Industrial Prototyping Anfassen und abstimmen

Industrial Prototyping ist ein Ansatz, um unter Zeit- und Kostenaspekten ein Serienmodell auf den Weg zu bringen. In der Automobilfertigung sind für Komponenten für etwa 50 bis 100 Konzeptfahrzeuge und Vorserienprototypen zu fertigen. Hier sind unterschiedliche Verfahren und Strategien gefordert. Modellbauer, die zudem über Werkzeugkompetenz für die nachfolgende Großserie verfügen, können in der Entwicklung Impulse geben. Außerdem unterstützt der Modellbau den Ingenieur bei der Abstimmung mit der Unternehmensleitung.

Mit Rapid Prototyping sollen Ideen schneller Gestalt annehmen. Industrial Prototyping geht den Schritt weiter und zielt auf größere Stückzahlen ab. In der Entwicklung und Serienvorbereitung der Automobilindustrie ist Industrial Prototyping deshalb ein Ansatz, um unter Zeit- und Kostenaspekten ein Serienmodell auf den Weg zu bringen. Bei der Vorbereitung eines Serienanlaufs müssen auch Konzeptfahrzeuge und Vorserienprototypen immer wieder Anpassungen und Erprobungen durchlaufen. Dabei sind Einzelteile für die Ausstattung von 100 Prototypen- sowie etwa 50 bis 100 Vorserien-Fahrzeuge gefordert.

Um diesen Anforderungen zu begegnen, setzt der Modellbau auf unterschiedliche Strategien. Dazu zählen formgebundene Verfahren, Rapid-Technologien und Veredelungstechniken. So wird auch in Bezug auf Stückzahlen bei Großserien, wie dem Golf VII, aus dem Rapid Prototyping schnell ein Industrial Prototyping für eine Kleinserie mit bis zu 120 Stück. Auch nach dem Serienanlauf sind weitere Ausstattungsteile für Prototypen gefragt. Nach Klärung der Konstruktion erfolgt die Vorbereitung der Werkzeugformen. Dabei ist oft der Einsatz von Rapid-Technologien, wie dem Lasercusing (Laserschmelzen mit Metallen) notwendig für verschiedene Bauteile und -gruppen.

Desweiteren sind Veredelungstechniken, wie das Bedampfen der Beleuchtungselemente erforderlich. Üblicher sind jedoch Verfahrenskombinationen und -strategien, um eine hochkomplexe Baugruppe, wie etwa eine Instrumententafel herzustellen. Optik, Haptik, Finishing, Material-einsatz und Funktion sollen einem Großserienteil in nichts nachstehen.

Liegt bei einem vergleichbaren Großserienteil die Entwicklungszeit bei rund 25 Wochen, so kann ein externer Modellbauer mit seinen Technologien schon einmal in 12 Wochen die Vorserienteile bei Volkswagen anliefern. Neben der Dauer sind zunehmend auch die Kosten ein Thema. Im Industrial Prototyping sind deshalb verlässliche Qualitäten und Quantitäten gefragt. Modellbau Hofmann verfügt über das nötige Spektrum für eine solche Aufgabenstellung und ist dabei eingebettet in einen Werkzeugbau, der parallel Großserien-Werkzeuge liefern kann. Für das aktuelle Projekt des Golf VII waren 30 Spritzgießwerkzeuge gefordert, die in 10 Wochen bereitzustellen waren. Dafür konnten Frästeile vom Standort Dresden oder vom eigenen Standort in China abgerufen werden. Komplette Bauteilkompetenz besagt aber mehr als Fertigungsverfahren und Veredelungen – auch Funktionsprüfungen, wie Dichtigkeitsprüfungen gehören dazu.

Impulse bereits in der Entwicklungsphase

Industrial Prototyping bedeutete für dieses Projekt bis zu 120 Teile der unterschiedlichsten Baugruppen bereitzustellen. „Alles aus einer Hand, Prototypen und später Serienwerkzeuge, wirken sich auf die Qualität und den Zeitrahmen des Projekts spürbar aus. Wir geben auch Impulse in der Entwicklungsphase, während dem Werkzeugbau und schlagen die Brücke zu den Fertigungsfachleuten bei Volkswagen“, so Michael Mayer, Projektleiter Aluminium-Werkzeuge bei Modellbau Robert Hofmann.

„In erster Linie geht es um Designen und das Anfassen für die Entwicklungsingenieure und Abstimmungen bis in die Unternehmensspitze.“ Deshalb kommen auch generell formgebundene Verfahren, wie Alu-Werkzeuge, Abgüsse aus Kunstharz-Werkzeugen oder Silikonformen und formlose Verfahren, wie das Lasersintern, bei dem Schicht für Schicht ein originaler Polymerwerkstoff „gedruckt“ wird, zum Einsatz. Lasersintern geht heute ja auch schon bis zu Instrumententafel-Dimensionen. Für Mayer gibt es deshalb auch Standardlösungen. Es hängt primär von den Losgrößen ab, sowie auch von den Zeitvorgaben oder dem Budget. In Abhängigkeit von den Losgrößen kann man dann nur Empfehlungen abgeben. „Bei Kleinserien lohnen sich vielleicht Alu-Werkzeuge, wenn es echte Unikate sein sollen, dann vielleicht das Lasersintern.“, so Mayer. Je nach Verfahren sind die Übergangsstellen von einer Strategie zur anderen höchst unterschiedlich. Beim Lasersintern gilt die Herstellung von Großteilen von 1 bis 5 Stück als wirtschaftlich.

Kleinteile entstehen so bis Losgrößen von 50 Stück; bei Kleinstteilen können es bis zu 500 Stück sein. Bei größeren Losgrößen ist ein Umsteigen auf Alu-Werkzeuge ratsam, wenn es um den Nicht-Sichtbereich geht.

Der Trend entwickelt sich von den Prototypen, als Basis des klassischen Modellbau, hin zu Kleinserienfertigungen, die unter zeitlichen Aspekten und Kostensituationen zunehmend auf Nachfrage treffen.

 

Experten-Tipp

Lasersintern: Großteile 1-5 Stück, Kleinteile bis 50 Stück, Kleinstteile bis 500 Stück.
STL-Bauteile: bis Stückzahl 1 als Anschauungsmuster, oder als Urmuster für die Erstellung von Silikonformen geeignet.
Lasercusing: Großteile 1-2 Stück, mittelgroße Teile 1-10 Stück, Kleinteile bis 20 Stück, Kleinstteile bis 100 Stück. Hier gilt allgemein: Was leicht zu fräsen ist, ist unwirtschaftlich, je komplexer, desto besser im Vergleich zu anderen Verfahren (Gießen, Fräsen).
PU-Teile: (Abgüsse aus Silikonformen): Alle Teile, Ausbringungsmenge 30 Stück, für höhere Stückzahlen werden mehrere Formen gegossen, wirtschaftlich bis max. 100 Stück.
PU-Teile: Abgüsse aus Kunstharzwerkzeugen, ähnlich einem Spritzgusswerkzeug bis 500 Stück. Hauptsächlich für große, auch komplexe Bauteile (Klimaanlagen, Träger für I-Tafeln, usw.).
Laminate: Für großflächige Teile, für die relativ teure Spritzgusswerkzeuge notwendig wären. Stückzahl 1-50 typisch.
Alu-Werkzeuge: Immer dann im Einsatz, wenn Originalmateralien benötigt werden, teils auch schon ab Stückzahl 1; Ausbringungsmengen min. 500  bis 30.000 Teile (material- u. geometrieabhängig).
Stahlwerkzeuge, weich (nicht gehärtet): Für höhere Ausbringungsmengen, bzw. Original-Oberflächen (z.B. Hochglanz, Strukturen, Glanzgrad).

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Über den Autor

Guido Radig, Provvido PR & Communications, Bergkirchen, radig@provvido.de