Dieser Text beschreibt den Prozess der Produktentwicklung für einen optimierten Prototyp. Es werden sinnvolle Arbeitsschritte gezeigt und Empfehlungen für Quersteiger gegeben, um große Projekte zu gliedern und Fehler frühzeitig zu erkennen. Die Entwicklung des Prototypen wird in mehrere Schritte unterteilt, wie Recherche, Erstellung eines Lastenheftes, Konzeptphase, Konstruktionsphase, Engineering und Forschung, Ausführung, Oberflächenbehandlung, Ideenentwicklung. Es wird empfohlen, bei größeren Projekten Budgets und Deadlines zu planen. Die Ideenentwicklung umfasst das Skizzieren von Konzeptideen und die Visualisierung von Modifikationen auf bestehenden Fotos.
Diese Seite soll Quereinsteigern Mut machen und eine Struktur zeigen, wie sie größere Projekte gliedern können um Fehlkonstruktionen früh zu erkennen und zu vermeiden.

Nicht alles was hier aufgeführt ist ist zwingend notwendig, aber wenn man eine komplexe Aufgabe in viele kleine Einzelaufgaben aufteilt bekommt man ein besseres Ergebnis. Oft lassen sich Details auch einfacher und schneller mit Papier und Bleistift als in der CAD Software lösen. Praktische Erkenntnisse mit Funktionsmodellen zeigen früh im Entwicklungsprozess, ob eine Idee überhaupt funktioniert oder ob sie noch optimiert werden muss und senken die Hemmschwelle, einfach einmal zu probieren. Schließlich heißen wir Garage-Lab e.V. und in einem Labor wird experimentiert und entwickelt.
Das wichtigste aber ist das Know How der Vereinsmitglieder: wer im Forum die fachliche Expertise und Hilfe aller Mitglieder für sein Projekt einholen will, muss seine Idee vorher auf Papier bringen, um sie kommunizieren zu können. Sehr kompakt werden viele Tips in diesem Video vermittelt, wobei davon ausgegangen wird, dass Kenntnisse im CAD, Programmierung und Elektronik vorhanden sind, es ist also recht spezifisch, dennoch wertvoll.

Bei größeren Projekten ist es sinnvoll, Budgets von Zeit, Geld, Werkzeugen und Teammitgliedern mit den notwendigen Fähigkeiten für alle Arbeitsschritte zu planen, z.B. mit einer Excel Tabelle.
Müssen Deadlines eingehalten werden, hilft ein Gannt chart bei der Planung https://www.ganttproject.biz/ Bei Deadlines sollte man am besten überall Reserven mit einkalkulieren, nichts kostet mehr als Arbeiten unter Zeitdruck.
Die Produktentwicklung selbst ist aufgegliedert in folgende Schritte:

• Recherche und Beratung von Experten, Reverse Engineering von Produkten am Markt, Frage im Vereinsforum ob es Mitstreiter gibt
• Erstellung eines Lastenheftes (Gerne kann ein Ingenieur oder Fachkundiger hier eine weitere Seite zu dem Thema Lastenheft erstellen oder einen Link einfügen)
• Konzeptphase zur Findung der grundlegenden Funktion und Detailfunktionen des Prototypen
• Konstruktionsphase, erst als bemaßte Skizze, damit Rat im Forum einholen, daraufhin als technische Zeichnung
• optional: Engineering / Forschung & Entwicklung, mit den gewonnenen Erkenntnissen Neukonstruktion
• Ausführung analog mit Hilfe von Stückliste und technischer Zeichnung bzw. wenn 3D Druck verwendet wird: CAD Design, Dateiexport, Druck
• Oberflächenbehandlung, Lackieren, Aufkleber erstellen und aufkleben

Konzeptideen erstellen und zeichnerisch festhalten. Ideen können grundsätzlichen Charakter haben wie der Prototyp funktioniert oder kleine Details betreffen.

Ideenentwicklung ist von Ästhetischer Gestaltung klar getrennt.

Sehr praktisch ist auch das Skizzieren auf bestehenden Fotos, um eine Modifikation schnell und einfach zu visualisieren. Das geht entweder analog mit einer Skizze auf einer Kopie, oder digital mit der sehr guten kostenlosen Software Autodesk Sketchbook. Sketchbook ist ein sehr mächtiges freihand-Zeichenprogramm für Win, Mac und Mobilgeräte mit angenehm zurückhaltendem User Interface . Sinnvoll für die Verwendung von Sketchbook ist jedoch eine Hardware mit Zeichenstift. Kurz mal eine Idee zeichnen kann man aber auch mit dem Finger. Einfach mal installieren und ausprobieren.
Hilfreich ist die Verwendung unterschiedlicher Farben, die Syntax der Farben sollte bei sämtlichen Skizzen eingehalten werden. Die Innovation kann man z.B. immer rot malen. Buchseiten werden nur einseitig bemalt, damit sie ggf. später besser fotografiert oder gescannt werden können.

Der abschließende Schritt der Konzeptphase ist eine Gegenüberstellung aller entwickelten Ideen, Bewertung, und die Auswahl der Ideen die im finalen Prototypen verwendet werden sollen. Dafür lohnt es sich, alle Ideen auszudrucken und nebeneinander an die Wand zu hängen.

Bevor die Konstruktion beginnen kann, wird eine vollständige Materialliste der verwendeten Bauteile benötigt. Vor dem eigentlichen Entwurf muß ein Aufmaß der verwendeten Bauteile erstellt werden (meist mit Schieblehre), weil diese Maße nicht geändert werden können. Bei Möbeln zum Beispiel haben verschiedene Scharniere unterschiedliche Rotationspunkte, was Auswirkungen darauf hat, wie weit sich die Türen des Möbels öffnen lassen. So etwas lässt sich bereits in einer technischen Zeichnung simulieren und Fehlkonstruktionen so vermieden, das spart Zeit und Material.

Technisches Package nennt man die Anordnung elektronischer verwendeten Bauteile und das Volumen das sich daraus ergibt. Wenn man z.B. eine Taschenlampe konstruiert, sollten die Batterien, Schalter, Lampe und Reflektoren auch in das Gehäuse passen. Unterschiedliche Anordnung der Bauteile resultiert in unterschiedlichen technischen Packages (z.B. aneinandergereiht oder dicht gepackt), die Auswirkungen auf Stabilität, Schwerpunkt, Ergonomie und einfache Montage haben. Die maßgenauen Konturen der Bauteile lassen sich ausgeschnitten schnell zu unterschiedlichen technischen Packages anordnen und sind die Grundlage für das Gehäusevolumen der Skizzen. Ziel ist es, eine bemaßte Zeichnung als Skizze mit analogen Mitteln zu erstellen. Alternativ geht das auch mit Autodesk Sketchbook, das hat den Vorteil dass alle Skizzen digital verfügbar sind und z.B. im Forum leichter veröffentlicht und verändert werden können. Merke: gerade Flächen lassen sich einfach konstruieren, die Konstruktion von Freiformflächen ist besonders in CAD Software eher für Fortgeschrittene. Arbeitet man rein analog, sind Freiformflächen einfacher zu realisieren.
Ziel dieses Arbeitsschrittes ist eine bemaßte Skizze. Die bemaßte Skizze kann entweder eine Freihandzeichnung oder eine technische Zeichnung sein. Folgende Werkzeuge werden für die technische Zeichnung benötigt: Bleistift, Radierer, Lineal, Geodreieck mit Millimeterraster an den Katheten, glattes Papier in DIN A 4 oder größer, Tesafilm.
Egal ob bemaßte Handskizze oder technische Zeichnung, man braucht fast immer mindestens 3 Ansichten: Aufsicht, Seitenansicht, Vorderansicht. Wie man diese sogennante Dreitafelprojektion mit Lineal von den Ansichten ableitet ist in diesem Videotutorial schön dargestellt.
Technische Zeichnungen lassen sich auch in manchen CAD Programmen erstellen, z.B. in Autodesk Fusion 360, oder in einfachen 2D technische Zeichnung apps wie Sketch Box Free für Android. In CAD Software kann man alternativ direkt ein 3D File bauen, das man danach bemaßt. CAD Software eignet sich besonders für den bau von technischen Packages, da hier einzelne Volumenkörper die ungefähr dem Volumen der Bauteile entsprechen leicht in verschiedene Positionen geschoben werden können.
Wofür wird die Zeichnung verwendet? Die technische Zeichnung kann im Forum hochgeladen werden und Grundlage sein um Feedback von Endanwendern, Experten und Forummitgliedern zu bekommen. Im Folgeschritt sollte man eine Iteration der bemaßten Zeichnung aufgrund von Feedback erstellen, die kritikpunkte und Verbesserungsvorschläge aufgreift. Mit einem Tablet kann das direkt auf der technischen Zeichnung geschehen, auch von anderen Forumsmitgliedern.

Das Funktionsmodell ist eine Testplattform zur Evolutionären Entwicklung von neuen Funktionen und macht den Unterschied zu einem unausgereiften und einem ausgereiften Prototypen. Ein Funktionsmodell ist zusätzliche Arbeit, da es im finalen Produkt nicht verbaut ist. Was ein Funktionsmodell ermöglicht erfahrt ihr in diesem Video von einem Ingenieur (leider auf englisch, die Theorie beginnt bei 1:49), hier geht es nochmal um Funktionsmodelle, diesmal erklärt ein Industriedesigner seinen Workflow.
Entschließt man sich zu dem Bau eines Funktionsmodells, sollte man so viel wie möglich praktische Erfahrung damit sammeln, dabei mit z.B. Videoanalyse alle Schritte festhalten und auf Optimierungspotenziale überprüfen. Gefahren, Schwierigkeiten und Schwächen finden und herausfinden, welche Parameter für eine Änderung des Ergebnisses verantwortlich sind. Ziel ist es, einen Aufbau zu entwickeln, der die neue Funktion möglichst mit gutem Ergebnis, ohne Gefährdung, billig und schnell ausführen kann. Funktionsmodelle simulieren nur eine einzige (meist innovative) Funktion. Funktionsmodelle können aus unterschiedlichsten Werkstoffen hergestellt werden, hauptsache sie sind schnell und kostengünstig gebaut. Bewährt haben sich folgende Werkzeuge und Materialien, die selbstverständlich auch kombiniert werden können:

• Wellpappe und Heissklebepistole, mit Schneidematte, Lineal und Cutter zugeschnitten
• Styrodur, mit Raspel und Architekturmesser in Form gebracht
• Autospachtel oder Feinspachtel, mit Feile in Form gebracht, Details mit Dremel herausgearbeitet
• Bauholz oder MDF, mit Säge, Raspel, Schleifpapier in Form gebracht und verschraubt oder verleimt
• Gewindestäbe und Schrauben zum fixieren
• Halbfertigwaren aller Art aus Holz und Metall
• Funde aus dem Reste- und Abfallhaufen von Metall- und Holzwerkstätten
• Plastikabfälle aus dem gelben Sack als Grundwerkstoff
• Fertige Maschinen, die zweckentfremdet verwendet werden (z.B. eine Scheuerbürste am Blatt einer Pendelhubsäge zur simulation einer elektrischen Bürste)

Merke: es muss nicht schön sein, lediglich eine Funktion simulieren. Ein Funktionsmodell kann für Testreihen mehrmals umgebaut werden oder einmalig beweisen, dass ein Funkionales Konzept praktikabel ist. Ziel eines Funktionsmodells ist es, möglichst schnell und günstig praktische Erfahrungen zu sammeln, wie die Funktion vor dem Bau des Prototypen optimiert werden kann. Überaus wichtig ist es, die Erkenntnisse zu dokumentieren und auszuwerten, um dann Verbesserungen aus den Erkenntnissen abzuleiten.

Ergonomiemodelle, falls notwendig, werden aus Modellbauschaum oder Knete oder Wachs hergestellt. Auch hier gilt es, viele Varianten mit möglichst wenig Aufwand zu erstellen und diese auf Funktionsfähigkeit zu testen und die nächste Generation zu optimieren. Beachte bitte, dass ergonomische Gehäuse meist im CAD aus Freiformflächen konstruiert werden, nicht jede Software ist dafür geeignet und die Konstruktion ist nichts für Anfänger. Details dazu findest Du hier.
Wenn Du keinen 3D Druck verwendest, ist die Umsetzung ergonomischer Konturen einfacher, du musst nur die finale Form in deinem Projekt werkzeugtechnisch realisieren können.

Ästhetisch gestalten ist je nach Aufgabe des Produktes eine weitere Option, mehrere Designvarianten sollte man in immer gleichen Ansichten zeichnerisch darstellen, dann lässt sich der Favorit beim vergleichen besser auswählen. Oft reicht dafür ein Bleistift. Auch Farben und evtl. Beklebung oder mehrfarbige Oberfläche kann die Anmutung eines Prototypen gravierend verändern.

Wird das Produkt ohne 3D Druck in der Analogwerkstatt gefertigt, reicht für die Fertigung die Technische Zeichnung und eine daraus abgeleitete Stückliste, auf der alle zu fertigenden Elemente aufgelistet sind, CAD Design ist hier nicht notwendig. Bevor man sich an die Herstellung macht ist noch einmal ein Blick ins Lastenheft sinnvoll, ob der Entwurf alle dort vermerkten Anforderungen erfüllt. Die Stückliste hilft bei der Berechnung des Rohmaterials, indem man damit berechnen kann, wie viele Teile sich aus einer Platte bzw. Brett fertigen lassen. Erst danach weiß man, wie viel Baumaterial man einkaufen muss.
Anhand der technischen Zeichnung und der Stückliste kann man auch planen, welche Maschinen und welche Arbeitsgänge für die Bearbeitung der Werkstücke notwendig sind. Insbesondere wenn ihr noch nicht alle Maschinen in der Werkstatt bedienen dürft und auf die Hilfe von anderen Mitgliedern angewiesen seid macht es Sinn, bei einem Termin mit Helfer möglichst alle Maschinenarbeiten zu machen.
Beachte bitte, dass wir im Garage-Lab keine Möglichkeiten haben, Sprühlack zu verarbeiten! Farbauftrag mit Rolle und Pinsel sind jedoch kein Problem, im Winter muß man lediglich auf die Verarbeitungstemperatur der Farben achten.

Soll ein Bauteil mit dem 3D Drucker üder über einen 3D Druck Dienstleister in einem anderen Material oder besserer Auflösung gedruckt werden, wird es jetzt in der CAD Software konstruiert. Sollte das Neuland für dich sein, findest du hier einen ueberblick_ueber_kostenlose_cad_software.
Die bemaßte Freihandskizze bzw. technische Zeichnung die Du erstellt hast dient als Vorlage für deine CAD Konstrukion. Bevor Du mit der Konstruktion beginnst, schau noch einmal in das Lastenheft, das du erstellt hast und überprüfe, ob dein Entwurf alle Anforderungen erfüllt, die im Lastenheft stehen. Wird ein Dienstleister mit dem Druck der fertigen 3D Datei beauftragt, solltest du erfragen was er für die Ausführung braucht und 3D Druck Werkstoff aussuchen. Insbesondere die Wandstärke die er benötigt ist wichtig, auch wie genau die Auflösung der 3D Datei sein soll.

leitfaden_zur_konstruktion_von_3d_files_in_cad

Sämtliche technischen Bauteile, die in oder an dem Bauteil befestigt werden können dazu konstruiert werden. Das ermöglicht dir, konstruktive Fehler noch im CAD zu bemerken und zu korrigieren, nicht erst nach dem Druck. Man kann aber auch auf Risiko spielen und diese nicht mit bauen.

Den 3D Datensatz aus dem CAD Programm in ein CAM Programm exportieren, Druckparameter einstellen 3D Datensatz ggf. slicen und dann auf dem Drucker drucken. Vergiss nicht, deinen Druck im Buch des Druckers zu dokumentieren.
Alternativ kann ein Dienstleister den Druck übernehmen. Der beitet nicht nur ein breiteres Spektrum an Werkstoffen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften an, sondern kann auch in höherer Auflösung und größeren Volumen drucken, so dass slicen gegebenenfalls nicht notwendig ist.

Soll das Werkstück gefräst werden, muss der Datensatz in Werkzeugfahrwege transformiert werden. Gerne kann jemand hierfür eine eigene Seite erstellen.

Auch die Verwendung eines Schneidelasers benötigt ein eigenes Plugin.

Wurde das Objekt gesliced, muss es zusammengefügt werden. Die Oberfläche kann gespachtelt und lackiert, sowie beklebt werden.
Aufkleber lassen sich individuell von Dienstleistern herstellen. So kann ein 3D Druck wirklich professionell und wie ein fertiges Produkt aussehen. Eine zusätzliche Schicht Klarlack über dem beklebten Modell sorgt dafür, dass die Aufkleber nicht verrutschen. Wenn du all das geschafft hast, bist du verdammt nah am Prototyp.

lackiere bitte nur in der Pop up Lackierwerkstatt, Airbrush Pistole ist vorhanden.