Sådan får du fremstillet en prototype der holder til test

Annonce – sponsoreret indhold.

Fremstilling af prototyper handler om at få et testbart emne i de rigtige materialer og med de rigtige tolerancer, så du kan afprøve, om dit produkt virker, før du bestiller en serie. Et flot 3D-print eller en render kan overbevise en investor, men det viser ikke, om en aksel slider, om et hus udbøjer under belastning, eller om to dele passer sammen, når temperaturen skifter. Denne guide følger rækkefølgen, du faktisk skal handle i: fra forberedelse og valg af fremstillingsmetode til samarbejdet med fabrikken og de ting, der typisk forsinker et prototypeforløb.

Fremstilling af prototyper: Derfor skal emnet kunne mere end at se godt ud

En fysisk prototype afslører fejl, som en skærm ikke kan vise. Du mærker, om en knap sidder forkert, og du ser, om et led har for meget slør. Du opdager også, om varmen fra en elektronikmodul ikke slipper væk gennem huset. Jo tidligere du finder fejlene, jo billigere er de at rette. Når først et værktøj eller en serie er bestilt, koster hver ændring tid og penge.

De fleste fejl i prototypefasen kommer af to ting: forkert materiale og forkerte tolerancer.

• Forkert materiale: En prototype i plast, der skal ende som aluminium, siger kun lidt om stivhed, varmeledning og slidstyrke. Du risikerer at godkende et design, der svigter, første gang det laves i det rigtige materiale. Det modsatte sker også: du konkluderer, at konceptet ikke virker, fordi prototypen var for blød.
• Forkerte tolerancer: Hvis et leje- eller pasningssæde ikke er målt rigtigt, passer delene ikke, og din test handler pludselig om fremstillingsfejl i stedet for om produktets funktion. Du bruger tid på at forklare testresultater, der aldrig var retvisende.
• For få iterationer: Mange bestiller ét enkelt emne og håber, at det er rigtigt. Regn i stedet med, at første prototype afslører noget, du skal ændre.

Derfor vælger mange hardwarestartups, også i København, en maskinfabrik til prototyper, når de skal fra 3D-tegning til et testbart emne i metal. En maskinfabrik bearbejder aluminium, rustfrit stål og andre materialer med præcise mål og kan ofte hjælpe med at gøre tegningen produktionsegnet, før første emne skæres. Det er en stor fordel, hvis dit team er stærkt på idé og elektronik, men ikke har mekanisk fremstilling som kernekompetence.

Det skal du have styr på, før du beder om tilbud

Jo mere komplet dit udgangspunkt er, jo hurtigere og mere præcist bliver tilbuddet. En fabrik kan godt gætte, men gæt giver tilbud med forbehold og spørgsmål frem og tilbage. Tre ting bør ligge klar.

Tegningsformat: 3D-model og 2D-tegning

Send helst begge dele. STEP-filen er det neutrale 3D-format, som stort set alle CAD- og CAM-systemer kan åbne. Den viser geometrien. 2D-tegningen som PDF fortæller, hvad der er vigtigt: kritiske mål, tolerancer, gevind, overfladekrav og materiale.

Tjek, at du har markeret:

• hvilke mål der er funktionskritiske, og hvilke der blot skal være ca. rigtige
• gevindtype og dybde
• hvilke flader der skal pas- eller tætningsfunktion
• antal emner og eventuelle varianter

Hvis du ikke angiver tolerancer, gælder normalt almentolerancer, ofte efter ISO 2768. De er fine til mange mål, men slet ikke til en pasflade, hvor to dele skal glide eller presses sammen. Skriv det derfor på tegningen, hvis det kræver mere.

Materialevalg: vælg efter funktion, ikke efter pris

Spørg dig selv, hvad delen udsættes for i testen: vægt, bøjning, varme, fugt, kemikalier eller slid. Aluminium er let, har god bearbejdelighed og bruges ofte til huse, beslag og kølelegemer. Rustfrit stål vælger du, når delen skal tåle korrosion, rengøring eller højere belastning, for eksempel i fødevare- eller medicinsk sammenhæng. Er du i tvivl, så beskriv anvendelsen til fabrikken. Erfarne bearbejdere kender forskel på legeringer og kan foreslå en kvalitet, der både opfører sig som slutproduktet og er til at bearbejde.

Overfladebehandling: tænk den med fra start

Overfladen påvirker både udseende og funktion. Anodisering af aluminium giver slidstyrke og korrosionsbeskyttelse, men lægger et lag på delen, som kan flytte mål på meget stramme pasninger. Rustfrit stål kan passiveres eller blæses. Fortæl, om overfladen kun skal se pæn ud til en investorpræsentation, eller om den er en del af testen. Skal du teste friktion eller tæthed, skal overfladen på prototypen ligne den endelige.

CNC-bearbejdning eller 3D-print: Hvad skal prototypen bevise?

Begge metoder har deres plads i en udviklingsproces. Valget afhænger af, hvad du vil lære af prototypen.

3D-print passer godt til form- og ergonomitests, tidlige konceptmodeller, komplekse indre geometrier og situationer, hvor du vil have mange billige iterationer hurtigt. Her er det vigtigste, at delen har den rigtige form.

CNC-bearbejdning passer bedre til funktionsprototyper, hvor delen skal opføre sig som det færdige produkt:

• Mekanisk styrke: Emnet skæres ud af massivt materiale og har ensartede egenskaber. Printede dele kan være svagere i retningen mellem lagene.
• Præcision og pasninger: Lejesæder, styringer og tætningsflader kræver mål, som CNC-bearbejdning er bygget til at holde.
• Rigtige materialer: Du tester i aluminium eller rustfrit stål, ikke i en erstatning.
• Varme og slid: Metaldele opfører sig anderledes end de fleste printede plasttyper, når temperatur og friktion stiger.
• Overfladekvalitet: Bearbejdede flader er jævne og kan finishes til præcis det, du skal bruge.

Mange teams kombinerer de to. De printer de første modeller for at låse form og samling, og når konceptet er afklaret, får de lavet en CNC-prototype til de egentlige belastnings- og funktionstests. Så undgår du at bruge metal-budgettet på designfejl, som en billig printet model kunne have afsløret.

Husk, at CNC kræver, at værktøjet kan nå ind til flader og hjørner. Dybe, smalle lommer og indvendige skarpe hjørner er begrænsninger, og de kan gøre en geometri dyrere. Spørg tidligt, om designet kan tilpasses uden at ændre funktionen.

Fra tegning til færdig del: Sådan forløber samarbejdet

Forløbet er forskelligt fra fabrik til fabrik, men følger typisk de samme trin.

1. Henvendelse og afklaring: Du sender tegninger og beskriver formålet: hvad skal delen testes på, hvor mange emner skal du bruge, og hvornår skal du have dem? Gode partnere stiller spørgsmål til funktion, ikke kun til mål.
2. Gennemgang af konstruktionen: Fabrikken vurderer, om designet kan bearbejdes effektivt. Her kommer forslag til ændringer, som sparer tid eller forbedrer holdbarheden, for eksempel større indvendige radier eller andre tolerancer på mål, der ikke er kritiske.
3. Tilbud og aftale om levering: Du får pris og leveringstid. Afklar, om dokumentation som målerapport eller materialecertifikat er med, hvis du har brug for det.
4. CAM-programmering og bearbejdning: Geometrien omsættes til værktøjsbaner, og delen fremstilles på CNC-maskinen. Opspænding og rækkefølge af operationer har betydning for, om målene holder.
5. Efterbehandling og kontrol: Grater fjernes, overflader behandles, og kritiske mål kontrolleres.
6. Levering og feedback: Du tester emnet og vender tilbage med erfaringerne. Her starter næste iteration.

Et samarbejde, hvor fabrikken kan hjælpe med både CAD-design, CAM-programmering og selve bearbejdningen, er særligt nyttigt for iværksættere. Bendix Tool i Svebølle på Sjælland beskriver for eksempel, at de er totalleverandør fra produktudvikling og CAD til CNC-bearbejdning. Så slipper du for at flytte filer og ansvar mellem flere leverandører, og det er nemmere at finde ud af, hvor en fejl er opstået.

Sådan vælger du den rette partner og undgår forsinkelser

Prototypefasen bliver sjældent forsinket af selve bearbejdningen. Oftere skyldes det uklare tegninger, manglende beslutninger eller dårlig kommunikation. Her er, hvad du kan gøre.

Spørg om det rigtige, når du vælger partner

• Erfaring med dit materiale og din branche: En fabrik, der er vant til krav fra maskinindustrien eller medicinalindustrien, forstår typisk vigtigheden af dokumentation og stabile mål.
• Prototyper og serier: Vælg en partner, der kan lave begge dele. Så kan du fortsætte samme sted, når prototypen er godkendt, og dine tegninger og erfaringer følger med.
• Direkte kontakt: Du skal kunne tale med den, der programmerer og bearbejder delen, ikke kun med en sælger. Det forkorter svartiden, når et spørgsmål dukker op midt i forløbet.
• Dokumentation og sporbarhed: Spørg, hvilken dokumentation du kan få, og hvordan materialer og kontrol registreres.
• Leveringssikkerhed: Spørg, hvordan leveringstider aftales og overholdes. En prototype, der kommer to uger for sent, kan koste dig en testperiode eller et investormøde.

Undgå de typiske forsinkelser

• Frys tegningen, før du sender den. Ændringer undervejs betyder ny programmering og nyt tilbud.
• Angiv kun stramme tolerancer, hvor du har brug for dem. Alt for stramme krav overalt gør delen dyrere og langsommere uden at give dig bedre testdata.
• Bestil flere emner end ét, hvis du skal teste til destruktion eller sammenligne varianter. Det er billigere at få dem lavet i samme opspænding.
• Afklar materialeleverancen tidligt. Specielle legeringer kan have leveringstid, så spørg om lagerstatus.
• Planlæg tid til en iteration. Hvis din tidsplan kun rummer én prototype, har du ingen margin, når testen viser noget uventet.
• Få styr på det formelle. Skal virksomheden købe ind og få fakturaer, er det praktisk at have CVR-nummer og opsætning på plads. Se i den forbindelse Fra idé til CVR-nummer: Sådan undgår Københavns tech-stiftere de forsinkelser, der koster dem markedsvinduet.

Når du har fået din første prototype tilbage, så brug den aktivt. Mål den op og dokumentér, hvad der virker, og hvad der skal ændres. Tag de resultater med til næste runde, så bliver hver prototype et skridt tættere på det produkt, du skal i produktion med.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad skal jeg sende, når jeg beder om tilbud på en prototype?

Send en 3D-model som STEP-fil og en 2D-tegning som PDF med kritiske mål, tolerancer, gevind, materiale og overfladekrav. Skriv også antal emner, ønsket leveringstid og kort, hvad prototypen skal bruges til. Så kan fabrikken vurdere både materiale og bearbejdning.

Er 3D-print ikke godt nok til en funktionsprototype?

Det afhænger af, hvad du tester. Til form, samling og ergonomi er 3D-print ofte rigtig godt. Skal delen bære last, holde stramme pasninger, tåle varme eller opføre sig som metal i det endelige produkt, giver en CNC-bearbejdet prototype et mere retvisende resultat.

Hvilke materialer bruges oftest til CNC-prototyper?

Aluminium og rustfrit stål er blandt de mest almindelige. Aluminium vælges ofte, når vægt og bearbejdelighed er vigtige, og rustfrit stål, når korrosionsbestandighed og styrke er afgørende. Vælg altid efter den belastning og de omgivelser, delen skal testes i.

Kan jeg få lavet en lille serie, hvis prototypen virker?

Ja, hos en fabrik, der både laver prototyper og serieproduktion. Så kan du bruge samme tegninger og erfaringer videre, når du går fra ét testemne til mindre serier. Spørg om det, allerede når du beder om tilbud på prototypen.