Eigenschaftsanalyse zur Entwicklung additiv gefertigter Prototypen – Das House of Properties

In Zeiten dynamischer Märkte und internationalen Wettbewerbs erlangt die Verkürzung von Produktentwicklungszyklen immer größere Bedeutung. Gleichzeitig werden auch die Möglichkeiten zur Herstellung von Prototypen zur Unterstützung der Produktentwicklung immer zahlreicher und diverser. Dieser Artikel beschäftigt sich mit der Ermittlung von Anforderungen an funktionelle Prototypen. Mithilfe dieser Prototypen sollen verlässliche Verifikationen der Einhaltung von Anforderungen an verschiedene Produktfunktionen ermöglicht werden. Als Beispiel werden dazu Produkte herangezogen, die im Spritzgussverfahren aus verschiedenen Kunststoffen hergestellt werden. Die konventionelle Verifikation dieser Produkte ist durch die Fertigung und den Einsatz von Prototypenwerkzeugen sehr zeitaufwändig und kostenintensiv. Der Einsatz additiver Fertigungsverfahren bietet die Möglichkeit, diese Faktoren zu senken. Hierbei muss jedoch sichergestellt sein, dass die Ergebnisse der Tests mit additiv gefertigten Prototypen auch auf das spritzgegossene Produkt übertragbar sind. Durch die Änderung des Fertigungsverfahrens und des verwendeten Materials treten Änderungen gewisser Eigenschaften des Prototyps im Vergleich zum finalen Produkt auf. Diese Abweichungen können sich wiederum negativ auf die Aussagefähigkeit der Ergebnisse der Verifikation mittels Prototypen auswirken, wenn die Eigenschaften essentiellen Einfluss auf die zu verifizierenden Funktionen haben. Daher wurde eine Methode – das House of Properties – entwickelt, mit der zum einen der Bedarf an Prototypen ermittelt werden kann und zum anderen die Eigenschaften des in der Entwicklung befindlichen Bauteils dahingehend untersucht werden können, welche Eigenschaften besonders kritisch auf bestimmte Funktionen wirken. Durch diese Analyse können Anforderungen an additiv gefertigte Prototypen identifiziert werden, die als Basis zur Auswahl des Fertigungsverfahrens und des Materials dienen. Die entwickelte Methode wird im Rahmen dieses Artikels anhand eines Industriebeispiels evaluiert und weiter erläutert.

In times of dynamic markets and international competition, the shortening of product development cycles is becoming increasingly important. At the same time, the possibilities of producing prototypes to support the product development are becoming more numerous and diverse. This article deals with the determination of requirements for functional prototypes. The aim of these prototypes is to facilitate the reliable verification of meeting the requirements of different product functions. As an example, products that are planned to be manufactured using plastic injection moulding are used. The conventional verification of these products is very time-consuming and cost-intensive due to the production and use of prototype tools. The use of additive manufacturing offers the possibility to reduce these downsides. However, it must be ensured that the results of tests with additively manufactured prototypes are transferable to the injection-moulded product. By changing the manufacturing process and the material used, changes in certain properties of the prototype compared to the final product occur. These deviations can in turn have a negative effect on the meaningfulness of the results of the verification using prototypes if the deviating properties have an essential influence on the functions to be verified. For this reason, a method—the House of Properties—is introduced in this work, with which, the need for prototypes can be determined on the one hand and, on the other hand, the properties of the product under development can be examined to determine which properties have a particularly critical effect on certain functions. This analysis can be used to identify requirements for additively manufactured prototypes, which serve as a basis for selecting the manufacturing process and material. The developed method is evaluated and further explained in this article using an industrial example.