Technische Produktgestaltung - Cheatsheet

Definition von Produktanforderungen und Spezifikationen

Definition:

Definition und Dokumentation der Anforderungen und Leistungskriterien eines Produkts; Grundlage für Design und Entwicklung.

Details:

• Produktanforderungen: Was muss das Produkt können? Welche Funktionen und Eigenschaften?
• Spezifikationen: Detaillierte technische Beschreibungen, Maße, Toleranzen, Materialien.
• Ziel: Sicherstellung, dass das Endprodukt den Kundenbedürfnissen und -anforderungen entspricht.
• Werkzeuge: Lastenheft (Anforderungen), Pflichtenheft (Spezifikationen).
• Kriterien: Funktionalität, Zuverlässigkeit, Benutzerfreundlichkeit, Wartbarkeit.

Schnellprototyping-Techniken wie 3D-Druck und CNC-Fräsen

Definition:

Prototyping-Techniken zur schnellen Herstellung von physischen Modellen und Bauteilen anhand von digitalen 3D-Modellen.

Details:

• 3D-Druck: Additives Verfahren zur schichtweisen Materialauftragung.
• CNC-Fräsen: Subtraktives Verfahren zur Materialentfernung durch computergesteuerte Fräse.
• Anwendungsgebiete: Produktentwicklung, Designverifikation, Funktionsprototypen.
• Materialien: Kunststoffe, Metalle, Verbundstoffe.
• Schnelligkeit: Reduziert Entwicklungszeit und -kosten erheblich.
• Flexibilität: Komplexe Geometrien und Anpassungen problemlos möglich.

Grundlagen der Materialkunde und Klassifikation von Werkstoffen

Definition:

Grundlagen der Materialkunde: Studium der Eigenschaften und Strukturen von Materialien. Klassifikation von Werkstoffen: Einteilung der Materialien anhand gemeinsamer Merkmale und Verwendung.

Details:

• Werkstoffe: Metalle, Kunststoffe, Keramiken, Verbundwerkstoffe
• Eigenschaften: Festigkeit, Duktilität, Härte, Wärmeleitfähigkeit
• Klassifikation: Struktur (kristallin, amorph), chemische Zusammensetzung, Einsatzgebiet
• Metalle: Hohe Festigkeit, gute Wärme- und Elektrische Leitfähigkeit
• Kunststoffe: Leicht, korrosionsbeständig, vielfältig formbar
• Keramiken: Hohe Härte, Hitzebeständig, Spröde
• Verbundwerkstoffe: Kombination von Materialien, um spezifische Eigenschaften zu optimieren
• Formel: Hookesches Gesetz \( \sigma = E \cdot \varepsilon \)

Phasen des Design-Thinking-Prozesses: Empathize, Define, Ideate, Prototype, Test

Definition:

Phasen des Design-Thinking-Prozesses zur Entwicklung technischer Produkte.

Details:

• Empathize: Nutzerbedürfnisse und Probleme verstehen.
• Define: Problemstellung präzisieren.
• Ideate: Kreative Lösungen entwickeln.
• Prototype: Prototypen erstellen.
• Test: Prototypen testen und Feedback sammeln.

Modellierung und Simulation von Produktentwürfen

Definition:

Erstellung und Analyse von digitalen Prototypen zur Bewertung und Optimierung.

Details:

• Modellierung: Mathematische und geometrische Repräsentation eines Produktes.
• Simulation: Virtuelle Tests und Analysen zur Vorhersage des Verhaltens.
• CAE: Computer Aided Engineering Werkzeuge nutzen.
• FEA: Finite-Elemente-Analyse zur Strukturanalyse.
• CFD: Computational Fluid Dynamics für Strömungssimulationen.
• Multiphysik-Simulationen: Kombinierte physikalische Phänomene.
• Validierung: Sicherstellung, dass Simulation und reale Welt übereinstimmen.
• Optimierung: Iterative Verbesserung basierend auf Simulationsergebnissen.
• Mathematische Modelle: ( \frac{dx}{dt} = f(x, t) )
• Software-Tools: ANSYS, Abaqus, MATLAB/Simulink.

Unterschied zwischen Low-Fidelity- und High-Fidelity-Prototypen

Definition:

Unterschiede zwischen grob ausgeführten und detaillierten Prototypen in der Produktgestaltung.

Details:

• Low-Fidelity-Prototypen: Einfache, oft papierbasierte Modelle, die Grundideen und Funktionen darstellen.
• High-Fidelity-Prototypen: Detaillierte, interaktive Modelle, die fast wie das endgültige Produkt aussehen und funktionieren.
• Verwendung: Low-Fidelity für frühe Entwicklungsphasen und schnelles Feedback; High-Fidelity für Benutzerakzeptanztests und detailliertes Design.
• Vorteile: Low-Fidelity - Schnell und kostengünstig zu erstellen; High-Fidelity - Realistischere Umsetzung und genauere Tests.

Verbindungstechniken und Oberflächenbehandlungen

Definition:

Verbindungstechniken umfassen Methoden, um Materialien mechanisch oder chemisch zu verbinden. Oberflächenbehandlungen modifizieren die Materialoberfläche zu besseren Leistungsmerkmalen.

Details:

• Schweißen: Metallteile durch Wärme vereinen
• Löten: Metalle durch Schmelzen eines Lots verbinden
• Schrauben: mechanische Verbindung mit Gewindebolzen
• Kleben: chemische Verbindung durch Klebstoff
• Galvanisieren: Metallbeschichtung durch Elektrolyse
• Eloxieren: Schutzschicht auf Aluminium durch Elektrolyse
• Beschichten: Schicht auf Material aufbringen (z.B. Lackieren)

Anwendung von CAD-Software in der Produktentwicklung

Definition:

Verwendung von CAD-Software während des Produktentwicklungsprozesses zur Erstellung, Prüfung und Optimierung von Produktdesigns.

Details:

• Erstellung von 2D- und 3D-Modellen
• Durchführung von Simulationen und Analysen (z.B. FEM, CFD)
• Erleichterung von Design-Iterationen und Änderungen
• Generierung von technischen Zeichnungen
• Integration in PLM-Systeme
• Verbesserung der Zusammenarbeit durch Daten- und Modellaustausch