Produktentwicklung damals und heute: Vom Reißbrett zum Rapid-Prototyping

Schneller, transparenter, effizienter: Die Vierte Industrielle Revolution prägt auch die Produktentwicklung. Wo vor kurzem noch Ingenieure am Reißbrett standen, lassen sie sich heute Prototypen im 3D-Druckverfahren produzieren. Eine kleine Technik-Geschichte.

Das analoge Zeitalter war eine spannende Zeit. Für viele Menschen – vor allem die nach 1990 geborenen – ist es kaum noch nachvollziehbar, wie die Welt ohne Computer funktionierte. Wie kam ich an Informationen ohne Google? In der Bibliothek vielleicht … aber wie habe ich ohne Suchmaschine das passende Buch unter Tausenden gefunden? Unvorstellbar. Auch und gerade im Ingenieurswesen wirkt die vordigitale Zeit wie die Steinzeit. Project Design Leader Olaf Rittinghaus zeigt uns den Quantensprung vom Reißbrett zum 3D-Drucker.

„Bevor es die computerunterstützte 3D-Entwicklung (Computer-Aided Design-CAD) gab, wurde alles zweidimensional am Reißbrett konstruiert“, so Rittinghaus. Für alle jungen Leser: Ein Reißbrett ist ein Zeichenpult, auf dem auf Papier (ihr kennt es noch aus der Schule) mit einem Bleistift technische Zeichnungen angefertigt werden. Anschließend wurden alle Striche mit Tusche nachgezogen. Der Name kommt daher, dass (noch früher) die Zeichnungen eher ins Papier geritzt – oder eben „gerissen“ – als gezeichnet wurden. Die „Innovation“ beim Reißbrett liegt in Linealen, die an einem Arm befestigt die Winkel vorgeben. An so einem Pult standen früher die Ingenieure und entwickelten Bauteile, Schaltpläne und Maschinen. Die Papierflut ist heute kaum vorstellbar.

Von der Idee zum funktionsfähigen Teil

Olaf Rittinghaus hat das Ende der Reißbretter miterlebt. Bis in die 1990er Jahre haben die CAD-Programme das Reißbrett verdrängt. In genau dieser Zeit beginnt Rittinghaus seine Karriere in der elektrotechnischen Industrie. Seit Anfang der Neunziger arbeitet er als Konstrukteur – schon immer im Bereich Haus- und Gebäudeinstallation. Bei Schneider Electric ist Rittinghaus nun schon seit 15 Jahren aktiv, zunächst im Bereich Gebäudekommunikation im hessischen Haiger und mittlerweile im Bereich Smart Space am Standort in Wiehl. „Mein Schwerpunkt liegt nach wie vor auf Projekten mit Mechanik-Schwerpunkt“, erklärt Rittinghaus. „Im Laufe der Entwicklung von neuen Produkten sind von der Idee bis zu funktionsfähigen Teilen (Produkt) mal mehr mal weniger Versuche erforderlich.“ Da ist der Bedarf für gute und genaue Zeichnungen hoch, wenn nicht sogar für dreidimensionale Modelle. Doch bis dahin war in den 90er-Jahren noch ein weiter Weg.

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Der nächste Schritt weg vom Reißbrett waren 2D-Zeichenprogramme. Sie reduzierten bereits den Ressourcenaufwand. Ein sichtbares Teil oder eine 3D-Animation gab es noch nicht. Zur Überprüfung wurden anhand der technischen Zeichnungen Einzelteile aus Kunststoffblöcken herausgefräst. Olaf Rittinghaus merkt an: „Für bestimmte Anwendungen ist es auch heute noch die genauste und zuverlässigste Technologie.“ Der Nachteil: Die Herstellung eines einzigen funktionstüchtigen Prototyps kann, je nachdem wie aufwändig die Konstruktion ist, mehrere Wochen dauern.

Kein 3D-Druck für den Hausgebrauch

Mit der 3D-CAD Software kam jedoch die Lösung auf den Markt: Rapid Prototyping. Erste Dienstleister boten an, schnell und unkompliziert innerhalb von wenigen Tagen erste Prototypen von 3D-Zeichnungen zu fertigen. „Heute läuft das in allen Medien unter dem Begriff 3D-Druck“, erklärt Rittinghaus. „Unter diesen Sammelbegriff fallen jedoch verschiedenste Verfahren und nur eine dieser Technologien ist das, was viele heute für den „Hausgebrauch“ kennen, also zur Herstellung von Handyhüllen, SciFi-Figuren und ähnlich einfachen Dingen.“ Klar können mit diesem „einfachen“ Verfahren auch erste kleine Prototypen für die Industrie hergestellt werden. Die Technologie hat jedoch ihre Grenzen.

„Die Prototypen helfen mir bereits in einem sehr frühen Stadium erste Funktionstests, Montageversuche oder Kostenabschätzungen für die spätere Serienfertigung vorzunehmen“

„Die Maschinen für den industriellen Bedarf sind wesentlich genauer und nicht für den Einsatz im Hobbyraum gedacht. Sie kosten, je nach Verfahren, von ein paar tausend Euro bis zu sechsstelligen Summen“, sagt Rittinghaus. Spätestens jetzt ist klar, dass 3D-Druck nicht nur eine technische Spielerei ist. Die Vorteile liegen auf der Hand: Innerhalb weniger Tage können mehrere Produktmodelle gleicher oder unterschiedlicher Geometrie hergestellt werden, die außerdem später jederzeit reproduzierbar sind. Wenn Olaf Rittinghaus zum Beispiel freitagmittags Daten an einen Dienstleister sendet, hat er die fertigen Bauteile am Montagabend auf seinem Schreibtisch. „Die Prototypen helfen mir bereits in einem sehr frühen Stadium erste Funktionstests, Montageversuche oder Kostenabschätzungen für die spätere Serienfertigung vorzunehmen“, erläutert der Produkt Designer. „Auch erste Entscheidungen über das zukünftige ästhetische Erscheinungsbild können getroffen werden.“

Wo wir in zehn Jahren stehen? Nicht absehbar

Heute ist die Technologie inzwischen soweit, dass selbst Werkzeuge, die eigentlich aus Stahl bestehen, gedruckt werden. So zum Beispiel Spritzwerkzeuge: Eigentlich ein Produkt aus Stahl, kann aus hochfestem und temperaturbeständigem Kunststoff „gedruckt“ werden. So können also auch Kleinserien (10-25 Teile) aus dem späteren Originalmaterial gespritzt werden, weit bevor ein Serienwerkzeug gebaut wird.

In der Rückschau ist es faszinierend, was in rund 30 Jahren Innovation entstehen kann. Während Ingenieure noch vor „Kurzem“ vor Papierbergen standen, kann heute innerhalb weniger Tage ein funktionsfähiger Prototyp millimetergenau anhand einer digitalen 3D-Zeichnung gedruckt werden. „Ich bin neugierig und gespannt darauf, wo wir in drei, fünf oder zehn Jahren stehen und welche Veränderungen das für unsere tägliche Arbeit mit sich bringt“, sagt Rittinghaus. Wahrscheinlich wird uns der 3D-Druck in wenigen Jahren wie die Steinzeit vorkommen.

Tags: 3D-Drucker, hardware, produktentwicklung, rapid prototyping