Prototyp im 3D-Druck erstellen lassen: Was ein Funktionsprototyp leisten muss

„Wir drucken das mal schnell“ — so fängt Prototyping oft an. Und das ist richtig: Der 3D-Druck hat die Produktentwicklung schneller gemacht, weil ein Teil nicht mehr wochenlang beim Werkzeugbauer liegt. Aber ein gedrucktes Teil ist nur dann ein guter Prototyp, wenn vorher klar ist, welche Frage es beantworten soll.

In diesem Beitrag geht es darum, wie ich bei KANID mit 3D-Druck-Prototypen arbeite, wofür sie taugen und wo ihre Grenzen liegen.

Was ist ein Prototyp — und was nicht?

Ein Prototyp ist ein Werkzeug, um eine Unsicherheit loszuwerden. Er ist kein Mini-Produkt. Typische Fragen, die ein Prototyp beantwortet:

• Form und Ergonomie: Liegt das Teil gut in der Hand? Ist der Knopf erreichbar?
• Passung: Passt das Teil an das Gegenstück, die Leiterplatte, das Rohr, den Zollstock?
• Montage: Lässt sich die Baugruppe zusammensetzen, und in welcher Reihenfolge?
• Funktion: Rastet der Clip ein, dreht das Gelenk, hält die Klemmung?

Je klarer die Frage, desto einfacher der Prototyp. Für eine Passungsfrage reicht oft ein Ausschnitt des Bauteils, der in einem Bruchteil der Zeit gedruckt ist. Für einen Funktionstest braucht es die ganze Baugruppe.

Warum 3D-Druck für Prototypen so gut passt

Der größte Vorteil ist die Geschwindigkeit der Schleife: konstruieren, drucken, testen, ändern. Weil ich im eigenen Betrieb in Filderstadt im FDM-Verfahren drucke, liegen zwischen Konstruktionsänderung und gedrucktem Teil kein Versand und kein externer Angebotsprozess.

Dazu kommt: Für einen Prototyp braucht es kein Werkzeug. Eine Änderung am CAD-Modell ist beim nächsten Druck drin. Das macht es günstig, Varianten nebeneinander zu testen — zum Beispiel drei Griffformen oder zwei Rastvarianten — statt sich am Bildschirm für eine zu entscheiden.

Die Grenzen eines gedruckten Prototyps

Ein FDM-Teil ist nicht dasselbe wie ein Spritzgussteil oder ein gefrästes Aluminiumteil. Das muss man beim Testen im Kopf behalten:

• Schichtaufbau: FDM-Teile werden Schicht für Schicht aufgebaut. In Aufbaurichtung sind sie in der Regel weniger belastbar als quer dazu. Wie ein Teil auf dem Drucker liegt, beeinflusst also das Ergebnis.
• Werkstoff: Der Prototyp ist aus Druckkunststoff. Wird das Serienteil später aus einem anderen Werkstoff oder in einem anderen Verfahren gefertigt, verhält es sich anders.
• Oberfläche und Toleranzen: Für Passungstests ist das meist ausreichend, für Optikmuster oder sehr enge Toleranzen nicht immer.

Deshalb trenne ich zwei Dinge: Der 3D-Druck-Prototyp beantwortet Fragen zu Form, Passung und Funktion. Die Konstruktion selbst wird so ausgelegt, dass sie im späteren Fertigungsverfahren funktioniert. Wo es um Festigkeit geht, rechne ich bei Bedarf mit FEM nach, statt mich nur auf den gedruckten Test zu verlassen.

Bei manchen Produkten ist der 3D-Druck auch das Serienverfahren. Bei meinen eigenen Produkten in der KANID Factory ist das so: SoloMeter, SoloMeter 2.0 und QuerLe werden im FDM-3D-Druck aus PLA in Filderstadt gefertigt. Dann sind Prototyp und Serienteil näher beieinander, und die Tests sagen mehr über das spätere Produkt aus.

Ablauf: Vom CAD-Stand zum Vorserienprototyp

So läuft das Prototyping in Phase 2 der Entwicklung bei KANID:

1. CAD-Stand freigeben. Sie prüfen das Modell per Link im Browser in Onshape — ohne eigene CAD-Lizenz.
2. Erster Prototyp. Ich drucke den freigegebenen Stand und teste ihn gegen die Anforderungen aus dem Lastenheft.
3. Korrekturschleife. Sie prüfen den Prototyp und geben Ihre Änderungswünsche gesammelt zurück. Ich arbeite sie ein und übergebe einen überarbeiteten Stand. Zwei solcher Korrekturschleifen sind im Festpreis enthalten.
4. Vorserienprototyp. Am Ende steht ein Stand, der funktioniert und sich fertigen lässt — mit Zeichnungen, Stückliste und STEP-Daten.

Das Material für die Prototypen laut Angebot ist im Festpreis von Phase 2 enthalten. Weitere Korrekturschleifen gibt es nur nach Ihrer vorherigen Freigabe. Einen Überblick über alle Schritte gibt der Beitrag Von der Idee zum Produkt.

Ein Beispiel aus der Werkstatt

Wie ein Prototyp in der Praxis entsteht, zeigt der Beitrag zum Antriebsrad für einen Rasenmäher: Aus einem beschädigten Originalteil und groben Maßen wurde ein CAD-Modell, daraus ein gedruckter Prototyp, der im Praxistest angepasst wurde.

Bei meinen eigenen Produkten war es ähnlich. Der SoloMeter 2.0 ist aus dem ersten SoloMeter entstanden, mit einem neuen 3-Fuß-System und integrierter Libelle. Die Projekte stehen auf der Seite Referenzen, mit 3D-Modellen zum Drehen im Browser.

Worauf Sie bei der Beauftragung achten sollten

Wenn Sie einen Prototyp im 3D-Druck erstellen lassen, klären Sie vorher:

• Welche Frage soll der Prototyp beantworten? Form, Passung, Funktion oder alles?
• Gibt es ein CAD-Modell? Wenn nicht, ist die Konstruktion der größere Teil der Arbeit, nicht der Druck.
• Wie wird das Serienteil später gefertigt? Davon hängt ab, wie aussagekräftig ein gedruckter Test ist.
• Wer ändert nach dem Test? Ein Druckdienstleister druckt, was er bekommt. In der Produktentwicklung gehört das Ändern zur Aufgabe.

Der letzte Punkt ist der wichtigste. Ein Prototyp ohne jemanden, der aus dem Ergebnis die nächste Konstruktion macht, ist nur ein gedrucktes Teil.

Kurz gefragt

Wofür eignet sich ein Prototyp aus dem 3D-Druck?

Für Fragen zu Form, Passung, Ergonomie und Funktion: Passt das Teil, lässt es sich montieren, funktioniert der Mechanismus? Für Aussagen über Festigkeit oder Lebensdauer eines späteren Serienteils aus einem anderen Verfahren ist er nur eingeschränkt aussagekräftig.

Welches 3D-Druck-Verfahren nutzt KANID?

FDM-3D-Druck im eigenen Betrieb in Filderstadt. Dadurch liegen zwischen Konstruktionsänderung und gedrucktem Teil kein Versand und kein externer Angebotsprozess.

Ist der Prototyp im Festpreis enthalten?

Ja. In Phase 2 sind 3D-Druck-Prototypen inklusive Material laut Angebot und 2 Korrekturschleifen im Festpreis enthalten.

Kann ich nur einen Prototyp drucken lassen, ohne Entwicklung?

Der Schwerpunkt von KANID ist Produktentwicklung, also Konstruktion und Prototyp zusammen. Fragen Sie bei einem reinen Druckauftrag kurz über das Kontaktformular an.

Fazit

3D-Druck macht Prototyping schnell und günstig — wenn klar ist, was getestet wird, und wenn jemand aus dem Ergebnis die nächste Konstruktion macht. Bei KANID gehören CAD, Druck und Änderung zusammen, bis der Vorserienprototyp steht. Was das kostet, steht unter Leistungen. Für Ihr Projekt schreiben Sie mir über das Kontaktformular.

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