Rapid Electronics Prototyping: Mit Vollgas zum serienreifen Produkt

Unsere heutigen, smarten Geräte bieten vielfältige und innovative Anwendungsmöglichkeiten. Sie erleichtern unseren Alltag, automatisieren komplexe Prozesse und können uns helfen, Lösungen für große Probleme unserer Zeit zu finden. Die Entwicklung und die Markteinführung eines solchen neuen oder verbesserten, vernetzten Produkts ist allerdings komplex und risikobehaftet. Warum ist das so und wie kann die Entwicklung gelingen? Wir zeigen es Ihnen ganz konkret anhand des Zühlke-Rapid-Electronics-Prototyping-Prozesses

Inhouse Rapid Electronic Prototyping für schnelles und effektives Arbeiten 

Wenn es um die Konzipierung von Elektronik-Prototypen geht, ist es fundamental, Prozesse zu haben, die schnelles und effizientes Arbeiten ermöglichen. Oftmals handelt es sich dabei um einen iterativen Prozess. Jede Iteration baut auf den Erkenntnissen und Erfahrungen der vorherigen auf und führt zu einem immer weiter verbesserten und ausgereiften Produkt. 

Ein Inhouse-Prototyping-Prozess ermöglicht es Ingenieuren und Designern, die Anzahl der Iterationen zu minimieren, Verbesserungen vorzunehmen, Produktrisiken frühzeitig zu identifizieren und direkt zu beheben. Dadurch wird eine optimale Funktionalität, Qualität und Benutzerfreundlichkeit des Produkts erreicht. Zudem steigt die Prozesseffizienz in der Entwicklung. 

Zühlke hat den Entwicklungsprozess daher so optimiert, dass die Prototypen ab der Discovery bis hin zur Zulassung begleitet werden. Nachfolgend zeigen wir Ihnen, welche Möglichkeiten wir bieten, um Elektronikprodukte schnell und zuverlässig zu validieren: 

Discovery 

Eine simple Idee ist der Startpunkt für ein erfolgreiches Produkt. Sei es eine Neuentwicklung oder eine Überarbeitung einer bestehenden Produktlinie. Gemeinsam mit unseren Kunden investieren wir Zeit in die Ideensammlung und Entwicklung eines Produkts, das die spezifischen Bedürfnisse der Zielgruppe erfüllt. Dabei können wir, dank unserer langjährigen Erfahrung, direkt auf branchentypische sowie auf branchenübergreifende Aspekte aufmerksam machen. Insbesondere die Einhaltung von Standards und Normen in verschiedenen Anwendungsbereichen wie Medizin, Explosionsschutz oder im Verbrauchermarkt. Dies macht es möglich, Produkte von Anfang an in Übereinstimmung mit den geltenden Vorschriften zu entwickeln und unsere Kunden im regulatorischen Bereich zu beraten. 

Inhouse Schema- und Layout-Design 

Durch den Einsatz von erfahrenen Designern und dedizierte CAD-Software bieten wir Ihnen das gesamte Spektrum der Leiterplattenentwicklung. Ein internes Team ermöglicht eine nahtlose Kommunikation, schnellere Iterationsprozesse und eine verbesserte Kontrolle über den gesamten Designprozess. Das beinhaltet die Evaluierung elektronischer Komponenten, die Prüfung ihrer Verfügbarkeit auf dem Markt, die Erfassung in einer Datenbank und die Realisierung einer funktionalen Schaltung. Anschließend wird die erstellte Logik in ein Layout der physischen Anordnung der Bauteile auf einer Leiterplatte übertragen. Es werden wichtige Aspekte wie die Platzierung der Komponenten zur Optimierung der Signalintegrität, die Minimierung von Störungen oder Übersprechen zwischen den Leiterbahnen und die Einhaltung von Designregeln und Standards berücksichtigt. 

Schaltungssimulation 

Die Schaltungssimulationen bieten eine Reihe von Vorteilen, die Entwicklern dabei helfen, elektronische Schaltungen zu entwerfen und zu optimieren. Mit Hilfe des Softwarepakets von Ansys simulieren wir in Projekten Transienten- und Frequenzanalysen, Parameteruntersuchungen und das thermische Verhalten einer Schaltung. Insbesondere in den Bereichen Signalintegrität, Leistungsintegrität und EMI-Analyse können durch diese Simulationen potenzielle Fehler und Probleme bereits in einem frühen Stadium erkannt und behoben werden. 

Im Linkedin-Artikel „How to tune antenna efficiency based on simulation“ zeigen wir Ihnen, wie durch Simulationen eine Antenne erfolgreich abgestimmt werden konnte, um mögliche drahtlose Verbindungsprobleme zu vermeiden.  

Komponenten-Management 

Ab dem ersten Prototyp achten wir auf die Identifizierung gefährdeter Komponenten, die Bewertung des Risikos einer Komponentenabkündigung und die Implementierung geeigneter Strategien, um die Verfügbarkeit von Ersatzkomponenten sicherzustellen oder alternative Lösungen zu finden. Die entsprechende Software für Komponenten-Management erlaubt es außerdem, Risiken in der Lieferkette zu erkennen, gefälschte Teile zu vermeiden und Komponenten auszuschließen, die nicht mit den Umweltgesetzen und moralischen Prinzipien konform sind. 

Inhouse maschinelle Leiterplattenbestückung 

Je nach Komplexität beurteilen wir, ob für die Prototypen eine händische oder maschinelle Leiterplattenbestückung durchgeführt werden soll. Auch hier steht die Effizienzfrage im Vordergrund. Der Einsatz von automatisierten Bestückungsmaschinen kann den Prozess der Leiterplattenbestückung erheblich beschleunigen. Sie ermöglichen eine präzise Platzierung der elektronischen Komponenten auf der Leiterplatte, wodurch die Fehlerquote minimiert wird. Die Zühlke-eigene Fertigungsstraße ist darauf ausgerichtet, die Build-Measure-Learn-Zyklen so kurz wie möglich zu gestalten, ohne sich an die Terminpläne der Produktionspartnern halten zu müssen. 

Inbetriebnahme im Elektroniklabor

 
Nach der Bestückung der Leiterplatte führen wir die erste Inbetriebnahme in unserem Elektronik-Labor durch. Durch die Nutzung hochwertig kalibrierter Messmittel, u. a. Netzwerkanalysator und Nahfeldsonden, können wir die Funktionalität der Leiterplatte überprüfen und validieren. 

Stresstest im Klimalabor 

Sowohl für den kommerziellen wie auch für den industriellen Gebrauch, die Elektronik erfordert Tests in einem breiten Temperaturbereich. Mit Hilfe von Klimatests können potenzielle Probleme im Zusammenhang mit Umwelteinflüssen identifiziert und behoben werden, bevor das Produkt auf den Markt kommt. Hierfür verfügen wir inhouse über zwei Klimakammern, um die gewünschten Klimabedingungen zu erzeugen. Die Kammer kann sowohl Temperatur- als auch Feuchtigkeitssteuerung ermöglichen. Die Dauer und das Muster der Klimazyklen hängen von den individuellen Anforderungen und den anzuwendenden Normen ab. Typischerweise werden die Prototypen mehreren Zyklen unterzogen, um die Auswirkungen von Langzeitbelastungen zu simulieren.

3D-Drucker 

Ein wertvolles Hilfsmittel beim Rapid Prototyping ist ein 3D-Drucker. Er ermöglicht die schnelle Herstellung von Prototypengehäuse, prüft sie auf mechanische Robustheit und verfeinert das finale Produktdesign. Mit Teilen aus dem 3D-Drucker können wir die Prototypen physisch testen und sofort Feedback erhalten. 

Inhouse EMV-Test 

Wir haben die Möglichkeit, leitungsgeführte Tests zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) intern durchzuführen. Durch den Einsatz von EMV-Prüfempfängern und -generatoren können wir sicherstellen, dass das Produkt den erforderlichen EMV-Standards entspricht. Unser Labor ermöglicht eine effiziente Optimierung der EMV. 

Zulassung der Geräte 

Konformitätsbewertung, Produktprüfung, technische Dokumentationen, Kennzeichnung etc. – alle diese Prozessschritte sind sehr aufwendig und müssen bedacht werden. Wichtig: Die Zulassung elektronischer Geräte kann von Land zu Land unterschiedlich sein. Die Einhaltung der Anforderungen für den Verkauf und die Verwendung elektronischer Geräte erfordert eine sorgfältige Vorbereitung, um sicherzustellen, dass alle rechtlichen und sicherheitstechnischen Anforderungen erfüllt werden. Wir greifen dabei auf einen breiten, branchenübergreifenden Erfahrungsschatz zurück, konsultieren die zuständigen Behörden als Teil unseres Partnernetzwerks und bereiten die vollständige Dokumentation vor. 

Rapid-Prototyping-Prozess: Mit mehr Speed zum marktreifen Produkt 

Verkürzte Time-to-Market, schnelle Design-Iterationen und Kosteneinsparungen in der Prototypenentwicklung – der Zühlke-Rapid-Prototyping-Prozess bringt eine Reihe von Vorteilen für unsere Kunden. Die entsprechenden Dienstleistungen sind so ausgelegt, dass die Ideen unserer Kunden schnell und effektiv in einen greifbaren Prototyp umgesetzt werden. Vom internen Designprozess bis hin zur Zulassungsprüfung profitieren Sie von einem nahtlosen Übergang von der ersten Vision bis zum serienreifen, kundenzentrierten Produkt.