¿Cuál es el prototipo y su función?? ¿Cuántas formas hay de hacer un prototipo??
La creación de prototipos es una parte esencial del proceso de desarrollo de productos.; sin embargo, muchas veces ha sido un obstáculo. La creación rápida de prototipos es un proceso utilizado para fabricar plástico., metal, o artículos de cerámica. También conocido por su nombre en inglés como “tecnología aditiva o tecnología sustractiva “, Dado que el proceso de fabricación de la impresión 3D consiste en agregar material capa por capa.. Y mecanizado CNC (torneado y fresado) es una capa por capa de tecnología sustractiva.
Los diseñadores e ingenieros de productos crearon modelos improvisados de prueba de concepto utilizando herramientas básicas., pero la creación de prototipos funcionales y la creación de piezas de calidad a menudo requerían los mismos procesos que los productos finales.. Procesos de fabricación tradicionales., como el moldeo por inyección, requieren herramientas y configuración costosas, Lo cual es prohibitivamente caro para la aduana., creación de prototipos de bajo volumen.
En algunos casos con propiedades físicas similares a las que se producirían mediante métodos convencionales., como moldeo por inyección y extrusión, o moldeado por soplado. de esta forma se evita fabricar costosos moldes para realizar un prototipo que podría cambiar su forma. Inicialmente, La creación rápida de prototipos solo se utilizó para la creación de prototipos..
La creación rápida de prototipos ayuda a las empresas a convertir ideas en pruebas de concepto realistas. transform these concepts into high-fidelity prototypes that have the same look and feel as the final products and take the products through a series of validation stages to chain production.
With rapid prototyping, designers and engineers can prototype directly from computer-aided design (CANALLA) data faster than ever before, and carry out fast and frequent reviews of their designs based on actual testing and feedback. .
In this guide, you will discover how rapid prototyping can be integrated into the product development process, what its applications are, and what rapid prototyping tools are currently available to product development teams.
What is rapid prototyping?
La creación rápida de prototipos es el conjunto de técnicas utilizadas para fabricar rápidamente un modelo a escala de una pieza o un conjunto físico de piezas a partir de un diseño tridimensional asistido por computadora. (CANALLA) datos. Dado que estas piezas o conjuntos suelen construirse mediante técnicas de fabricación aditiva, en lugar de los métodos sustractivos tradicionales, El concepto se ha vinculado estrechamente a la fabricación aditiva y la impresión 3D..
La fabricación aditiva es perfecta para la creación rápida de prototipos. Ofrece libertad casi ilimitada en la forma., no requiere herramientas, y puede producir piezas con propiedades mecánicas muy similares a las de diversos materiales fabricados con métodos de fabricación tradicionales.. 3Las tecnologías de impresión D existen desde la década de 1980., pero en la mayoría de los casos, su alto costo y complejidad limitaron su uso a grandes empresas o obligaron a las más pequeñas a subcontratar la producción a servicios especializados y a esperar semanas entre cada iteración..
Con impresión 3D, Los ingenieros y diseñadores pueden iterar rápidamente entre diseños digitales y prototipos físicos y llegar a la producción más rápidamente..
La llegada de la impresión 3D de escritorio y laboral ha cambiado esta situación y propiciado un aumento en la adopción de esta tecnología que no da señales de detenerse. Con impresión 3D in situ, Los ingenieros y diseñadores pueden iterar rápidamente entre diseños digitales y prototipos físicos.. Ahora es posible crear prototipos en un día y realizar múltiples diseños., tamaño, forma, o iteraciones de ensamblaje basadas en resultados reales de pruebas y análisis.. Al final, El rápido proceso de creación de prototipos ayuda a las empresas a comercializar mejores productos más rápido que la competencia..
Ventajas de la creación rápida de prototipos
Crea y explora conceptos más rápido
La creación rápida de prototipos convierte las ideas iniciales en exploraciones de conceptos de bajo riesgo con la aparición de productos reales en poco tiempo.. Permite a los diseñadores ir más allá de la visualización virtual y facilita la comprensión de cómo se ve un diseño y cómo se siente., así como comparar conceptos.
Comunica tus ideas de manera efectiva
Los modelos físicos brindan a los diseñadores la posibilidad de compartir sus conceptos con colegas, clientela, y colaboradores para transmitir ideas de maneras que no son posibles simplemente viendo diseños en una pantalla.. La creación rápida de prototipos permite obtener información clara y útil del usuario, que es esencial para que los creadores comprendan las necesidades del usuario y perfeccionen y mejoren sus diseños..
Diseñe de forma iterativa e incorpore cambios al instante
El diseño es siempre un proceso iterativo que requiere varios ciclos de pruebas., evaluación, y refinamiento antes de llegar a un producto final. La creación rápida de prototipos con impresión 3D ofrece la flexibilidad de crear prototipos realistas más rápido e implementar cambios de inmediato., mejorar este proceso crucial de prueba y error.
Un buen modelo es un ciclo de diseño de 24 horas.: diseño en horario comercial, Deje que las piezas del prototipo se impriman en 3D durante la noche y realice ensayos al día siguiente., modificar el diseño, y empezar de nuevo.
Ahorra tiempo y dinero
Con impresión 3D, there is no need to invest in expensive tools and installations. The same equipment can be used to produce different geometries. Rapid on-site prototyping eliminates the high costs and lead times associated with outsourcing.
Perform extensive testing and minimize design flaws
In product design and manufacturing, finding and fixing design flaws in advance can help companies avoid costly design reviews and tooling changes throughout the process.
Rapid prototyping enables engineers to thoroughly test parts that look and function the same as final products, reducing the risk of usability or manufacturability issues before moving to production.
Rapid prototyping applications
Thanks to the various technologies and materials available, La creación rápida de prototipos apoya a los diseñadores e ingenieros durante todo el desarrollo del producto., desde los modelos conceptuales iniciales hasta la ingeniería, pruebas de validación, y producción.
Prototipos de prueba de concepto y modelos de concepto
Los prototipos de modelos conceptuales o de prueba de concepto ayudan a los diseñadores de productos a validar ideas y suposiciones y a probar la viabilidad de un producto.. Los modelos conceptuales físicos sirven para mostrar una idea a los accionistas., fomentar la discusión, e influir en la aceptación o el rechazo de la idea a través de exploraciones de conceptos de bajo riesgo..
La creación de prototipos de prueba de concepto se produce en las primeras etapas del proceso de desarrollo del producto., y estos prototipos presentan la funcionalidad mínima necesaria para validar las suposiciones antes de pasar el producto a las siguientes etapas de desarrollo..
La clave para un modelado conceptual exitoso es la velocidad. Los diseñadores necesitan generar una gran cantidad de ideas antes de construir y elaborar modelos físicos.. En esta etapa, la usabilidad y la calidad son menos importantes y los equipos utilizan piezas comerciales tanto como pueden.
3Las impresoras D son herramientas ideales para realizar modelos conceptuales. Su plazo de entrega para convertir un archivo informático en un prototipo físico es inmejorable., permitiendo a los diseñadores probar más conceptos más rápidamente. A diferencia de la mayoría de herramientas de taller y fabricación., Las impresoras 3D de escritorio están diseñadas para oficinas., eliminando la necesidad de espacio de oficina dedicado.
Prototipos funcionales
Paralelo al proceso de diseño industrial, Los equipos de ingeniería trabajan en otra serie de prototipos para probar., iterar, y refinar la mecánica, eléctrico, y sistemas térmicos que componen el producto. Estos prototipos funcionales pueden verse diferentes al producto final., pero tienen las tecnologías y funciones básicas que deben desarrollarse y probarse.
Muchas veces estas funciones básicas se desarrollan y prueban en subunidades separadas antes de integrarse en un único prototipo de producto.. Este enfoque de subsistema aísla variables, Facilitar a los equipos la división de responsabilidades y garantizar la confiabilidad a un nivel más granular antes de agrupar todos los elementos..
Prototipos de ingeniería
El prototipo de ingeniería es donde el diseño y la ingeniería se unen para crear una versión mínima viable del producto comercial final., que tiene un diseño orientado a la fabricación. Estos prototipos se utilizan para realizar pruebas de usuario en el laboratorio con un grupo selecto de usuarios piloto., to communicate production intent to tooling specialists in the later stages and to serve as a demonstration in early sales meetings.
En esta etapa, details become increasingly important. 3D printing enables engineers to create high-fidelity prototypes that accurately represent the final product. This makes it easy to verify the design, fit, function and manufacturability of the product before investing in expensive tooling and moving into the production phase where the time and cost of making changes becomes increasingly prohibitive.
Advanced 3D printing materials are capable of reproducing the look, feel and material characteristics of parts created using traditional manufacturing processes such as injection molding. Various materials can simulate parts with precise details and textures, smooth, low-friction, soft-touch surfaces, rigid and robust housings, and transparent components. 3D printed parts can be finished with secondary processes such as sanding, pulido, painting or galvanizing to reproduce any visual features of a final part. They can also be combined to create multi-piece and multi-material assemblies.
Engineering prototypes require extensive usability and functional testing to see how a part or assembly performs under the rigors and conditions of actual use. 3D printing offers engineering plastics that are used to make high-performance prototypes capable of withstanding thermal, chemical, and mechanical stress.
Validation and manufacturing tests
Rapid prototyping enables engineers to create small batches, custom point solutions, and sub-assemblies for design, engineering, and product validation testing projects that test prototype manufacturability.
3La impresión D facilita la prueba de tolerancias teniendo en cuenta el proceso de fabricación actual., y llevar a cabo pruebas exhaustivas tanto internamente como en el entorno de uso, antes de pasar a la línea de producción.
Las herramientas impresas rápidamente en 3D también se pueden combinar con procesos de fabricación tradicionales., como el moldeo por inyección, termoformado o moldeado de silicona, mejorar los procesos de producción mejorando su flexibilidad, agilidad, escalabilidad y rentabilidad. La tecnología también proporciona una solución eficiente para crear dispositivos y accesorios de prueba, ya que simplifican las pruebas funcionales y la certificación al recopilar datos útiles..
Con impresión 3D, El diseño no tiene por qué terminar cuando comienza la producción.. Las herramientas de creación rápida de prototipos permiten a los diseñadores e ingenieros mejorar continuamente sus productos y actuar de manera rápida y eficiente para resolver problemas en la cadena con disposiciones de sujeción y fijación que mejoran los procesos de ensamblaje o control de calidad..
MODELADO DE DEPOSICIÓN DE FUNDICIÓN (MDF) | ESTEREOLITOGRÁFÍA (SLA) | SINTERIZACIÓN SELECTIVA POR LÁSER (SLS) | HERRAMIENTAS CNC | |
Volumen de impresión | Arriba a 300 × 300 × 600 mm (impresoras 3D de escritorio y de trabajo) | Arriba a 300 × 335 × 200 mm (impresoras 3D de escritorio y de trabajo) | Arriba a 165 × 165 × 300 mm (impresoras 3D de trabajo industrial) | Depende de la herramienta |
Materiales | Termoplásticos estándar, como ABS, PLA y sus diversas mezclas. | Variedades de resina. (plásticos termoestables). Estándar, resinas de ingeniería (similar al ABS, polipropileno y silicona; flexible, resistente a la temperatura, rígido), para fundición, aplicaciones dentales y médicas (biocompatible). | Termoplásticos de ingeniería, típicamente nailon y sus compuestos (Nylon 12 El polvo es biocompatible y esterilizable.). | Plástica, metales blandos, metales duros (maquinas industriales), madera, acrílico, piedra, vaso, materiales compuestos. |
Aplicaciones | Modelos básicos de prueba de concepto, creación de prototipos de bajo costo para piezas simples. | Prototipos rápidos, prototipos estéticos de alta fidelidad, y prototipos funcionales que requieren tolerancias estrictas y superficies lisas. | Geometrías complejas, prototipos funcionales y prototipos de ingeniería. | Diseños simples, piezas estructurales y componentes metálicos. |
Gama de precios | Las impresoras y equipos de impresión 3D más asequibles empiezan en unos pocos cientos de dólares. Las impresoras de escritorio de gama media y de mayor calidad comienzan en $ 2,000 y los sistemas industriales comienzan en $ 15,000. | Las imprentas profesionales comienzan en $ 3,500 y las impresoras de trabajos de gran formato comienzan en $ 11,000, mientras que las máquinas industriales a gran escala comienzan en $ 80,000. | Los sistemas de trabajo industriales se pueden adquirir en $ 18,500 y las impresoras industriales tradicionales están disponibles en $ 100,000. | Las pequeñas máquinas CNC comienzan aproximadamente $ 2,000, pero las herramientas profesionales superan con creces ese número. Las máquinas de grabado básicas están disponibles por menos de $ 500, mientras que las cortadoras láser de rango medio comienzan en $ 3,500. Las cortadoras por chorro de agua se pueden comprar en todo $ 20,000. |
Mecanizado CNC
Control Numérico Computarizado (CNC) Las herramientas son procesos de fabricación sustractivos., a diferencia de FDM, SLA o SLS. Estos procesos comienzan con plástico sólido., metal, u otros bloques de material, verja, o varillas a las que se les da forma quitándoles material mediante corte, perforación, perforación, y moler.
Las herramientas CNC incluyen mecanizado CNC., que elimina material de la pieza de dos maneras: con una herramienta rotativa y la parte fija (molienda), o girando la pieza con una herramienta fija (torneado). Las cortadoras láser utilizan un láser para grabar o cortar una amplia gama de materiales con gran precisión.. Las cortadoras por chorro de agua utilizan agua mezclada con materiales abrasivos y alta presión para cortar casi cualquier material.. Los tornos y fresadoras CNC pueden tener múltiples ejes., permitiéndoles manejar diseños más complejos. Las cortadoras láser y de chorro de agua son las más adecuadas para piezas planas.
Las herramientas CNC pueden dar forma a piezas de plástico, metales blandos, metales duros (maquinas industriales), madera, acrílico, piedra, vaso, materiales compuestos. Las herramientas CNC son más complicadas de configurar y manejar que las herramientas de fabricación aditiva, aunque algunos materiales y diseños pueden requerir herramientas especiales, manejo, posicionamiento, y procesamiento, haciéndolos costosos para piezas puntuales en comparación con los procesos aditivos.
En creación rápida de prototipos, diseños simples, partes estructurales, componentes metálicos, y otras piezas que no son factibles o rentables de producir con herramientas aditivas son ideales.