Prototype versus productie: de sleutel tot snellere markttoegang

Stel je voor dat je innovatieve product klaar is om te lanceren, maar hoge productiekosten voor mallen en lange doorlooptijden je doen aarzelen. Moet je wachten tot het ontwerp volledig is afgerond om plastic onderdelen te produceren? Het antwoord is nee. Prototype spuitgieten, net als 3D-printen, versnelt de productontwikkeling, vermindert faalrisico's en versnelt ontwerpherhalingen. Dit artikel onderzoekt de verschillen tussen prototype en productie spuitgieten om je te helpen weloverwogen beslissingen te nemen in kritieke fasen van de productontwikkeling.

Productie spuitgieten is een zeer efficiënt productieproces voor plastic onderdelen, geschikt voor grootschalige productie van identieke onderdelen. Het proces omvat het verwarmen van plastic materiaal tot een gesmolten toestand en het injecteren ervan in een gesloten mal, waarbij de vorm van de mal de uiteindelijke vorm van het product bepaalt. Na afkoeling en stolling gaat de mal open en wordt het afgewerkte onderdeel uitgeworpen.

Wanneer een productontwerp grondig is gevalideerd en stabiel wordt geacht, worden productiemallen doorgaans gemaakt van ultrahard gereedschapsstaal. Dit duurzame metaal minimaliseert slijtage tijdens herhaalde verwarmings-, koel-, injectie- en uitwerpcycli, waardoor de mal honderdduizenden - of zelfs miljoenen - keren kan worden gebruikt.

Harde metalen zijn moeilijk te bewerken en vereisen langzame materiaalverwijdering om schade aan het gereedschap te voorkomen. Als gevolg hiervan duurt het langer om productiemallen te fabriceren - doorgaans 5 tot 16 weken, afhankelijk van de geometrie van het onderdeel. Grotere en complexere onderdelen vereisen meer bewerkingstijd. Bovendien verlengen fijne details die kleine snijgereedschappen vereisen de doorlooptijden verder.

Productiemallen zijn zeer complex. Om bepaalde kenmerken van plastic onderdelen te bereiken - zoals ondersnijdingen of zijgaten - bevatten mallen laterale mechanismen zoals schuiven en uitwerppennen. Deze verhogen de complexiteit, vooral in mallen met meerdere holtes.

Het belangrijkste doel van productiemallen is het minimaliseren van de kosten per plastic onderdeel. Hoewel het ruwe plastic materiaal weinig bijdraagt aan de totale kosten, is de cyclustijd de belangrijkste kostenfactor. Dit omvat het sluiten van de mal, het injecteren van plastic, het koelen, het openen van de mal en het uitwerpen van het onderdeel. Om de cyclustijd en de kosten van onderdelen te verminderen, gebruiken productiemallen vaak ontwerpen met meerdere holtes (bijv. 2, 4, 8, 16 of 32 holtes) en geïntegreerde verwarmings-/koelsystemen om elke fase te versnellen. Als een mal met één holte bijvoorbeeld 1 minuut per onderdeel kost tegen $2 per minuut, kost elk onderdeel $2. Een mal met 4 holtes vermindert dit tot $0,50 per onderdeel.

Prototype spuitgieten gebruikt dezelfde kunststoffen als productie spuitgieten, maar verschilt in malstructuur en het aantal holtes. Het is ideaal voor ontwerpvalidatie, structurele tests en zelfs markttests, waardoor verfijningen mogelijk zijn voordat wordt overgegaan tot massaproductie. Extra voordelen zijn onder meer:

• Snellere Levering: Prototypemallen en -onderdelen kunnen in weken worden voltooid - veel sneller dan productiemallen.
• Kosteneffectief voor Lage Volumes: Lagere malkosten maken prototypes ideaal voor kleine batches of het testen van meerdere ontwerpen.
• Productie-Grade Onderdelen: Door identieke materialen en processen te gebruiken, testen prototypes de functionaliteit van het eindproduct.
• Vroege Ontwerpvalidatie: Technici kunnen onderdelen vroegtijdig testen en aanpassen, waardoor fouten in een later stadium worden verminderd.
• Flexibiliteit in Materiaal en Afwerking: Prototypemallen ondersteunen verschillende harsen en oppervlaktebehandelingen ondanks een lagere duurzaamheid.
• Soepele Overgang naar Productie: Prototypemallen kunnen gaten overbruggen terwijl productiemallen worden ontwikkeld.
• Snelle Gereedschapsmakerij: Prototypemallen, gemaakt van aluminium of zachter staal, gebruiken eenvoudigere ontwerpen voor snelheid en betaalbaarheid.
• Beperkingen: Prototypemallen hebben een kortere levensduur en een lagere complexiteit van de kenmerken in vergelijking met productiemallen.

Prototypemallen worden CNC-bewerkt uit aluminium of messing, die zachter, sneller te bewerken en goedkoper zijn. Hoewel minder duurzaam dan roestvrij staal, kunnen deze metalen nog steeds tienduizenden onderdelen produceren zonder afbreuk te doen aan de maatnauwkeurigheid (afhankelijk van de geometrie).

Prototypemallen gebruiken doorgaans ontwerpen met één holte voor eenvoudigere geometrische aanpassingen. Aanpassingen omvatten het "toevoegen" (verwijderen van metaal uit de mal) of "aftrekken" (toevoegen van metaal aan de mal) van materiaal. Zachtere metalen vereenvoudigen veranderingen: er wordt een sleuf gesneden, een plug geplaatst en nieuwe geometrie bewerkt. Geharde stalen mallen vereisen lassen voor "subtractieve" veranderingen.

Prototypemallen vermijden geautomatiseerde mechanismen voor niet-standaard kenmerken. In plaats daarvan creëren handmatig geladen kernen of inzetstukken deze kenmerken, die met het onderdeel worden uitgeworpen en handmatige verwijdering vereisen. Dit eenvoudigere ontwerp verlaagt de malkosten, maar verhoogt de cyclustijd en de kosten van onderdelen. De meeste prototypemallen missen verwarmings-/koelsystemen, waardoor de cycli verder worden verlengd en bekwame operators nodig zijn voor een goede vulling van de onderdelen.

• Snelle levering van onderdelen vereist
• Ontwerp is niet afgerond en kan veranderen
• Testen van meerdere materialen
• Itereren van kritieke kenmerken (bijv. snaps, afdichtingen)
• 3D-printen is onvoldoende of heeft geen sterkte
• Identieke onderdelen nodig voor testen (bijv. medische apparaten)
• Rubberachtige materialen (TPE, TPU) gebruiken voor afdichtingen of grepen
• Kleine batches voor gebruikerstests
• Overmolding of ingebedde prototypes
• Productievolumes rechtvaardigen geen dure productiemallen

Prototypes zijn voorlopige modellen voor testen; productie omvat massaproductie na succesvolle prototyping.

Prototypeonderdelen valideren ontwerpen vroegtijdig; productieonderdelen zijn definitieve componenten die na goedkeuring zijn gemaakt.

Productiemallen gebruiken gehard staal voor grote volumes, met geautomatiseerde schuiven en meerdere holtes. Prototypemallen gebruiken aluminium/messing voor kleine volumes, met handmatige kernen en enkele holtes.

Spuitgieten met behulp van prototypemallen.

Sommige fabrikanten gebruiken stalen frames met zachtere metalen inzetstukken voor prototypemallen, waardoor tot 100.000 onderdelen en eenvoudige aanpassingen (zelfs niet-metalen veranderingen) mogelijk zijn. Iteraties kunnen in één dag worden voltooid.

Prototypemallen met één holte kunnen in een week worden gemaakt in plaats van maanden. De resulterende onderdelen zijn geschikt voor gebruikerstests, functionele validatie en andere pre-productiecontroles.

Prototypemallen verminderen schaalrisico's tegen lage kosten - doorgaans $6.000 - $15.000, afhankelijk van de complexiteit en grootte van het onderdeel.