüsse (unvollständige Füllung), Verformungen oder Einfallstellen (Oberflächenfehler aufgrund der Abkühlung) geprüft wird.
An dieser Stelle werden Sie wahrscheinlich in einen kontinuierlichen Feedback-Kreislauf mit dem Fertigungsteam eintreten, um sicherzustellen, dass der Prozess planmäßig verläuft. Wenn Sie alle vorherigen Schritte sorgfältig befolgt haben, sollte die Produktionsphase reibungslos verlaufen. Doch auch dann ist eine regelmäßige Überwachung unerlässlich, um die Qualität und Integrität jeder Charge zu gewährleisten. Weitere Informationen zu betrieblichen Standards finden Sie auf unserer Blog für tägliche Updates.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine erfolgreiche Produktentwicklung eine Reise ist, die eine sorgfältige Planung und eine sorgfältige Ausführung erfordert. Von der Definition Ihrer Anforderungen bis zur endgültigen Produktion spielt jeder Schritt im Entwicklungsprozess eine entscheidende Rolle, um sicherzustellen, dass Ihr Produkt nicht nur die Kundenanforderungen erfüllt, sondern auch herstellbar und kosteneffizient ist. Wenn Sie diese 10 wichtigen Schritte befolgen, können Sie sich auf den Erfolg vorbereiten und häufige Fallstricke vermeiden, die die Produktentwicklung zum Scheitern bringen können. Wenn Sie jeden einzelnen Schritt ernst nehmen, sind Sie auf dem besten Weg, Ihre Ideen in die Realität umzusetzen.
