Was versteht man unter der 3D-Produktentwicklung? Ein Leitfaden für die moderne Fertigung
Erfahren Sie, wie fortschrittliche digitale Produktentwicklung Innovationen beschleunigt, Kosten reduziert und die Konstruktionsgenauigkeit vom Konzept bis zur Serienproduktion verbessert.
In Entwicklung und Fertigung umfasst die 3D-Produktentwicklung die Konstruktion, die Validierung und die Vorbereitung von Produkten für die Produktion. Konstrukteure und Ingenieure verwenden CAD-Software (Computer-Aided Design), um präzise digitale 3D-Modelle der Bauteile und Baugruppen zu erstellen, die das gesamte Produkt bilden. Indem Unternehmen zunächst ein virtuelles Modell erstellen, können sie die mechanische Leistung testen, den Materialverbrauch verbessern und kostspielige Fehler vermeiden, ohne mehrere physische Iterationen herstellen zu müssen.
Während 2D-Zeichnungen für die Fertigungsdokumentation weiterhin wichtig sind, kommen in der modernen Produktentwicklung hauptsächlich 3D-Modelle zum Einsatz. Diese Modelle generieren automatisch assoziative 2D-Zeichenansichten, was den manuellen Aufwand für die Zeichnungserstellung erheblich reduziert.
Die visuelle Klarheit der 3D-Produktentwicklung verbessert die Kommunikation mit Abteilungen außerhalb der Konstruktion, wie Management, Marketing, Fertigung, Einkauf und Vertrieb. Anstatt mit der Interpretation von flachen 2D-Zeichnungen, Bemaßungen und technischen Symbolen zu kämpfen, können Beteiligte sich die Form, Größe, Proportionen und Funktionalität eines Produkts in einer realistischen virtuellen 3D-Umgebung ansehen. Virtuelle 3D-Objekte können über einen 3D-Drucker schnell in physische Objekte umgewandelt werden, sodass nicht technisch versierte Beteiligte greifbare Darstellungen ihrer Konzepte untersuchen und bewerten können. Diese Funktion ermöglicht es technischen und nicht-technischen Teams, Baugruppen zu prüfen, Produktkonfigurationen zu untersuchen und potenzielle Probleme bereits früh im Entwicklungsprozess zu erkennen.
Da moderne 3D-CAD-Werkzeuge realistische Darstellungen, Animationen, Explosionsansichten und virtuelle Besichtigungen ermöglichen, sind komplexe mechanische Konzepte bei Konstruktionsprüfungen und Kundenpräsentationen einfacher zu erklären. Dadurch kommt es zu weniger Missverständnissen und einer schnelleren Entscheidungsfindung, sodass sich Teams aus den Bereichen Konstruktion, Fertigung und Produktmanagement effektiver hinsichtlich der finalen Produktvision abstimmen können.
Hauptmerkmale des digitalen Produktdesigns
Um den Erfolg von Konstruktion und Fertigung zu unterstützen, setzt die 3D-Produktentwicklung auf eine verbundene CAD-Umgebung, die auf drei Kernfunktionen basiert: parametrische Modellierung mit Assoziativität, integrierte Simulation und Datenmanagement. Zusammen sorgen diese Funktionen für Kontinuität von der Konstruktion bis zur Fertigung.
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Parametrische Modellierung
Parametrische Modellierung und Assoziativität
Was ist parametrische Modellierung in CAD? Es handelt sich um einen mechanischen Konstruktionsansatz, bei dem 3D-Geometrie aus parametrischen Gleichungen in CAD erstellt wird. Dabei werden Bemaßungen, Bedingungen und Komponentenbeziehungen verwendet, die intelligent aktualisiert werden, wenn sich die Konstruktion ändert. Die Unterscheidung zwischen parametrischer und direkter Modellierung ist hier wichtig: Die parametrische CAD-Modellierung behält die Regeln hinter der Geometrie bei, was bei der direkten Modellierung nicht der Fall ist. Durch Assoziativität werden diese Informationen über Teile, Baugruppen und 2D-Zeichnungen hinweg erweitert. Wenn sich also ein Element ändert, werden zugehörige Komponenten und Dokumentationen automatisch aktualisiert, um Genauigkeit und Konsistenz über die gesamte Produktdefinition hinweg zu gewährleisten.
- Integrierte Simulation
- Datenmanagement
Die Phasen des 3D-Produktentwicklungsprozesses
Verwandeln Sie 3D-Konstruktionen in produktionsreife Produkte
Beim 3D-Produktentwicklungsprozess durchlaufen Ideen eine strukturierte Abfolge von Schritten, vom ersten Konzept bis zum fertigen Produkt. Während das jeweilige Unternehmen diesen Ablauf an seine Branche und Unternehmensgröße anpasst, bleiben die grundlegenden Schritte in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Maschinenbau, Konsumgüter und anderen Fertigungsbereichen konsistent. Diese Phasen zu verstehen, hilft Ingenieurteams dabei, Ressourcen effizient zu nutzen, realistische Zeitvorgaben zu setzen und teure Fehlentscheidungen zu vermeiden.
Marktforschung und Ideenfindung
Konzeptentwicklung und Machbarkeitsanalyse
3D-CAD-Konstruktion und detaillierte Konstruktionsplanung
Virtuelle Prototypen und Simulationstests
Ein Beispiel: Schwere Bergbaumaschinen von Resemin
Schnellere Gerätekonstruktion mit SOLIDWORKS
Resemin entwickelt und fertigt schwere komplexe Bohrmaschinen, die im Bergbau extremen unterirdischen Bedingungen standhalten müssen. Mit der Verwendung von SOLIDWORKS® 3D-CAD und SOLIDWORKS Simulation konnte das Konstruktionsteam von Resemin die Präzision ihrer 3D-Modellierung verbessern und die Testphase effizienter gestalten.
Statt kostspielige physische Prototypen massiver Bohrarme zu bauen, testete Resemin die strukturellen Lasten virtuell. SOLIDWORKS verkürzte die Analyselaufzeiten von zwei Tagen auf nur zwei Stunden, reduzierte die Prototypenerstellung um 70 Prozent und senkte die Lieferzeiten der Maschinen auf die Hälfte – all das half dem Unternehmen, seinen jährlichen Durchsatz von 60 auf 115 Maschinen nahezu zu verdoppeln. Resemin stellte außerdem fest, dass die cloudbasierte Simulation der Haltbarkeit dem Team dabei half, eine nicht-lineare Vibrations- und Ermüdungsanalyse drei Stunden schneller einzurichten und durchzuführen als bei einem FEA-Vergleichswert der Konkurrenz.
Durch diese Umstellung konnte die Produkteinführungszeit von Resemin um 70 Prozent verkürzt werden. Die Funktionen von SOLIDWORKS für die Zusammenarbeit in der Produktentwicklung ermöglichten ihren globalen Konstruktionsteams eine effiziente Kooperation, wodurch Konstruktionsfehler und Entwicklungskosten drastisch reduziert wurden.
3D-Druck und physische Validierung
Fertigungsgerechte Konstruktion und Produktionsplanung
Produkteinführung und Iteration
Hauptvorteile der 3D-Produktentwicklung
Ein vollständig dreidimensionaler Konstruktionsprozess bietet Entwicklungsteams eine umfassendere digitale Definition eines Produkts, bevor es gebaut wird. Geometrie, Baugruppen, Materialien, Toleranzen und Leistung lassen sich früher im Entwicklungsprozess bewerten, sodass Konstruktions- und Fertigungsteams eine klare Richtung vom Konzept bis zur Produktion erhalten.
Konstruktionsgenauigkeit
Teams in der 3D-Entwicklung erreichen durch präzise Geometrie, korrekte Bemaßungen, klar definierte Bedingungen und entsprechend zugewiesene Materialeigenschaften eine genaue CAD-Konstruktion. Die Reduzierung von Konstruktionsfehlern mit 3D-Modellen ist einer der wichtigsten Vorteile bei der Fertigung von 3D-Modellen, da Komponenten, Bemaßungen und Beziehungen durch parametrische Modellierung und Assoziativität verknüpft werden. Damit lassen sich Änderungen vorhersehbar über Teile, Baugruppen und Zeichnungen hinweg aktualisieren. Diese Branchenanwendungen der 3D-Modellierung unterstützen 3D-Prototyping, Fertigungsgenauigkeit und Konstruktionsgenauigkeit bei der generativen Fertigung über den gesamten Entwicklungsablauf hinweg.
Simulationsgesteuerte Entwicklung
Die Digital-First-3D-Produktentwicklung ermöglicht es Teams, Konstruktionen virtuell vor Produktionsbeginn zu testen und zu verfeinern. Tools für die Simulationsanalyse helfen Ingenieuren, die Leistung zu bewerten, Probleme zu erkennen und die Qualität schon früh im Ablauf zu verbessern. Durch das Lösen von Problemen vor dem Bau physischer Prototypen können Teams Nacharbeiten reduzieren, die Prototypkosten senken und schneller vom Konzept zur Produktion gelangen.
Kosteneffiziente Fertigung
Werkzeuge für die fertigungsgerechte Konstruktion prüfen vorgeschlagene Konstruktionen vor der Produktion auf Probleme mit der Herstellbarkeit. Sie wenden konfigurierbare Regeln an, validieren Komponenten anhand ausgewählter Fertigungsprozesse und heben fehlerhafte Bereiche direkt im Modell hervor. So können Produktentwicklungsteams die Qualität verbessern, Nacharbeiten reduzieren und mit weniger kostspieligen nachgelagerten Änderungen von der Konstruktion zur Produktion übergehen.
Verbesserte Zusammenarbeit
Cloudbasierte Tools für die 3D-Produktentwicklung erweitern die Zusammenarbeit über Disziplinen und Standorte hinweg. Ein gemeinsames 3D-Modell bietet Ingenieuren, Fertigungsunternehmen, Lieferanten und anderen Beteiligten eine gemeinsame visuelle Referenz für die neueste Produktdefinition. Teams können Modelle auch ohne technisches Fachwissen prüfen, abfragen und kommentieren. Dank zentralisierter Daten und integriertem Revisionsmanagement arbeitet jeder mit den neuesten Informationen.
Branchenspezifische Anwendungsfälle für die 3D-Produktentwicklung
Sehen wir uns einige Branchen an, in denen die 3D-Produktentwicklung zum Einsatz kommt.
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Luft- und Raumfahrt und Verteidigung
Luft- und Raumfahrt und Verteidigung
Hersteller im Bereich Luft- und Raumfahrt und Verteidigung sowie der Rüstungsindustrie arbeiten unter anspruchsvollen Konstruktions-, Maschinenbau-, Fertigungs-, Betriebs- und behördlichen Anforderungen. Ein Produktversagen kann Sicherheitsrisiken darstellen, die Mission scheitern lassen und sogar die nationale Sicherheit gefährden. Aus diesem Grund muss jede größere Konstruktionsentscheidung über den gesamten Produktentwicklungszyklus hinweg kontrolliert, dokumentiert und nachverfolgbar sein. 3D-Produktentwicklungstools unterstützen integrierte Technologien, um eine präzise Konstruktion zu gewährleisten, die Simulation komplexer Systeme zu ermöglichen und strenge gesetzliche Anforderungen zu erfüllen.
- Fahrzeugbau
- Konstruktion von Konsumgütern
SOLIDWORKS Lösungen für die 3D-Produktentwicklung
SOLIDWORKS bietet eine umfassende Suite von Tools, die für jede Phase des Produktentwicklungsprozesses entwickelt wurden. Unsere Lösungen bieten Profis genau die benötigten Funktionen, um innovative Ideen umzusetzen.
Erweiterte 3D-CAD-Software
SOLIDWORKS Design ist eine bewährte 3D-CAD-Lösung nach Industriestandard, mit der Konstrukteure Produkte schnell und genau vom Konzept bis zur Produktion entwickeln können. Millionen Fachleute weltweit profitieren damit von den leistungsstarken Modellierungsfunktionen, der intuitiven Anwenderoberfläche, einer produktionsreifen Dokumentation und KI-gestützten Funktionen.
Tools für das virtuelle Prototyping
Mit SOLIDWORKS Simulation erhalten Ingenieure eine Umgebung mit CAD-Integration, in der sie die Leistung, Haltbarkeit, Bewegung, Wärmeübertragung, Verformung, Ermüdung und nichtlineare Reaktion bewerten können, noch bevor sie den ersten physischen Prototypen bauen. Da die Simulation in SOLIDWORKS Design integriert ist, werden Änderungen am Modell automatisch über Teile, Baugruppen, Zeichnungen und Bemaßungen hinweg aktualisiert, sodass Teams die Leistung effizient validieren können.
Cloudbasierte Zusammenarbeit
Durch die Verbindung von SOLIDWORKS Design mit der 3DEXPERIENCE® Plattform wird die Konstruktion über die lokale Installation hinaus durch eine sichere Cloud-Umgebung erweitert, in der Konstruktionsdaten verwaltet, Revisionen kontrolliert, Feedback ausgetauscht und die Produktentwicklung über die Bereiche Konstruktion, Fertigung, Lieferanten und andere Beteiligte hinweg koordiniert werden kann.
Einzigartige Vorteile, die für SOLIDWORKS sprechen
SOLIDWORKS Design kann mehr, als nur 3D-Geometrie zu erstellen. Die Lösung bietet ein umfassendes Produktentwicklungs-Wertschöpfungsnetzwerk, das Ihr Unternehmen vom ersten Konzept bis zur Fertigung im Werk unterstützt.
Unübertroffene Skalierbarkeit
Egal, ob Sie ein Startup mit drei Mitarbeitern oder ein globales Fertigungsunternehmen mit 3.000 Ingenieuren managen, SOLIDWORKS Design passt sich Ihren Anforderungen an. Anwender können problemlos neue Simulationsanalysefunktionen, elektrische Konstruktionsmodule oder Datenverwaltungsfunktionen hinzufügen, wenn das Unternehmen wächst und Projekte komplexer werden.
Integriertes Produktlebenszyklusmanagement
Die Verwaltung von Konstruktionsdaten ist genauso wichtig wie ihre Erstellung. SOLIDWORKS verfügt über integrierte Produktdatenmanagement-Tools, mit denen Teams Revisionen kontrollieren, Berechtigungen verwalten und die Stücklistengenauigkeit von der Konstruktion bis zur Freigabe sicherstellen können. So wird verhindert, dass veraltete Dateien in nachgelagerte Prozesse gelangen, während Konstruktion und Fertigung auf der Grundlage derselben Produktdefinition aufeinander abgestimmt bleiben.
Anwenderorientierte Konstruktionserfahrung
SOLIDWORKS ist dafür bekannt, auf seine Anwender einzugehen und gewünschte Erweiterungen in praktische Softwareverbesserungen umzusetzen. Die Software basiert auf der Art und Weise, wie Ingenieure tatsächlich im Konstruktionsprozess arbeiten, mit schnellem Zugriff auf Befehle, strukturiertem Konstruktionsverlauf, wiederverwendbaren Konfigurationen, automatisierten, normbasierten Funktionen und frühzeitiger Problemerkennung. Seit dem ersten Tag hat das Feedback der Anwender zur Gestaltung aller SOLIDWORKS Produkte beigetragen.
Häufig gestellte Fragen zur 3D-Produktentwicklung
Was ist der Unterschied zwischen 3D-Modellierung und 3D-Produktentwicklung?
Welche Rolle spielt der 3D-Druck in der Produktentwicklung?
Welche Materialien kommen beim Rapid Prototyping (schnelle Prototypenerstellung) zum Einsatz?
Können sich kleine Unternehmen 3D-Produktentwicklungstools leisten?
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