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Aprender todo sobre la creación rápida de prototipos
Prototipos Rápidos (RP) es un término relativamente nuevo que simplemente explica el proceso de creación rápida de prototipos utilizando procesos de fabricación avanzados, intentando evaluar visual y funcionalmente el diseño de nuevos productos y optimizar continuamente el diseño. Los ingenieros o diseñadores transforman grandes ideas en modelos conceptuales realistas que simulan la apariencia y el estilo de trabajo del producto final, y se someten a una serie de validaciones antes de pasar a la producción en masa. Un prototipo es la versión original del producto final, que se utiliza para evaluar el diseño, las técnicas de prueba, analizar los principios de funcionamiento del producto, ajustar el diseño, los materiales, las dimensiones, la forma, el ensamblaje, el color, la capacidad de fabricación y la resistencia, y evitar oportunamente el potencial. peligros y mejorar la calidad del producto final. Este artículo explora siete métodos de creación de prototipos actualmente populares y compara las características de los materiales de las piezas fabricadas mediante varios procesos. Además, se resumen los factores clave que se deben considerar en varios procesos de fabricación. El propósito 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: SLA es el método de fabricación aditiva más antiguo, popular y rentable, y es el primer método de impresión 3D aplicado al comercio. Es un proceso en el que se usa un láser ultravioleta controlado por computadora para curar capa por capa de resina de polímero fotosensible líquida y se repite el proceso para fabricar piezas. Las secciones transversales capa por capa se derivan de archivos de diseño CAD (formato .stl). Vale la pena señalar que los archivos CAD en formato .stl se han convertido en el lenguaje de programación predeterminado para la mayoría de las impresoras 3D.
Ventajas: En comparación con otros procesos aditivos, SLA puede producir prototipos y piezas de alta calidad con formas geométricas complejas. SLA es rápido, de bajo costo y las piezas fabricadas tienen un excelente acabado superficial y un detalle óptimo, manteniendo estrictas tolerancias. Existen múltiples bibliotecas de materiales seleccionables, como propiedades ópticas, mecánicas y térmicas, para adaptarse a los termoplásticos estándar, de ingeniería e industriales. Los prototipos SLA se utilizan normalmente para la fabricación de prototipos médicos, también para modelos maestros de fundición al vacío.
Desventajas: Los prototipos de fabricación SLA a menudo tienen 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: SLS es una tecnología de impresión 3D para la fabricación de prototipos de metal y plástico. Es un proceso de creación de prototipos capa por capa utilizando materiales en polvo de sinterización y calentamiento por láser de alta potencia controlados por computadora, como nailon o polvos elásticos de TPU similares a los plásticos de grado de ingeniería. 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, puede fabricar piezas con formas geométricas complejas, incluidas características internas, muescas, paredes delgadas, etc., como piezas con estructuras reticulares internas que son difíciles de lograr mediante el mecanizado CNC.
Ventajas: En comparación con SLA, las piezas SLS son más precisas y duraderas, y son adecuadas para algunas pruebas funcionales.
Desventajas: La superficie de las piezas SLS tiene 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 fabricar prototipos metálicos y piezas de uso final, soldando polvo capa por capa hasta completar la pieza. Las piezas DMLS se pueden fabricar con la mayoría de los materiales de aleación y, por supuesto, se pueden seleccionar los mismos materiales que las piezas finales para producir prototipos funcionales y de resistencia completa.
Ventajas: DMLS puede fabricar prototipos de metal (típicamente con una densidad del 97 %) para pruebas funcionales y puede fabricar características internas o canales que no se pueden lograr con los procesos tradicionales. Las propiedades mecánicas de las piezas DMLS son básicamente consistentes con las de las piezas de fabricación tradicional.
Desventajas: La superficie de las piezas DMLS es áspera y requiere un costoso tratamiento posterior. Si se utiliza DMLS para fabricar múltiples piezas de metal, el costo puede ser alto.
FDM
MDF: En el proceso de moldeo por deposición de fusión (FDM), los materiales termoplásticos (como ABS, policarbonato o mezcla de ABS/policarbonato) se funden en una boquilla calentada por la impresora, y luego la boquilla se mueve a lo largo de una ruta establecida, depositando material de resina licuada. capa por capa, creando un prototipo de abajo hacia arriba.
Ventajas: FDM puede elegir entre materiales termoplásticos genuinos, produciendo componentes de bajo costo y robustos, y capaces de realizar algunas pruebas funcionales. Por supuesto, este proceso también puede producir piezas con estructuras complejas. La tecnología FDM es fácil de usar, se adapta a diferentes tipos y colores de plástico en la fabricación de una sola pieza y es lo suficientemente segura, limpia y libre de contaminación.
Desventajas: Las piezas FDM a menudo tienen algunos orificios, resistencia desigual, acabado superficial deficiente y marcas de ondulación obvias. En comparación con SLA o SLS, FDM no es eficiente.
SLM
SLMS: SLM es una tecnología que utiliza láseres de alta potencia para fundir y fusionar polvos metálicos para producir prototipos o piezas. Los polvos metálicos comunes incluyen titanio, acero inoxidable, aluminio y aleaciones de cromo cobalto, que se pueden usar para fabricar piezas metálicas de precisión con alta resistencia, durabilidad y complejidad.
Ventajas: Las piezas de precisión fabricadas por SLM son ampliamente utilizadas en industrias como la aeroespacial, automotriz, Defensa nacional y tratamiento médico.
Desventajas: Las piezas o prototipos fabricados con SLM pueden ser costosos y deben ser controlados por un maquinista calificado.
POLIJET
POLIJET: PolyJet utiliza un cabezal de impresión para rociar resina de polímero fotosensible capa por capa y utiliza materiales curables con UV para construir prototipos o piezas. La capa de resina rociada por este proceso puede ser muy delgada y puede producir piezas con superficies lisas. Los cabezales de impresión se pueden rociar con diferentes materiales, lo que permite la construcción de prototipos de múltiples materiales.
Ventajas: Polyjet es asequible y se puede utilizar para fabricar piezas flexibles con estructuras complejas, así como para fabricar 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 volverse amarillas después de una exposición prolongada a la luz.
Mecanizado CNC: Los cortadores giran a lo largo de una ruta establecida para cortar bloques sólidos (o barras) de plástico o metal, eliminando el exceso de material para producir piezas o prototipos, que es un proceso de reducción de material. En comparación con los aditivos, las piezas mecanizadas por CNC tienen una resistencia y un acabado superficial excelentes, y son relativamente completas. La gama de materiales seleccionados es muy amplia, con miles de tipos, que pueden 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 son adecuadas para el montaje y las pruebas funcionales.
Ventajas: Las piezas CNC tienen un buen acabado superficial y tolerancias estrictas, y se puede seleccionar una variedad de termoplásticos y metales de grado de ingeniería. En comparación con la impresión 3D, los prototipos se pueden entregar en 24 horas, según la complejidad de la pieza.
Desventajas: Para algunas piezas complejas, el mecanizado CNC puede tener algunas limitaciones. Por ejemplo, es muy difícil mecanizar piezas huecas de paredes delgadas y, a veces, es necesario voltear y fijar la pieza de trabajo con fijaciones personalizadas. Por lo tanto, para mecanizar piezas con formas geométricas complejas, el costo del mecanizado CNC es relativamente alto.
Fundición al vacío: Estrictamente hablando, la fundición al vacío es un proceso para fabricar pequeños lotes de piezas. El proceso de desespumado, mezclado, precalentamiento y moldeado del material de poliuretano vertido en condiciones de vacío, y la realización de un proceso de moldeado de curado secundario de 2 a 3 horas en una caja de temperatura constante a 60 ℃ – 80 ℃.
Ventajas: La réplica hecha por fundición al vacío puede alcanzar la resistencia y dureza de las materias primas como el ABS, y también puede equiparse con colores según los requisitos. El proceso de réplica al vacío puede producir pequeños lotes de piezas de plástico con estructuras complejas y espesor de pared uniforme que pueden cumplir con ciertas funciones y apariencias.
Desventajas: Cada molde puede producir hasta 25 copias (dependiendo de la complejidad del molde y el material de fundición); Si las piezas requieren alta calidad (como estructuras transparentes o complejas), solo se pueden hacer 12 o incluso 10 réplicas de un 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.