Trotz aller teuren und hochmodernen Werkzeuge, die in der Metallverarbeitung zum Einsatz kommen, greifen selbst professionelle und erfahrene Konstrukteure immer wieder zu einem einfachen Stück Karton, um ihreuteile zu entwerfen. Das ist keineswegs übertrieben. Wer schon einmal Zeit mit einem Metallbauer verbracht hat (oder entsprechende Videos im Fernsehen oder auf YouTube gesehen hat), kennt sicher den Spruch: „Das designe ich in CAD – Cardboard Aided Design.“

Es gibt zahlreiche günstige Materialien, die dabei helfen können, die Form eines Bauteils zu bestimmen, bevor überhaupt Metall bearbeitet wird. Karton erfüllt dabei alle Anforderungen: Er ist preiswert (oft sogar kostenlos), lässt sich leicht bearbeiten und verändern und ist stabil genug, um seine Form zu halten. Sobald die Form steht, kann man sie einfach abflachen und aus Metall ausschneiden oder ein Foto machen und die Konturen in CAD nachzeichnen.

Warum nicht gleich mit Metall arbeiten?

Bei einfachen Bauteilen kann man oft direkt zum Endmaterial greifen und auf einen Prototypen verzichten. Wie in allen handwerklichen Bereichen gilt: Mit etwas Erfahrung gelingt das häufiger auf Anhieb. Doch sobald die Teile komplexer werden, ist es meist schneller und günstiger, Fehler zunächst an einem Karton-Prototypen zu machen. Wie kann es schneller und günstiger sein, etwas zweimal zu machen? Wir erklären es.

• Kosten – Karton ist günstig, oft sogar kostenlos. Die Pakete, die regelmäßig mit interessanten Dingen zu Hause ankommen, bestehen aus Karton, der sonst im Altpapier landet. Es ist kein Problem, ein paar dieser Kartons zu falten und hinter einem Schrank oder einer Werkbank zu lagern. Schneiden Sie ein Stück Karton zu klein, entsteht kein teurer Materialverlust. Einfach ein neues Stück nehmen und erneut probieren. Das funktioniert bei Edelstahl nicht so problemlos.
• Einfache Bearbeitung – Passgenaue Sonderteile erfordern meist etwas Ausprobieren. Karton ist stabil genug, um während des Zuschnitts seine Form zu behalten. Er lässt sich falten, um Blechkanten zu simulieren. Viele komplexe Blechformen werden aus Kartonstücken zusammengeklebt, um Flansche darzustellen. Mit Klebeband können Biegekanten oder sogar Schweißnähte simuliert werden. Eine Biegekante, die nur wenige Grad danebenliegt, kann zu Lücken und versetzten Nähten führen.
• Beruhigendes Gefühl – Wer sich mit CAD nicht sicher fühlt, bestellt oft mit mulmigem Gefühl seine Bauteile und hofft, dass alles passt – besonders bei größeren Stückzahlen. Man kann natürlich ein Einzelteil bestellen, anpassen und nochmals bestellen. Selbst bei kurzer Lieferzeit dauert das Iterieren. Mit einem Kartonmodell lässt sich vor der Bestellung problemlos prüfen, ob das Teil wirklich passt.

Nützliche Werkzeuge

Wer bis hierhin gelesen hat, ist vermutlich von den Vorteilen des Karton-Prototypings überzeugt – oder zumindest neugierig. Im Folgenden stellen wir Materialien und Werkzeuge vor, mit denen Sie schnell ansehnliche Prototypen herstellen können.

Karton

Offensichtlich braucht man Karton – oder? Nicht immer. Karton ist hervorragend, wie wir bereits ausführlich erklärt haben. Für manche Projekte reicht aber auch ein einfaches Blatt Papier. Noch praktischer ist kariertes Papier, das später im Prozess hilfreich sein kann.

Beim Karton gibt es verschiedene Varianten. Die meisten denken zunächst an Wellpappe.

Daneben gibt es auch Karton ohne Wellenstruktur, zum Beispiel von Müsliverpackungen. Dieser Karton ist dünner, nur eine Lage, lässt sich sauber und einfach zuschneiden und ist dennoch stabil genug, um dreidimensionale Formen zu modellieren.

Werkzeuge

Nachdem wir das Material betrachtet haben, kommen nun einige einfache Werkzeuge. Sie brauchen nicht alle davon, aber wir haben sie bei früheren Projekten als nützlich empfunden.

• Messwerkzeuge – Lineale, Maßbänder, Messschieber, Winkel. Alles, womit sich Maße (Abstände, Winkel, Radien etc.) nehmen lassen, ist hilfreich. Was Sie messen müssen, hängt vom Bauteil ab.
• Gerade Kante – Eine gerade Linie von Hand zu zeichnen, ist nicht jedermanns Sache. Ein Lineal oder ein Reststück mit gerader Kante reicht völlig aus.
• Markierwerkzeuge – Bleistift, Filzstift, Tintenstift oder einfach der Finger, in etwas Staub getaucht – alles kann zur Markierung verwendet werden.
• Schneidewerkzeuge – Karton lässt sich viel leichter schneiden als Metall, daher können Blechscheren, Winkelschleifer und Plasmaschneider beiseitegelegt werden. Scharfe Scheren oder Messer sorgen für saubere Schnitte.
• Verbindungsmaterial – Wenn Sie zu viel weggeschnitten haben oder ein größeres Modell aus mehreren Kartonstücken bauen, ist etwas zum Verbinden praktisch. Klebeband ist hier unser Favorit.
• Drucker – Betrachten Sie ihn als CNC-Stift. Nicht zwingend notwendig, aber falls Sie Ihre digitalen Vorlagen vor dem Zuschnitt prüfen möchten, können Sie sie einfach ausdrucken, ausschneiden und die Passform testen – entweder direkt auf Papier oder indem Sie die Form auf Karton übertragen.

Einfacher 5-Schritte-Prozess für das Prototyping mit Karton

Bereit, einen Prototypen aus Karton zu bauen? Folgen Sie diesen Schritten – so gehen wir vor.

Maße nehmen

Irgendwo muss man anfangen. Wir messen alles, womit unser Bauteil in Berührung kommt. Gibt es Bauraumbeschränkungen, sollten sie jetzt ermittelt werden.

Form grob festlegen

Meist hat man schon eine Vorstellung von der Form, andernfalls ist ein rechteckiges Kartonstück ein guter Start. Schneiden Sie die Kanten passend zu angrenzenden Bauteilen zu. Markieren Sie die Positionen von Bohrungen. Müssen Sie Biegungen einbauen, können Sie den Karton falten oder separate Stücke an den Biegestellen zusammenkleben. Wichtige Merkmale sollten zuerst festgelegt werden. Je nach Komplexität sind eventuell mehrere Iterationen nötig, um die Passform zu optimieren. Haben Sie zu viel weggeschnitten, kleben Sie einfach neues Material an oder übertragen Sie die Markierungen auf ein frisches Stück.

Scheuen Sie sich nicht, Notizen direkt auf die Vorlage zu schreiben: Biegerichtungen und -winkel, Kantenlängen, Lochabstände und -durchmesser können direkt auf die Schablone notiert werden.

Details ausarbeiten

Ist die Form grob angelegt, lohnt es sich, sie noch etwas zu verfeinern. Ist das ursprüngliche Kartonstück in gutem Zustand, kann es weiterverwendet werden – ansonsten einfach auf ein neues Stück übertragen. Mit einer geraden Kante lassen sich saubere Linien ziehen, runde Gegenstände helfen beim Nachzeichnen von Rundungen. Eine gerade Kante eignet sich auch, um saubere Faltlinien für Biegungen einzubringen. Jetzt können auch optische Details ergänzt werden. Nicht alles muss ausgeschnitten werden, manchmal reicht es, etwa Lochmuster oder Designelemente einzuzeichnen.

Falls Ihr Teil Biegungen hat, sollten Sie dieses auf eine flache Form „entfalten“. Sind mehrere Kanten mit Klebeband verbunden und lassen sich nicht einfach auseinanderfalten, muss eventuell eine Naht geöffnet werden. Komplexe Blechgeometrien sind eine kleine Kunst für sich, aber das physische Modell hilft, die richtigen Kanten zu bestimmen.

Digitalisieren

Sind Sie mit der Form und der flachen Ausführung zufrieden, geht es an den Computer. Am einfachsten legen Sie das Teil flach hin und fotografieren es, um das Bild in die CAD-Software Ihrer Wahl zu importieren. Hier ein paar Tipps für ein optimales Ergebnis:

• Die Kamera sollte möglichst rechtwinklig zur Oberfläche ausgerichtet sein. Wird das Foto schräg aufgenommen, erscheinen die vorderen Kanten länger und die hinteren kürzer.

• Legen Sie einen bekannten Maßstab ins Bild. Ein Winkel ist ideal, da er sowohl Maße als auch einen 90°-Bezug liefert. Ein Lineal tut es auch. Ist das Bauteil klein genug, kann es auch auf kariertem Papier fotografiert werden. Wer von Anfang an kariertes Papier benutzt, ist hier klar im Vorteil!

• Nach dem Import in die CAD-Software sollte das Bild auf einen Maßstab von 1:1 skaliert werden. Das erleichtert das Nachzeichnen. Die meisten CAD-Programme bieten entsprechende Werkzeuge. In Autodesk Fusion gibt es beispielsweise die Option, nach dem Einfügen einer Vorlage zu kalibrieren.

Importieren Sie das beste Bild in die CAD-Software Ihrer Wahl. Erhöhen Sie gegebenenfalls die Transparenz des Bildes, um besser zeichnen zu können. Zeichnen Sie die Formen und Merkmale sorgfältig nach. Falls das Foto nicht ganz stimmt, können Sie die Maße auch direkt abnehmen und eingeben. Die Vorlage muss nicht exakt übereinstimmen – reale Maße sind entscheidend.

Finale Kontrolle

Sobald das Bauteil digitalisiert ist, empfehlen wir, die erstellte Form auszudrucken und die Passform nochmal zu prüfen. Dies dauert nur wenige Minuten und Fehler lassen sich jetzt viel leichter korrigieren als nach dem Zuschnitt aus Metall. Viele unserer Kunden mit eigenen kleinen Lasercuttern schneiden die digitale Datei sogar im Karton oder in einem anderen günstigen Material wie MDF oder Sperrholz aus.

Passt alles, kann es losgehen.

Für unser Beispielprojekt haben wir 5052 Aluminium und eine schwarze Strukturbeschichtung Pulverbeschichtung gewählt.

Typische Fehlerquellen

Beim Erstellen von Prototypen gibt es einige Stolpersteine. Mit etwas Vorausplanung lassen sich viele Probleme vermeiden.

• Biegeradius – Jedes Material und Werkzeug erzeugt beim Biegen eine individuelle Geometrie. Karton lässt sich anders biegen als 3 mm Stahl, das ist klar. Es gibt aber zahlreiche Hilfsmittel, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Viele CAD-Programme bieten Blechfunktionen, die die Berechnungen übernehmen. Auch bei SendCutSend sind alle Materialeigenschaften wie Biegeradius, K-Faktor, Mindestlänge der Flansche etc. angegeben. Wer lieber manuell rechnet, kann unseren Biege-Rechner nutzen.

• Flexibilität – Karton ist flexibler als die meisten Bleche, je nach Dicke. Es ist leicht, ein Kartonmodell etwas zu biegen, damit es passt. Ein Bauteil aus 6 mm Stahlblech lässt sich aber nicht so einfach anpassen und passt dann unter Umständen nicht. Achten Sie beim Anpassen Ihrer Vorlage darauf, diese dort eben zu lassen, wo das spätere Teil ebenfalls flach sein muss.
• Materialstärke – Karton gibt es in unterschiedlichen Dicken – ebenso wie die Endwerkstoffe. Es ist wichtig, die Abweichung zwischen der Kartonstärke und dem späteren Material zu berücksichtigen.

Cardboard Aided Design!

Mit einem günstigen Material wie Karton einen Prototypen oder eine Schablone zu bauen, ist eine hervorragende Methode, um die Passform komplexer Designs abzustimmen. Ebenso eignet sich Karton ideal, um digitale Entwürfe vor dem Zuschnitt zu testen. Wir hoffen, dieser Artikel konnte Ihnen hilfreiche Tipps für einen möglichst reibungslosen Ablauf geben.