Im ersten Abschnitt wird die Relevanz der Prototypen im Produktentwicklungsprozess vorgestellt, um im anschließenden Themenblock auf die Eigenschaften des Rapid Prototypings näher eingehen und die Vorgehensweise an einem Praxisbeispiel erläutern zu können.
Im darauffolgenden Teil wird beschrieben, wie MATLAB Simulink als unterstützendes Tool im Rapid Prototyping Anwendung finden kann. Zum Abschluss wird ein kritisches Fazit erstellt, in dem auch der Aspekt der Nachhaltigkeit in Verbindung mit Rapid Prototyping beleuchtet werden soll.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 1.1 Einführung in die Thematik
- 1.2 Struktur dieses Assignments
- 2. Prototypen in der Produktentwicklung
- 2.1 Produktentwicklungsprozess im Allgemeinen
- 2.2 Produktentwicklungszyklen
- 2.3 Bedeutung von Modellen und Prototypen
- 3. Rapid Prototyping
- 3.1 häufig genutzte Fertigungsverfahren für mechanische Prototypen
- 3.2 Praxisbeispiel für Rapid Prototyping
- 3.3 MATLAB Simulink als Unterstützung für Rapid Prototyping
- 4. Zusammenfassung & Kritik
- 5. Quellenverzeichnis
- 6. Abbildungsverzeichnis
Zielsetzung & Themen
Diese wissenschaftliche Arbeit beleuchtet die Rolle und die Anwendung von Rapid Prototyping im Kontext der modernen Produktentwicklung, insbesondere unter Berücksichtigung der Unterstützung durch Softwaretools wie MATLAB Simulink. Das Hauptziel ist es, die Vorteile und Herausforderungen dieser schnelllebigen Entwicklungsmethode aufzuzeigen und Empfehlungen für eine nachhaltige Implementierung zu geben.
- Analyse des Produktentwicklungsprozesses und dessen Zyklen
- Erläuterung der Bedeutung von Modellen und Prototypen
- Vorstellung gängiger Rapid Prototyping-Verfahren für mechanische Komponenten
- Anwendung von MATLAB Simulink zur Unterstützung des Rapid Prototyping in elektronischen Systemen
- Betrachtung eines Praxisbeispiels aus der Automobilbranche
- Kritische Auseinandersetzung mit Nachhaltigkeitsaspekten im Rapid Prototyping
Auszug aus dem Buch
3. Rapid Prototyping
Rapid Prototyping eignet sich besonders zur Herstellung von Design-, Konzept-, Geometrie- und Funktionsmodellen im frühen Stadium der Produktentwicklung [6] Um das Konzept des Rapid Prototypings sinnvoll definieren zu können, wird zunächst der Begriff des Prototyps beschrieben. Hierfür existieren mannigfaltige Definitionen. Alle haben jedoch eine Kernaussage gemein: ein Prototyp ist ein experimentelles Modell einer Idee, mit dem Überlegungen eine visuelle Komponente versetzt und diese dadurch sichtbar werden [7] Das Rapid Prototyping kann damit also übersetzt werden mit der „schnellen Herstellung von Prototypen“ Wegen der über-proportional hohen Kostenfestlegungen in der Produktentwicklungsphase ist die [schnelle] Herstellung von prototypischen Modellen in möglichst kurzen Zeiten ein strategisches Werkzeug für Produktionsunternehmen[8]
Das Rapid Prototyping im mechanischen Bereich bedient sich überwiegend der Technologien aus der sogenannten Additiven Fertigung. Dazu zählen folgende häufig genutzte Verfahren:
Das FDM (Fused Deposition Modeling) ist ein additives Fertigungsverfahren zur Herstellung thermoplastischer Bauteile. Die Bauteile werden dabei durch einen erhitzten thermoplastischen Strang generiert, indem er Schicht für Schicht definiert aufgebracht wird. Das FDM-Verfahren ist ein von der Firma Stratasys Inc. patentiertes Verfahren, das erstmals im Jahre 1991 in den USA bzw. 1994 in Europa in den Markt eingeführt wurde. Seit 2003 zählt dieses Verfahren zu den am meisten verwendeten additiven Fertigungsverfahren zur Herstellung von Prototypen, Werkzeugen, aber auch von Endprodukten.[9]
Beim selektiven Lasersintern (SLS), einem Rapid Prototyping-Verfahren, werden räumliche Strukturen durch Sintern aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff hergestellt, indem das Werkstück schichtweise aufgebaut wird. [10]
Stereolithografie (STL, SLA) ist ein Verfahren, bei dem ein Werkstück schichtweise aus UV-empfindlichem, flüssigem Fotopolymer (etwa Epoxidharz) aufgebaut und mittels UV-Laser ausgehärtet wird. Dabei dienen Rasterpunkte im Raum als Orientierung. Diese werden aus 3D-CAD-Daten über die STL-Datenschnittstelle (Surface Tesselation Language) zur Verfügung gestellt. [11]
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 1: Einleitung: Dieses Kapitel führt in die Thematik der Produktentwicklung ein, beleuchtet die zunehmende Komplexität und verkürzte Zyklen, und positioniert Rapid Prototyping als wichtige Antwort auf diese Herausforderungen.
Kapitel 2: Prototypen in der Produktentwicklung: Hier werden die allgemeinen Phasen des Produktentwicklungsprozesses erläutert, verschiedene Entwicklungszyklen beschrieben und die fundamentale Bedeutung von Modellen und Prototypen für eine effiziente und iterative Entwicklung hervorgehoben.
Kapitel 3: Rapid Prototyping: Das Kapitel definiert Rapid Prototyping, stellt verschiedene gängige additive Fertigungsverfahren für mechanische Prototypen (wie FDM, SLS, Stereolithografie) vor, demonstriert deren Anwendung an einem Praxisbeispiel aus der Automobilbranche und zeigt, wie MATLAB Simulink elektronische Prototypen unterstützt.
Kapitel 4: Zusammenfassung & Kritik: Dieses abschließende Kapitel fasst die Kernvorteile des Rapid Prototyping zusammen, kritisiert aber auch die potenziellen Nachteile in Bezug auf Rohstoffverschwendung bei physischen Prototypen und betont die Notwendigkeit einer nachhaltigen Implementierung.
Schlüsselwörter
Rapid Prototyping, Produktentwicklung, Prototypen, Modelle, MATLAB Simulink, Additive Fertigung, FDM, SLS, Stereolithografie, Automobilbranche, Nachhaltigkeit, Scrum, Ingenieurwesen, Prozessoptimierung, Systementwicklung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die Anwendung von Rapid Prototyping-Technologien, insbesondere unter Nutzung von MATLAB Simulink, im Kontext der modernen Produktentwicklung, um Effizienz und Nachhaltigkeit zu verbessern.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themenfelder sind der Produktentwicklungsprozess, die Rolle von Prototypen und Modellen, verschiedene Rapid Prototyping-Verfahren, der Einsatz von MATLAB Simulink sowie die Nachhaltigkeitsaspekte dieser Technologien.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das primäre Ziel ist es, die Relevanz und die Anwendungsmöglichkeiten von Rapid Prototyping im Entwicklungsprozess komplexer Systeme aufzuzeigen und dabei auch dessen Vor- und Nachteile, insbesondere im Hinblick auf Nachhaltigkeit, zu beleuchten.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit verwendet eine beschreibende und analysierende Methode, indem sie bestehende Konzepte, Verfahren und Tools (wie Rapid Prototyping und MATLAB Simulink) darstellt, ihre Anwendung anhand eines Praxisbeispiels erläutert und kritisch bewertet.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil behandelt die Bedeutung von Prototypen in der Produktentwicklung, stellt spezifische Rapid Prototyping-Verfahren vor, illustriert deren Anwendung anhand eines Praxisbeispiels aus der Automobilbranche und beschreibt, wie MATLAB Simulink als unterstützendes Werkzeug eingesetzt wird.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Schlüsselwörter wie Rapid Prototyping, Produktentwicklung, Prototypen, Modelle, MATLAB Simulink, Additive Fertigung, FDM, SLS, Stereolithografie, Automobilbranche, Nachhaltigkeit, Scrum, Ingenieurwesen, Prozessoptimierung und Systementwicklung charakterisieren diese Arbeit.
Was ist die Bedeutung von Modellen und Prototypen in den verschiedenen Entwicklungsphasen?
Modelle und Prototypen dienen in jeder Entwicklungsphase unterschiedlichen Zwecken, von der geometrischen Überprüfung (Anschauungsmodell) über die Funktionsüberprüfung (Funktionsmodell) bis hin zur Prozessunterstützung als Referenzmodell.
Wie unterstützt MATLAB Simulink das Rapid Prototyping speziell bei elektronischen Systemen?
MATLAB Simulink ermöglicht die Konzeption und Erprobung von Software für Steuer- und Regelgeräte sowie die Simulation neuer Sensorprototypen virtuell, ohne physische Komponenten fertigen zu müssen, was Abfall reduziert.
Welche Kritikpunkte gibt es am Rapid Prototyping bezüglich der Nachhaltigkeit?
Ein Hauptkritikpunkt ist, dass viele physische Prototypen, insbesondere mechanische Werkstücke, nach kurzer Nutzung entsorgt werden, was zu Rohstoffverschwendung führt. Die Arbeit betont die Notwendigkeit einer nachhaltigen Implementierung, um diesen Effekt zu minimieren.
Welche agilen Methoden werden im Kontext der Produktentwicklung erwähnt und warum?
Die SCRUM-Methode wird als häufig genutztes Rahmenwerk für agiles Projektmanagement erwähnt, das eine leichtgewichtige, iterativ-inkrementelle Vorgehensweise in kurzen Lernschleifen zur Entwicklung komplexer Produkte fördert.
- Citar trabajo
- Simon Münster (Autor), 2021, Rapid Prototyping mit MATLAB Simulink, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1390071
