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Aprender todo sobre la creación rápida de prototipos
El prototipado rápido (PR) es un término relativamente nuevo que describe el proceso de creación rápida de prototipos mediante procesos de fabricación avanzados, con el objetivo de evaluar visual y funcionalmente el diseño de nuevos productos y optimizarlo continuamente. Ingenieros y diseñadores transforman ideas innovadoras en modelos conceptuales realistas que simulan la apariencia y el funcionamiento del producto final, y que se someten a una serie de validaciones antes de la producción en masa. Un prototipo es la versión original del producto final, utilizada para evaluar el diseño, probar técnicas, analizar los principios de funcionamiento, ajustar el diseño, los materiales, las dimensiones, la forma, el ensamblaje, el color, la facilidad de fabricación y la resistencia, prevenir posibles problemas y mejorar la calidad del producto final. Este artículo explora siete métodos de prototipado populares y compara las características de los materiales de las piezas fabricadas mediante diversos procesos. Además, se resumen los factores clave que deben considerarse en los distintos procesos de fabricación. El objetivo es ayudar a los diseñadores a elegir el mejor proceso de fabricación de prototipos.
Definición de prototipo rápido
La creación rápida de prototipos es el proceso de producir modelos lo más rápido posible para simular el producto final. Hay docenas de métodos de fabricación que pueden hacer prototipos, el más impresionante de los cuales es la fabricación aditiva, es decir, la impresión 3D. Sin embargo, el mecanizado CNC de fabricación sustractiva tradicional también puede producir prototipos de alta calidad. La impresión 3D y la creación rápida de prototipos encajan perfectamente, lo que permite la fabricación de piezas con formas geométricas casi ilimitadas, requiriendo solo una impresora y ninguna otra herramienta. La impresión 3D puede producir piezas con propiedades mecánicas muy similares a varios materiales fabricados con métodos de fabricación tradicionales.
7 tipos de procesos de fabricación de prototipos
Proceso | Llamado | DESCRIPCIÓN | ACABADO | MATERIALES DE EJEMPLO |
Estereolitografía | SLA | Polímeros fotosensibles curados con láser | El rango típico de las capas de aditivos es de 0.002 a 0.006 pulgadas (0.051 a 0.152 mm) | Como termoplástico |
Sinterización por láser selectiva | SLS | Polvo sinterizado por láser | Las capas típicas de aditivos son de alrededor de 0.004 pulgadas (0.102 mm) | Como nailon y TPU. |
Sinterización directa por láser de metales | DMLS | Polvos de metal sinterizado por láser | El rango típico de las capas de aditivos es de 0.0008 a 0.0012 pulgadas (0.020 a 0.030 mm) | Como materiales metálicos de aleación de acero inoxidable, titanio, cromo, aluminio y cromo níquel hierro |
Modelado por deposición fundida | FDM | Extrusiones fusionadas | El rango típico de las capas de aditivos es de 0.005 a 0.013 pulgadas (0.127 a 0.330 mm) | Como ABS, PC, PC/ABS, PPSU y otros plásticos |
PoliJet | PJET | Polímeros fotosensibles a chorro curados con UV | El rango típico de las capas de aditivos es de 0.0006 a 0.0012 pulgadas (0.015 a 0.030 mm) | Como PMMA, polímero fotosensible elástico |
Mecanizado CNC | CNC | Utilice fresadoras y tornos CNC para eliminar el exceso de material | Eliminar el exceso de material (liso) | La mayoría de los plásticos y metales de ingeniería tienen cientos de materiales |
Fundición al vacío | VC | Usa moldes de silicona para hacer réplicas de piezas de plástico. | Liso o con textura seleccionada | Termoplástico de ingeniería |
Ventajas y desventajas de los diferentes métodos de fabricación.
SLA
SLA : La estereolitografía (SLA) es el método de fabricación aditiva más antiguo, popular y rentable, y fue el primer método de impresión 3D aplicado comercialmente. Consiste en utilizar un láser ultravioleta controlado por ordenador para curar una resina polimérica fotosensible líquida capa a capa, repitiendo el proceso para fabricar las piezas. Las secciones transversales capa a capa se obtienen a partir de archivos de diseño CAD (.stl). Cabe destacar que los archivos CAD en formato .stl se han convertido en el lenguaje informático predeterminado para la mayoría de las impresoras 3D.
Ventajas: En comparación con otros procesos aditivos, la estereolitografía (SLA) permite producir prototipos y piezas de alta calidad con formas geométricas complejas. La SLA es rápida, económica y las piezas fabricadas presentan un excelente acabado superficial y un nivel de detalle óptimo, manteniendo tolerancias estrictas. Dispone de múltiples bibliotecas de materiales seleccionables, con propiedades ópticas, mecánicas y térmicas, compatibles con termoplásticos estándar, de ingeniería e industriales. Los prototipos SLA se utilizan habitualmente para la fabricación de prototipos médicos y también para la creación de modelos maestros para moldeo al vacío.
Desventajas: Los prototipos fabricados mediante SLA suelen tener una resistencia insuficiente y no son adecuados para realizar pruebas en situaciones extremas. Además, los rayos ultravioleta se debilitan con el tiempo en ambientes húmedos.
SLS
SLS: La tecnología de impresión 3D SLS se utiliza para fabricar prototipos de metal y plástico. Consiste en la creación de prototipos capa a capa mediante calentamiento láser de alta potencia controlado por ordenador y la sinterización de materiales en polvo, como nailon o TPU elástico, similares a los plásticos de grado técnico. La tecnología SLS se remonta a la década de 1980 y fue patentada por Carl Deckard. Al igual que muchos otros procesos de impresión 3D, permite fabricar piezas con formas geométricas complejas, incluyendo características internas, socavados, paredes delgadas, etc., como piezas con estructuras reticulares internas difíciles de lograr mediante mecanizado CNC.
Ventajas: En comparación con la tecnología SLA, las piezas fabricadas mediante SLS son más precisas y duraderas, y resultan adecuadas para algunas pruebas funcionales.
Desventajas: La superficie de las piezas fabricadas mediante SLS presenta una textura granular o arenosa, carece de detalles finos y es muy rugosa. Se requiere un procesamiento secundario para lograr resultados estéticos, y los materiales disponibles son limitados.
DMLS
DMLS: DMLS es una tecnología de impresión 3D para la fabricación de prototipos metálicos y piezas finales, mediante la soldadura de polvo capa a capa hasta completar la pieza. Las piezas DMLS pueden fabricarse con la mayoría de las aleaciones y, por supuesto, se pueden seleccionar los mismos materiales que para las piezas finales, a fin de producir prototipos totalmente resistentes y funcionales.
Ventajas: La tecnología DMLS permite fabricar prototipos metálicos (con una densidad típica del 97 %) para pruebas funcionales, así como crear características o canales internos que no se pueden lograr con procesos tradicionales. Las propiedades mecánicas de las piezas fabricadas mediante DMLS son prácticamente idénticas a las de las piezas fabricadas con métodos tradicionales.
Desventajas: La superficie de las piezas fabricadas mediante DMLS es rugosa y requiere un costoso postratamiento. Si se utiliza DMLS para fabricar varias piezas metálicas, el coste puede ser elevado.
FDM
FDM: En el proceso de moldeo por deposición fundida (FDM), los materiales termoplásticos (como ABS, policarbonato o una mezcla de ABS/policarbonato) se funden en una boquilla calentada por la impresora, y luego la boquilla se mueve a lo largo de una trayectoria predefinida, depositando el material de resina líquida capa por capa, creando un prototipo de abajo hacia arriba.
Ventajas: La tecnología FDM permite utilizar materiales termoplásticos de alta calidad, produciendo componentes económicos y robustos, capaces de realizar pruebas funcionales. Además, este proceso permite fabricar piezas con estructuras complejas. La tecnología FDM es fácil de usar, admite diferentes tipos y colores de plástico en la fabricación de una misma pieza y es segura, limpia y respetuosa con el medio ambiente.
Desventajas: Las piezas fabricadas con FDM suelen presentar poros, resistencia irregular, un acabado superficial deficiente y ondulaciones evidentes. En comparación con SLA o SLS, FDM no es eficiente.
SLM
SLM: La tecnología SLM utiliza láseres de alta potencia para fundir y fusionar polvos metálicos y producir prototipos o piezas. Entre los polvos metálicos más comunes se encuentran el titanio, el acero inoxidable, el aluminio y las aleaciones de cobalto-cromo, que permiten fabricar piezas metálicas de precisión con alta resistencia, durabilidad y complejidad.
Ventajas: Las piezas de precisión fabricadas mediante SLM se utilizan ampliamente en industrias como la aeroespacial, la automotriz, la de defensa nacional y la médica.
Desventajas : Las piezas o prototipos fabricados mediante SLM pueden ser costosos y requieren la supervisión de un maquinista experto.
POLIJET
POLYJET: PolyJet utiliza un cabezal de impresión para pulverizar resina polimérica fotosensible capa a capa, y emplea materiales curables por UV para la fabricación de prototipos o piezas. La capa de resina pulverizada mediante este proceso puede ser muy fina, lo que permite obtener piezas con superficies lisas. Los cabezales de impresión pueden utilizarse con diferentes materiales, lo que posibilita la construcción de prototipos multimateriales.
Ventajas: Polyjet es asequible y se puede utilizar para fabricar piezas flexibles con estructuras complejas, así como para crear prototipos de piezas moldeadas envueltas utilizando materiales flexibles y rígidos.
Desventajas: Las piezas de Polyjet no son lo suficientemente resistentes para las pruebas funcionales y pueden amarillear tras una exposición prolongada a la luz.
Mecanizado CNC: Las fresas giran siguiendo una trayectoria predefinida para cortar bloques (o barras) sólidos de plástico o metal, eliminando el material sobrante para producir piezas o prototipos. Este es un proceso de reducción de material. En comparación con la fabricación aditiva, las piezas mecanizadas por CNC presentan una excelente resistencia y acabado superficial, además de ser relativamente completas. La gama de materiales disponibles es muy amplia, con miles de tipos, lo que permite producir piezas CNC con múltiples funciones, como resistencia a la tracción, resistencia al impacto, temperatura de deformación térmica, resistencia química y biocompatibilidad. Las buenas tolerancias facilitan el montaje y las pruebas funcionales.
Ventajas: Las piezas mecanizadas por CNC presentan un buen acabado superficial y tolerancias estrictas, y se puede seleccionar entre una variedad de termoplásticos y metales de grado técnico. En comparación con la impresión 3D, los prototipos se pueden entregar en 24 horas, dependiendo de la complejidad de la pieza.
Desventajas: Para algunas piezas complejas, el mecanizado CNC puede presentar ciertas limitaciones. Por ejemplo, es muy difícil mecanizar piezas huecas de paredes delgadas, y en ocasiones es necesario voltear la pieza y fijarla con dispositivos de sujeción personalizados. Por lo tanto, para el mecanizado de piezas con formas geométricas complejas, el coste del mecanizado CNC es relativamente elevado.
Fundición al vacío: En rigor, la fundición al vacío es un proceso para fabricar lotes pequeños de piezas. Consiste en desespumar, mezclar, precalentar y moldear el material de poliuretano vertido en condiciones de vacío, seguido de un proceso de curado secundario de 2 a 3 horas en una cámara de temperatura constante de 60 ℃ a 80 ℃.
Ventajas: La réplica fabricada mediante moldeo al vacío alcanza la resistencia y dureza de materias primas como el ABS, y además puede personalizarse con colores según las necesidades. Este proceso permite producir lotes pequeños de piezas de plástico con estructuras complejas y espesor de pared uniforme, que cumplen con las funciones y el aspecto deseados.
Desventajas: Cada molde puede producir hasta 25 copias (dependiendo de la complejidad del molde y del material de fundición); si las piezas requieren alta calidad (como estructuras transparentes o complejas), solo se pueden fabricar 12 o incluso 10 réplicas con un solo molde.
¿Cuánto cuesta la creación rápida de prototipos?
Esta pregunta es difícil de responder. La creación rápida de prototipos depende de una variedad de factores diferentes, con diferencias significativas en los costos. Por ejemplo, si la información como la tecnología de procesamiento, el tamaño, la cantidad, el acabado de la superficie, la cantidad, el material y el tratamiento de la superficie es incierta, es difícil evaluar cuánto costará fabricar un prototipo, que puede oscilar entre decenas de dólares y miles de dólares. Si completó el diseño de un proyecto de prototipo, no dude en comunicarse con DDPROTOTYPE, uno de los principales fabricantes de prototipos rápidos en China, para brindarle una cotización gratuita y sugerencias constructivas y soluciones factibles para su diseño de forma gratuita.
