Prototyping senkt Kosten und Zeit

Blick in die Prototypenfertigung

Technische Anforderungen ändern sich besonders im Entwicklungsprozess immer häufiger. Um im globalen Wettbewerb bestehen zu können, steigt an die Unternehmen die Forderung nach kurzen Entwicklungszeiten.

Insbesondere in der Automobilbranche nehmen elektronische Systeme, die technisch innovativ und ausgereift sowie ansprechend im Design sind, einen immer höheren Stellenwert ein. Diesen neuen Anforderungen passt sich die Prototypenfertigung in der Elektronik an und stellt ein maßgeschneidertes Werkzeug im Entwicklungsprozess dar. Prototyping spart Zeit und Kosten, dazu kann eine Qualitätssicherung schon vor der Serienproduktion erreicht werden.

Auf dem richtigen Entwicklungsweg

Zu Beginn der Entwicklung einer elektronischen Baugruppe ist nicht immer ersichtlich, wie Elektronik und Design vereint werden können. In dieser Phase steht die elektronische Funktion des späteren Produktes im Fokus. Aber auch an die Gestaltung werden Anforderungen gestellt, sei es an das Aussehen oder an die technischen Voraussetzungen der Elektronik und des Gehäuses. Das Prototyping während der Entwicklung bietet die Möglichkeit festzustellen, ob die Ansprüche und Wünsche des Kunden passend umgesetzt werden bzw. welche Änderungen notwendig sind.

Diese Phase ist entscheidend für den späteren Prozess der Serienfertigung. Die OEMs wollen ihre Endkunden mit neuen Produkten und neuer Technik begeistern. Gleichzeitig dürfen aber die Kosten nicht aus dem Auge verloren werden. Der Prototyping-Prozess ist dabei eine entscheidende Phase im Entwicklungsprozess und wirkt sich in der Folge direkt auf die Serienfertigung aus. Durch die frühe Visualisierung eines Designs während der Entwicklung, können Änderungen und Anpassungen schnell und kostengünstig realisiert werden. Der Serienprozess lässt sich so effektiv und effizient umsetzen, was sich auch auf die späteren Produktkosten auswirkt. Integriert man das Prototyping in verschiedene Entwicklungsmodelle und -stufen, lassen sich, in Kombination mit den technischen Möglichkeiten, Produktentwicklung und Prozesstechnologie vereinen.

Der Prototyping-Prozess

Die Vorteile der Prototypenfertigung beginnen schon in der Logistik, indem ein extra initiiertes Bauteilmanagement für eine kurzfristige Materialbeschaffung und -bereitstellung sorgt. Große Überhanggebinde entfallen, da durch eine gezielte Materialbestellung eine genaue Abstimmung auf die zu fertigende Losgröße erfolgt. Im ersten Schritt erhält der Kunde über den Aufbau einer seriennahen Prozessgestaltung sogenannte qualifizierte A- und B-Muster. Im weiteren Prozess der

B-Musterphase werden Prozessoptimierungen zur Serienreife der elektronischen Baugruppe vorgenommen. Nur so wird sichergestellt, dass die elektronische Baugruppe zum Anlauf der Serie die optimalen technischen und wirtschaftlichen Bedingungen der Qualitätsstandards erfüllt. Damit kann eine nahtlose Übergabe der nun folgenden C-Muster an die Serienfertigung erfolgen.

Der Bestückungsprozess für alle Applikationen

Der Bestückungsprozess für die Prototypen kann individuell gestaltet werden. Neben einem semi-automatischen Bestücker beziehungsweise einem manuellen Fineplacer, kommt bei Turck duotec auch eine vollautomatische Pick- and Place-SMT-Anlage zum Einsatz. Zur Optimierung des Fertigungsvorgangs können verschiedenste Lötverfahren, wie die klassische Handlötung, Reflowlötung oder Dampfphasenlötung eingesetzt werden. Die diversen Möglichkeiten der Bestückung und Lötung in der Prototypenfertigung decken die unterschiedlichsten Anforderungen an Oberflächen oder Materialien ab. So können verschiedenste Applikationen wie Elektroniken im Automobilbereich, embedded boards für bildverarbeitende Systeme, Antriebselektronik für Pumpensteuerungen, LED-Module für die Beleuchtungstechnik oder miniaturisierte Sensorik abgedeckt werden.

Umfangreiche Tests in Musterphase

Im Endtest werden alle elektronischen Funktionen vom Prototypen untersucht.

Neben einfachen Sichtprüfungen werden auch schon in der Musterfertigung alle Bauteile durch moderne Testsysteme wie X-Ray oder Automatische Optische Inspektion (AOI) kontrolliert und überprüft. Die anschließende Überprüfung der elektronischen Funktion des Musters durch In-Circuit-Tests (ICT) oder Functional Tests (FCT), auch in Ergänzung mit kundenspezifischen Prüfständen, sorgen schon im Prototypen-Prozess für eine korrekt funktionierende Elektronik.

Ein Schutz der Elektronik vor Umwelteinflüssen kann ebenfalls schon in der B-Musterphase visualisiert und getestet werden. Durch Verguss, Lackierung oder Verschäumung kann die Baugruppe vor Schmutz, Feuchte, Chemikalien oder Vibration und Schock geschützt werden. So kann eine Evaluierung des optimalen Schutzes für den späteren Einsatz im gewünschten Umfeld umfangreich getestet werden. Die Montage der Elektronik sowie die vollständige Inbetriebnahme der Baugruppe inklusive Validierung und EMV-Messungen gehören ebenfalls zum Prozess der Prototypenfertigung.

Die aktive Prototypenfertigung kann zusätzlich durch die Schaltungs- und Leiterplattenentwicklung mit Mentor3D™, als auch den Einsatz von modernen Drucktechnologien aktiv unterstützt werden.

Im Nachgang arbeitet ein 3D-Drucker nach dem bewährten Schichtdruckverfahren, um ein Mustergehäuse zu produzieren. Nach dem Einlesen der CAD-Daten verfährt der Druckkopf in x-, y-und z-Richtung. Der Einsatz der Inkjet-Technologie macht eine Auflösung von 0,015 Millimetern möglich. Das eingesetzte Material hat brillante Eigenschaften: Es ist flexibel, temperaturbeständig bis 70 Grad Celsius und schlagzäh. Da es transparent ist, wird die Sichtprüfung auf Passgenauigkeit, Abstände etc. vereinfacht. Der 3D-Druck ermöglicht so schon in der Musterfertigung die gezielte Bauraum und Gehäuseerprobung. Mit dieser integrierten und passgenauen Prozessaufstellung lassen sich aus Ideen Produktinnovationen erzeugen.
Auf diesen wichtigen Geschäftsprozess haben alle Entwicklungsstandorte der TURCK-Gruppe Zugriff.

Der Artikel ist erschienen in der OEM Supplier 2015 des Hanser Automotive Verlag

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