Manufactura Digital

La guía definitiva para la creación rápida de prototipos para el desarrollo de productos

May 28, 2018

 

El prototipado es una parte crucial del proceso de diseño de ingeniería, pero tradicionalmente ha sido un cuello de botella.

Los diseñadores e ingenieros de productos crearían modelos de prueba de concepto provisionales con herramientas básicas, pero la producción de prototipos funcionales a menudo requería los mismos procesos que los productos finales. Los métodos tradicionales de fabricación, como el moldeo por inyección o el CNC, requieren herramientas y configuraciones costosas, lo que hace que los prototipos personalizados de bajo volumen sean prohibitivamente caros.

El prototipado rápido ayuda a las empresas a convertir las ideas en pruebas de concepto realistas, avanza estos conceptos a prototipos de alta fidelidad que se ven y funcionan como productos finales, y guía los productos a través de una serie de etapas de validación hacia la producción en masa.

Con el prototipado rápido, los diseñadores e ingenieros pueden crear prototipos directamente a partir de datos CAD más rápido que nunca, y ejecutar revisiones rápidas y frecuentes de sus diseños en base a pruebas y comentarios del mundo real.

En esta guía, aprenderá cómo los prototipos rápidos encajan en el proceso de diseño del producto, sus aplicaciones y qué herramientas de creación rápida de prototipos están disponibles para los equipos de diseño de productos actuales.

¿Qué es el Prototipado Rápido?

El prototipado rápido es el conjunto de técnicas utilizadas para fabricar rápidamente un modelo a escala de una pieza física o conjunto utilizando datos tridimensionales de diseño asistido por computadora (CAD). Debido a que estas partes o ensambles generalmente se construyen usando técnicas de aditivos en oposición a los métodos sustractivos tradicionales, la frase se ha convertido en sinónimo de fabricación aditiva e impresión 3D.

La fabricación aditiva es una combinación natural para la creación de prototipos. Proporciona libertad de forma casi ilimitada, no requiere herramientas, y puede producir piezas con propiedades que combinan estrechamente varios materiales fabricados con métodos de fabricación tradicionales. Las tecnologías de impresión 3D han existido desde la década de 1980, pero su alto costo y complejidad, en su mayoría, limitaron su uso a grandes corporaciones, o forzaron a empresas más pequeñas a externalizar la producción a servicios especializados, esperando semanas entre repeticiones.

El advenimiento de la impresión 3D de sobremesa y sobremesa ha cambiado este status quo e inspirado una oleada de adopción que no muestra signos de detenerse. Con la impresión 3D interna, los ingenieros y diseñadores pueden iterar rápidamente entre diseños digitales y prototipos físicos. Ahora es posible crear prototipos en un día y realizar iteraciones rápidas de diseño, tamaño, forma o ensamblaje en función de los resultados de las pruebas y análisis de la vida real. En definitiva, el prototipado rápido ayuda a las empresas a obtener mejores productos para comercializar más rápido que su competencia.

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¿Por qué los prototipos rápidos?

La creación rápida de prototipos eleva las ideas iniciales a exploraciones de conceptos de bajo riesgo que parecen ser productos reales en muy poco tiempo. Permite a los diseñadores ir más allá de la visualización virtual, facilitando la comprensión del aspecto y la sensación del diseño, y comparar conceptos uno al lado del otro.

Comunica ideas de manera efectiva

Los modelos físicos permiten a los diseñadores compartir sus conceptos con colegas, clientes y colaboradores para transmitir ideas de maneras que no son posibles simplemente visualizando diseños en la pantalla. El prototipado rápido facilita la retroalimentación clara y procesable que es esencial para que los creadores refinen y mejoren sus diseños.

Diseñar cambios de forma iterativa e instantánea

El diseño siempre es un proceso iterativo que requiere múltiples rondas de pruebas, evaluación y refinamiento antes de llegar a un producto final. El prototipado rápido con impresión 3D proporciona la flexibilidad para crear prototipos más realistas más rápidamente e implementar cambios al instante, elevando este crucial proceso de prueba y error.

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Un buen modelo es un ciclo de diseño de 24 horas: diseño durante el trabajo, impresión en 3D durante la noche, limpieza y prueba al día siguiente, ajuste el diseño y luego repita.

Ahorre tiempo y costo

Con la impresión 3D, no hay necesidad de costosas herramientas y configuración; el mismo equipo se puede usar para producir diferentes geometrías. El prototipado interno elimina los altos costos y el tiempo de entrega asociados con el outsourcing.

Pruebe minuciosamente y minimice los defectos de diseño

En el diseño y la fabricación de productos, encontrar y corregir defectos de diseño anticipadamente puede ayudar a las empresas a evitar costosas revisiones de diseño y cambios de herramientas en el futuro.

El prototipado rápido permite a los ingenieros probar minuciosamente prototipos que se ven y funcionan como productos finales, reduciendo los riesgos de usabilidad y problemas de fabricación antes de pasar a la producción.

Aplicaciones de Prototipado Rápido

Gracias a una variedad de tecnologías y materiales disponibles, el prototipado rápido con impresión 3D apoya a los diseñadores e ingenieros en el desarrollo de productos, desde los modelos conceptuales iniciales hasta la ingeniería, la validación y la producción.

Modelos conceptuales

Los modelos conceptuales o prototipos de prueba de concepto (POC) ayudan a los diseñadores de productos a validar ideas y suposiciones y a probar la viabilidad de un producto. Los modelos de conceptos físicos pueden demostrar una idea a los interesados, crear un debate e impulsar la aceptación o el rechazo mediante exploraciones de conceptos de bajo riesgo.

 

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La clave del modelado de conceptos exitoso es la velocidad; los diseñadores deben generar una gran cantidad de ideas, antes de construir y evaluar modelos físicos. En esta etapa, la usabilidad y la calidad son menos importantes y los equipos confían en las piezas disponibles en la medida de lo posible.

Las impresoras 3D son herramientas ideales para apoyar el modelado de conceptos. Proporcionan un tiempo de respuesta inigualable para convertir un archivo de computadora en un prototipo físico, lo que permite a los diseñadores probar más conceptos, más rápido. A diferencia de la mayoría de las herramientas de fabricación y talleres, las impresoras 3D de escritorio son amigables para la oficina, lo que evita la necesidad de un espacio dedicado.

Prototipos Funcionales

A medida que el producto avanza hacia las etapas posteriores, los detalles se vuelven cada vez más importantes. La impresión 3D permite a los ingenieros crear prototipos de alta fidelidad que representen con precisión el producto final. Esto hace que sea más fácil verificar el diseño, ajuste, función y capacidad de fabricación antes de invertir en costosas herramientas y pasar a la producción, cuando el tiempo y el costo para hacer el cambio se vuelven cada vez más prohibitivos.

 

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Los materiales de impresión 3D avanzados pueden coincidir estrechamente con el aspecto, el tacto y las características del material de las piezas producidas con procesos de fabricación tradicionales, como el moldeo por inyección. Diversos materiales pueden simular piezas con detalles finos y texturas, superficies lisas y de baja fricción, carcasas rígidas y robustas, o componentes suaves al tacto y transparentes. Las piezas impresas en 3D pueden terminarse con procesos secundarios, como lijado, pulido, pintura o galvanoplastia, para replicar cualquier atributo visual de una pieza final, y también se pueden mecanizar para crear conjuntos a partir de múltiples piezas y materiales.

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Los prototipos de ingeniería requieren pruebas funcionales exhaustivas para ver cómo funcionará una pieza o conjunto cuando se someta a tensiones y condiciones de uso en el campo. La impresión 3D ofrece plásticos de ingeniería para prototipos de alto rendimiento que pueden soportar el estrés térmico, químico y mecánico. La tecnología también proporciona una solución eficiente para crear accesorios de prueba personalizados para simplificar las pruebas funcionales y la certificación mediante la recopilación de datos consistentes.

Preproducción y fabricación

Tener un gran prototipo es solo la mitad de la batalla; un diseño tiene que ser fabricado repetida y económicamente para convertirse en un producto final exitoso. El diseño para fabricación (DFM) equilibra la estética y la funcionalidad del diseño al tiempo que mantiene los requisitos del producto final. DFM facilita el proceso de fabricación para reducir los costos de fabricación y mantener el costo por pieza por debajo del nivel requerido.

 

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El prototipado rápido permite a los ingenieros crear corridas de lotes pequeños, soluciones personalizadas únicas y subconjuntos para construcciones de validación de ingeniería y diseño (EVT y DVT) para probar la capacidad de fabricación.

La impresión 3D hace que sea más fácil probar las tolerancias con el proceso de fabricación real en mente, y realizar pruebas exhaustivas internas y de campo antes de pasar a la producción en masa. Las piezas impresas en 3D también admiten producción, con herramientas de creación de prototipos, moldes, plantillas y accesorios para la línea de producción.

 

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Con la impresión en 3D, el diseño no tiene que terminar cuando comienza la producción. Las herramientas de prototipado rápido permiten a los diseñadores e ingenieros mejorar continuamente los productos y responder de manera rápida y efectiva a los problemas en la línea con plantillas y accesorios que mejoran los procesos de ensamblaje o control de calidad.

Desde las pruebas de tamaño y ajuste hasta la combinación de creación de prototipos y producción: descubra cómo las empresas exitosas aprovechan la creación rápida de prototipos en el desarrollo de productos.

Herramientas rápidas de creación de prototipos

Existen muchas técnicas de prototipado rápido, y la elección entre las diversas soluciones puede ser difícil. ¿Está interesado en descubrir qué herramienta de prototipado rápido es más adecuada para su aplicación particular?


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