Leichtbau rückt ins Rampenlicht

Millie Nuno, Brian Beringer | Weihnachten 05. 2023

Angesichts des beispiellosen Drucks, einen kleineren ökologischen Fußabdruck zu hinterlassen, befinden sich Unternehmen in einem Wettlauf darum, die Menge an Kunststoff zu reduzieren, die in Produkten und Anwendungen überall verwendet wird. Von der Automobilindustrie über die Luft- und Raumfahrtindustrie bis hin zu Medizinprodukten, Konsumgütern und Verpackungen und darüber hinaus steht der Leichtbau im Mittelpunkt fast aller Designgespräche. Warum? Es handelt sich um eine Lösung, die die Produktleistung und -sicherheit verbessern, die Energieeffizienz erhöhen, die Herstellungskosten senken und umweltfreundlichere Produkte herstellen kann – und das alles unter dem immer beliebter werdenden Spitznamen „Weniger ist mehr“.

Einfach ausgedrückt ist Leichtbau der Prozess der Gewichtsreduzierung auf drei scheinbar einfache Arten: Ersetzen schwererer Materialien durch leichtere Materialien, Optimieren von Designs zur Gewichtsreduzierung oder vollständige Eliminierung von Materialien. Von da an wird das Gespräch jedoch deutlich komplexer.

Die Sicherstellung der Produktstärke, Funktionalität, Herstellbarkeit und sogar der Verbraucherpräferenzen wirft eine Vielzahl von Überlegungen zur Gewichtsreduzierung auf. Materialspezifikationen und -leistung, Teile- und Wandstärke, Anschnittpositionen und Schrumpfung gehören zu einer langen Liste von Spezifikationen. Sie alle sind von entscheidender Bedeutung, um einen klaren Weg zur wiederholbaren Fertigung und der kostengünstigen, pünktlichen Lieferung von Hochleistungsteilen zu schaffen.

Unabhängig von Ihrer Branche kann ein ganzheitlicher Leichtbauansatz dazu beitragen, die mit diesen Initiativen verbundenen Komplexitäten zu beseitigen und zu bewältigen. Unserer Erfahrung nach werden die unten beschriebenen fünf Schritte Ihre Reise erfolgreicher und viel einfacher machen.

Der erste Schritt in jedem gut gestalteten Prozess besteht darin, Ziele festzulegen und zu formulieren. Erinnern Sie sich an die weisen Worte der Baseball-Legende Yogi Berra: „Wenn du nicht weißt, wohin du gehst, landest du woanders!“

Diese drei Ziele veranschaulichen die unterschiedlichen Ansätze, die jedes einzelne in Ihrem Unternehmen vorantreiben wird.

Für viele Produkthersteller ist die Gewichtsreduzierung der primäre und manchmal einzige Treiber dieser Initiative. Die Gewichtsreduzierung von Autos ist entscheidend für die Verbesserung der Kraftstoffeffizienz. Die Reduzierung des Gewichts von Haushaltswaren ist entscheidend für die Benutzerfreundlichkeit und um die Ermüdung durch das Tragen schwerer Produkte zu vermeiden. Wenn diese Leichtbauinitiativen gut umgesetzt werden, sollten sie durch die Verwendung leistungsfähigerer, leichterer Kunststoffe auch zusätzliche Vorteile wie verbesserte Funktionalität und Haltbarkeit bieten.

Getrieben von der Notwendigkeit, die Programmkosten zu senken und diese Einsparungen an die Kunden weiterzugeben, muss der Leichtbau – aus dieser Perspektive – gleichzeitig den Materialverbrauch senken und gleichzeitig die Kosten im Herstellungsprozess senken. Um dieses Ziel zu erreichen, wird ein starkes Produktdesignteam prüfen, wie mehrere Funktionen in weniger Komponenten kombiniert werden können, um das Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig das Design zu vereinfachen – ohne die strukturelle Integrität des Teils und die wichtigen Funktionen zu beeinträchtigen, die die Endbenutzer- und Prozesssicherheit gewährleisten. Dies wiederum reduziert die Werkzeugkosten, eliminiert sekundäre Arbeitsschritte und verringert den Materialabfall erheblich.

Eine Studie nach der anderen zeigt, wie wichtig der Umweltschutz für Endverbraucher in allen Märkten ist. Leichtbau bietet eine echte Chance, umweltorientierte Ziele zu erreichen. Durch die Reduzierung des Kunststoffanteils in Ihren Produkten verringern sich die Entsorgungsprobleme am Ende der Lebensdauer. Es optimiert auch Ihren Ressourcenverbrauch – vom Energieverbrauch bis zum Kraftstoffverbrauch für den Transport. Es kann die Rentabilität durch geringere Ausschussraten und geringere Herstellungskosten verbessern. Und was vielleicht am wichtigsten ist: Es stärkt den Markenruf Ihres Unternehmens und trägt dazu bei, sowohl Kunden als auch Mitarbeiter anzuziehen.

Designer müssen die richtige Balance zwischen Funktionalität und Ästhetik finden, um die Produktleistung, die Sicherheit des Endbenutzers und die Integrität des Herstellungsprozesses aufrechtzuerhalten.

Während sowohl Funktionalität als auch Ästhetik für ein erfolgreiches Produktdesign wichtig sind, besteht ein häufiger Fehler beim Leichtbau darin, der Ästhetik Vorrang vor der Funktionalität einzuräumen. Wenn man sich zunächst auf die Produktleistung konzentriert, wird die Entwicklung überlegener Produkte mit optimierter Leistung gewährleistet. Dieser Ansatz trägt auch dazu bei, Probleme bei der Herstellbarkeit zu vermeiden, die sich langfristig negativ auf Funktionalität, Produktivität und Lieferung auswirken können.

Wenn Sie sich beim Produktdesign zuerst auf die Funktionalität und dann auf die Ästhetik konzentrieren, können sich auch neue Möglichkeiten eröffnen, unnötige Strukturen und Funktionen zu eliminieren oder zu ersetzen, die Ihrem Endprodukt lediglich mehr Gewicht verleihen. Darüber hinaus können Sie dies tun, ohne die Sicherheit des Produkts, der Endbenutzer, der Herstellungsprozesse und mehr zu beeinträchtigen.

Durch die kreative Suche nach Möglichkeiten, diese Überlegungen in Einklang zu bringen, können Designer die besten Ergebnisse für ihre Kunden erzielen. Auf dem Konsumgütermarkt beispielsweise, wo leichte, flexible Beutel bereits weit verbreitet sind, bestehen die Möglichkeiten zur Leichtbauweise vor allem in Kappen und Verschlüssen. Während die Ästhetik oft von entscheidender Bedeutung für die Aufrechterhaltung des Markenrufs ist, sind vor allem die Aufdrehfunktion, die Integrität der Versiegelung und die Sicherheitsmerkmale des Verschlusses wichtig, die dafür sorgen, dass flexible Beutel das richtige Format haben. Mit der richtigen Balance aus Funktionalität und Ästhetik verbraucht eine Lösung 20 % weniger Harz, um Gewicht und Kosten zu reduzieren und gleichzeitig die Nachhaltigkeit für CPG-Hersteller zu erhöhen.

Unser Instinkt sagt uns oft, dass wir bei der Entwicklung – oder Neugestaltung – eines Produkts und seiner Komponenten so gründlich wie möglich vorgehen sollen. Bei der Bauteilkonstruktion kommt es jedoch leicht zu einer Überkonstruktion, was zu Komplikationen bei der Materialauswahl, der Herstellbarkeit und der Produktleistung führt. Die Festlegung von Designparametern – wie Materialien, kritische Toleranzen, Anschnitt usw. – kann zu potenziellen Fehltritten führen, die mit dem richtigen Team vermieden werden könnten.

Produktdesigner können Fehltritte vermeiden, indem sie frühzeitig im Prozess mit ihren Fertigungspartnern zusammenarbeiten. Der richtige Materiallieferant kann Einblicke in die Materialauswahl bieten, die Form, Funktion und sogar die Umweltauswirkungen Ihrer Produkte optimieren können. Der richtige Vertragshersteller kann Sie zu Problemen beraten, die von überdurchschnittlich hohen Werkzeugkosten über Probleme beim Design for Manufacturability (DFM) bis hin zu potenziellen Montageproblemen und einer geringeren Produktleistung im Einsatz reichen. Wenn Sie schon früh im Designprozess die richtigen Partner an einen Tisch bringen, können Sie Ihre Hauptziele schneller erreichen und gleichzeitig die Herausforderungen vermeiden, die ein gutes Design eher komplizieren als vereinfachen.

Beispielsweise stellte ein führendes Konsumgüterunternehmen eine Komponente eines beliebten Produkts in einem Verfahren her, bei dem drei separat spritzgegossene Teile zusammengeschweißt werden mussten, um die endgültige Komponente zu schaffen. Während dieser Prozess ein funktionierendes Teil hervorbrachte, das sich auf dem Markt als erfolgreich erwies, gab es Möglichkeiten, den Prozess zu verfeinern, um die Kosten mit einem anderen Prozess zu senken. Durch die Zusammenarbeit mit einem größeren Team, einschließlich seines Auftragsfertigungspartners, hat das Team das Design und den Prozess neu konfiguriert, um die Komponente in einem Stück zu formen. Dadurch wurden sekundäre Optionen eliminiert und gleichzeitig die Produktfunktion und -qualität erheblich verbessert.

Selbst die erfahrensten Designteams profitieren vom Fachwissen der Materiallieferanten und Vertragshersteller. Bringen Sie bei der Bewältigung der Komplexität des Leichtbaus Teams mit unterschiedlichen Perspektiven an einen Tisch, um Ihre Hauptziele zu erreichen, Innovationen voranzutreiben und alle Vorteile auszuschöpfen, die der Leichtbau zu bieten hat.

Um Kreativität und Innovation zu fördern, suchen Sie nach Partnern, die Ideen einbringen können, an die Sie bisher vielleicht noch nicht gedacht haben. Ihre Erfahrung mit Technologien wie gasunterstütztem Spritzgießen zur Herstellung dünnwandiger Teile oder mit Polyethylenmaterialien niedriger Dichte, die für ihre Flexibilität, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei niedrigen Temperaturen bekannt sind, kann zu Designüberlegungen führen, die Ihre Produkte, Ihr Unternehmen, und Ihre Marken.

Eine starke wechselseitige Kommunikation ist von grundlegender Bedeutung für den Erfolg, was uns zum allerersten Punkt dieses Prozesses zurückbringt: Formulieren Sie Ihre Ziele klar. Ein Verständnis Ihrer Ziele, der Leistung einer bestimmten Komponente in der Anwendung oder des „Warum“ hinter einer bestimmten Spezifikation oder Geometrie stellt sicher, dass Teams aufeinander abgestimmt sind und zusammenarbeiten, um gemeinsam mehr zu erreichen, als sie einzeln können.

Zusammenarbeit ist der Schlüssel zum Leichtbauprozess. Produktdesigner sollten verschiedene Teams an einen Tisch bringen, darunter Materiallieferanten und Vertragshersteller, um die Effizienz zu steigern.

Marken, Hersteller und Endverbraucher profitieren seit vielen Jahren gleichermaßen vom Leichtbau. Mit den richtigen Zielen, Prioritäten, dem richtigen Design und den richtigen Partnern kann der Leichtbau bei einem breiten Spektrum von Produkten und Anwendungen ein wichtiger Aspekt sein. Deshalb ist es wichtig, einen Weg für Ihre Produkte mit der höchsten Amortisation zu finden und festzulegen.

Stellen Sie sich zunächst die folgenden Fragen:

Die Antworten auf diese Fragen helfen dabei, den richtigen Ausgangspunkt zu finden und diesen wichtigen Dialog in Ihrem Unternehmen oder in Ihrem Team in Gang zu setzen. Wie bei allen lohnenswerten Reisen ist der erste Schritt oft der schwierigste und zugleich wichtigste. Aber am Ende wird Ihnen die Gewichtsreduzierung einen wichtigen Weg weisen, einen Kurs mit besseren Ergebnissen für Ihr Unternehmen, Ihre Kunden und die Welt, die wir alle teilen, einzuschlagen.

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