Was ist ein Rapid Prototype Model?
Ein Rapid-Prototype-Modell ist in der Regel ein Kunststoff- oder Metallteil, das aus einer Computerzeichnung erstellt wurde und dem Kunden ermöglicht, ein in der Entwicklung befindliches Produkt zu überprüfen. Ab dem späten 20. Jahrhundert wurde eine Computersoftware entwickelt, mit der Designer dreidimensionale (3D) Zeichnungen erstellen konnten. Die parallele Entwicklung von Geräten, mit denen aus diesen Zeichnungen physikalische Strukturen erzeugt werden konnten, führte zur schnellen Modellierung.
Die Konstruktion eines Teils unter Verwendung von 3D-Software beginnt mit einer konzeptionellen Zeichnung eines gewünschten Teils. Ein Designer kann anhand dieser Zeichnung ein softwarebasiertes 3D-Modell erstellen, mit dem ein Teil aus verschiedenen Winkeln oder Ausrichtungen betrachtet werden kann. Diese Software kann das Teil auch virtuell zerlegen, um dem Kunden zu zeigen, wie die Montage in einer Industrieanlage erfolgen kann. Das Software-Design beinhaltet häufig die Fähigkeit, das Teil unter verschiedenen Belastungs- oder Stoßbedingungen zu "testen", um Teilefehler oder Konstruktionsfehler abzuschätzen.
Die schnelle Entwicklung von Prototypenmodellen wurde mit der Einführung von 3D-Druckern Realität. Im späten 20. Jahrhundert entwickelten sich verschiedene Technologien, die jedoch alle mit CAD-Programmen (Computer Aided Design) verknüpft waren, mit denen Softwaremodelle erstellt wurden. Alle 3D-Drucker verwenden eine Technik, bei der aufeinanderfolgende Schichten aus Kunststoffen oder Metallen nacheinander aufgebaut werden, um eine physische Probe des Teils zu erstellen.
Ein Druckertyp verwendete ein feines Pulver in einem Druckerschrank. Computer-Software verwandelte die Zeichnung in Tausende von extrem feinen Schichten, als würde das Bild extrem dünn geschnitten. Der Drucker sprühte ein chemisches Bindemittel in Form der untersten Schicht über das Pulver. Auf diese Schicht wurde dann Pulver aufgemischt und die flache Schale um eine winzige Menge abgesenkt. Die nächste Schicht Bindemittel und Pulver wurde hinzugefügt und so weiter, bis ein 3D-Teil hergestellt wurde. Abhängig von der Komplexität des Teils muss der Drucker möglicherweise tagelang laufen, um eine Probe fertigzustellen.
Ein anderer Typ eines Rapid-Prototype-Modelldruckers verwendete einen schmelzbaren Kunststoff. Eine Düse platzierte winzige Punkte des geschmolzenen Materials in aufeinanderfolgenden Schichten auf dem Druckerfach, um ein Teil aufzubauen. Diese Teile waren häufig direkt von der Maschine aus verwendbar, da die Kunststoffschichten einen festen Kunststoffprototyp bildeten. Dies war eine Verbesserung gegenüber einigen Pulverdruckern, bei denen Teile hergestellt wurden, die zwar gehandhabt werden konnten, für Tests oder den tatsächlichen Gebrauch jedoch möglicherweise nicht stark genug waren.
Ein als Metallsintern bezeichneter Prozess könnte auch ein Rapid-Prototype-Modell erstellen. Ein Metall wie Aluminium oder Kupfer mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt könnte in einem 3D-Drucker auf ähnliche Weise wie ein geschmolzener Kunststoff verwendet werden. Das fertige Metallteil erforderte häufig keine weitere Bearbeitung und konnte direkt von der Maschine zum Testen oder zur Weiterentwicklung verwendet werden.
Viele Produkte im 21. Jahrhundert wurden vollständig in CAD-Software entwickelt, wodurch das virtuelle Bild zu einem schnellen Prototypmodell wurde, ohne dass eine physische Probe angefertigt werden musste. Dies wurde üblich für große Industriemaschinen, Flugzeuge und große Fahrzeuge wie Schiffe. Viele Teile waren zu groß, um separate Prototypen zu erstellen, oder hätten die Entwicklung des Endprodukts verzögert.
Die Ingenieure entwickelten Softwaretests, mit denen reale Testbedingungen simuliert werden konnten, sodass keine Prototypentests erforderlich waren. Das erste Verkehrsflugzeug wurde Ende des 20. Jahrhunderts auf diese Weise konstruiert. Ein kommerzielles Düsenflugzeug wurde vollständig in einem Computer gebaut und ging von einem Entwurf direkt zu einem flugfähigen Flugzeug ohne Zwischenprototypen über.