Prototipado rápido: Acelerando la innovación para consolas de videojuegos

Sin prototipado rápido, que permite a maquinistas e ingenieros CNC transformar un modelo a escala en un producto físico y tangible, Microsoft podría no estar tan emocionado – ni tan rápido – en presumir su última consola de videojuegos. "Facturada como la consola de juegos más potente jamás creada, ofrecerá juegos nativos en 4K en la sala de estar", según All3DP.

Discutiblemente, el camino al éxito podría haber sido más largo sin la asombrosa innovación del prototipado rápido.

¿Por qué es el prototipado rápido tan crítico para marcas como Microsoft y para innumerables fabricantes más pequeños? ¿Qué significa el prototipado rápido para maquinistas e ingenieros?

Si le pregunta a Tom Chi, el cielo es realmente el límite ya que el prototipado rápido ofrece soluciones rápidas para un futuro más brillante. Las implicaciones del prototipado rápido son potencialmente igual de cambiantes (¿lo pillan?) para emprendedores que para grandes corporaciones como Microsoft, en lo que respecta a ahorrar seriamente tanto tiempo como dinero.

Entonces, ¿qué es el prototipado rápido? ¿Por qué hay tal empuje para integrarlo cada vez más en el mecanizado y la ingeniería?

Entender este proceso es crítico para expandir las posibilidades de convertir nuestros diseños en productos más rápido que nunca. Consulte lo siguiente y imagine cómo el prototipado rápido podría ayudar a transformar su negocio y posiblemente impulsar su resultado final.

¿Qué es el Prototipado Rápido?

Arriesgándonos a simplificar un proceso complejo, el prototipado rápido se define como "la creación rápida de un modelo a escala real. La palabra prototipo viene de las palabras latinas proto (original) y typus (modelo)".

Por creación, no nos referimos a la creación en abstracto. Más bien, un prototipo rápido representa una creación tangible, que se puede sostener en las manos, física.

Hay diferentes tipos de prototipado rápido, con las tendencias actuales siguiendo la fabricación aditiva y la impresión 3D. Sin embargo, el prototipado rápido sustractivo sigue siendo un motor importante y a menudo es más adecuado para ciertos tipos de proyectos y diseños de productos.

No importa si hace aditivo, sustractivo o una combinación de ambos, el hecho es que el prototipado rápido permite a los diseñadores dar vida a sus modelos. "Esto a menudo se hace usando software sofisticado de diseño asistido por computadora u otro software de ensamblaje, e implementado físicamente usando impresoras 3-D", según Techopedia.

El equipo del laboratorio de creación 3D del Reino Unido explica: "Los avances en prototipado rápido 3D permiten prototipos y fabricación de modelos más rápidos y de menor coste al eliminar mano de obra y utillaje caro, lo que permite a empresas e inventores llevar sus productos y diseños al mercado más rápido que la competencia".

Dada toda la posibilidad de producto que el prototipado rápido ofrece, uno tiene que asumir que hay un inconveniente en alguna parte.

¿Cómo puede algo tan innovador no venir con un par de trampas?

Resulta que no puede.

Por todos los pros, el prototipado rápido presenta algunos contras, no el menor de los cuales es el potencial de eliminar mano de obra, reduciendo así el número de empleos disponibles para maquinistas CNC.

Sin embargo, en The Future of Rapid Prototyping, Soren Petersen, Ph.D. en Investigación de Diseño y autor de Profit from Design, predice lo siguiente:

Los beneficios son numerosos y continúan elevando el listón en todas las industrias. Pero, por equilibrio, pesaremos ambos lados de la moneda.

Pros y Contras

Hemos cubierto los pros del prototipado rápido, pero para recapitular, se reducen a velocidad y coste. APT Mold argumenta que también hay una realidad inherente de servicio al cliente y satisfacción del cliente en el prototipado rápido:

Tomar la delantera en el mercado… ¿qué negocio no quiere eso?

Esa ventaja viene con un precio, por supuesto, y ese precio representa los contras del prototipado rápido. En total, hay tres inconvenientes principales.

Visión de Túnel

Desafortunadamente, es fácil tener visión de túnel y perder de vista todo el proyecto cuando se enfoca en un solo prototipo. El peligro aquí es el potencial de que los desarrolladores de producto pierdan una solución que podría resultar mejor a largo plazo al enfocarse demasiado intensamente en el prototipo a mano (literalmente).

Caso de Identidad Equivocada

Los prototipos, en manos del cliente equivocado, podrían confundirse con el producto terminado y juzgarse injustamente o apresuradamente como tal. El lado opuesto ocurre cuando se prefiere un prototipo sobre un producto final. Ningún caso es útil para los ingenieros y maquinistas detrás de estos prototipos.

La Variedad es la Sal de la Vida

El prototipado rápido, sin embargo, restringe el número de opciones que tiene y podría reservarse mejor para proyectos más sencillos.

Sin embargo, como muestran las siguientes cinco marcas, a pesar de estos posibles escollos, el prototipado rápido sigue siendo un medio efectivo para un fin muy lucrativo.

Cinco marcas que representan la destreza del prototipado rápido

Aunque estas cinco empresas ciertamente no son las únicas que hacen funcionar el prototipado rápido para ellas, cada una es ilustrativa de lo que este proceso puede hacer para los productos de una marca… y su resultado final.

Brightwake

Ciertamente no un nombre familiar, sin embargo Brightwake es una firma de investigación y diseño que salva vidas salvando sangre. O, más precisamente, reciclando sangre que de otro modo se perdería.

Hemosep es la máquina insignia de la empresa, capaz de reciclar sangre perdida durante la cirugía. Para crear Hemosep, Brightwake confió en la impresión 3D como su proceso de prototipado rápido. Hacerlo redujo supuestamente el proceso de producción en un 96%. Es seguro asumir que los ahorros financieros fueron igualmente considerables.

Fender

Los amantes de la música reconocerán instantáneamente la marca Fender como el fabricante de instrumentos preferido tanto por músicos aficionados como por leyendas del rock como Jimi Hendrix.

Para acelerar el ya rápido proceso de prototipado rápido, Fender compró impresoras 3D industriales Stratasys y ahora crea sus propios prototipos, hasta las perillas de los amplificadores. El plazo de entrega para crear estos prototipos ha caído de aproximadamente dos semanas a una noche. Es seguro asumir que un plazo más corto equivale a márgenes de beneficio más largos.

Ford

Incluso grandes fabricantes de automóviles como Ford tienen que tener cuidado con los presupuestos. El prototipado rápido ha tomado "Ford tough" y ha hecho la marca aún más dura ahorrando a la empresa millones de dólares en prototipos tanto de plástico como de metal.

La impresión 3D ha demostrado ser un gran ahorro de tiempo, ya que el proceso crea prototipos en cuestión de horas, permitiendo a los ingenieros de Ford decidir si la producción real resultará ventajosa.

Estas son solo algunas empresas que usan prototipado rápido en su diseño de producto. Otras incluyen grandes marcas como BMW, Lamborghini, Valero y Volkswagen.

Lockheed Martin

El prototipado CNC de alta velocidad es crítico para el desarrollo de productos en Lockheed Martin, el gigante corporativo global comprometido con tecnologías avanzadas en busca de iniciativas aeroespaciales, de defensa y seguridad, que afirma: "Estamos empujando los límites de la tecnología aditiva y llevando ingenieros de diseño a la planta de fábrica para producir piezas, capa por capa, que anteriormente no podían construirse".

Epson

Aprovechar el mecanizado CNC de alta velocidad permitió a Seiko Epson Corporation de Japón satisfacer la demanda de los consumidores de gafas inteligentes de realidad aumentada (AR) Moverio más ligeras y cómodas.

"Con el predecesor, teníamos muchas solicitudes de usuarios sobre el peso y el tamaño, así que establecimos nuestros objetivos de desarrollo en mejorar la comodidad y hacer las gafas inteligentes más compactas y ligeras", lo que es donde entró el prototipado CNC de alta velocidad, según Kazuya Kamakura, Personal Senior, Departamento de Gestión de Negocio HMD, División de Operaciones de Productos Visuales en Epson.

Estas marcas ejemplifican las posibilidades proporcionadas por la fabricación avanzada, pero cuando se trata de prototipado rápido, ¿qué es mejor: sustractivo vs. aditivo?

Un Saludo al Prototipado Rápido Sustractivo

Aquí en Datron, celebramos el prototipado rápido sustractivo por su dependencia en procesos de mecanizado efectivos. A diferencia de otras opciones de prototipado rápido, el prototipado rápido sustractivo resulta en prototipos de material de uso final con mayor integridad estructural.

El proceso de fresado de prototipado rápido sustractivo elimina piezas más pequeñas de material de una más grande, dejando una pieza sólida o intacta. El prototipado rápido aditivo, por otro lado, crea capas de materiales, con el resultado final no tan estructuralmente sólido.

¿Por qué importa esto?

Además, el fresado proporciona una gama más amplia de acabados superficiales en comparación con el "acabado escalonado" asociado con el prototipado rápido aditivo. Usar una fresadora CNC (Control Numérico Computarizado) de alta velocidad resulta en prototipos con repetibilidad que ha demostrado ser ideal para materiales de uso final.

"Una de las principales ventajas de la fabricación sustractiva es la capacidad de mecanizar una pieza de plástico extremadamente delgada en una bisagra viva. Este tipo de proceso simplemente no es posible aún en una impresora 3D", según Creative Mechanisms. "Las máquinas CNC avanzadas utilizan múltiples herramientas y cortan alrededor de al menos tres ejes (x, y y z) de modo que minimizan el requisito para que los diseñadores den la vuelta al bloque".

En última instancia, "Es una opción apropiada para piezas usadas en tiradas de producción pequeñas y grandes, para obtener acabados específicos, o para obtener propiedades mecánicas específicas".

Por supuesto, no podríamos apoyar proyectos de prototipado rápido sustractivo sin el equipo adecuado.

Qué esperar del mecanizado CNC de alta velocidad

Las máquinas CNC de alta velocidad son la alternativa ideal para ingenieros cuando las impresoras 3D fallan y normalmente fallan debido al material usado para un prototipo en particular. Actualmente, los ingenieros no pueden imprimir en 3D metales como el aluminio.

Otros beneficios del mecanizado CNC de alta velocidad incluyen la capacidad de producir piezas más pequeñas – como mecanizar envolventes electrónicas, usando herramientas de corte con diámetros máximos de 0,50" basados en mayor demanda. Estas máquinas ahora están equipadas con husillos de 60.000 RPM, acomodando avances más altos y corte rápido sin comprometer componentes críticos. Combinadas con herramientas optimizadas, estas máquinas mejoran la evacuación de viruta para reducir calor y cortes más limpios.

Operacionalmente, quizás la mejor parte de las máquinas CNC de alta velocidad es la pantalla táctil amigable, que permite a cualquiera capaz de usar un teléfono móvil operar la máquina.

Explorando las opciones actuales de máquinas CNC

Históricamente, las máquinas CNC necesitaban ser adaptadas a herramientas existentes; sin embargo, a medida que la tecnología evolucionó, se diseñaron nuevas máquinas exclusivamente para propósitos CNC. Ejemplos de máquinas adaptadas incluyen tornos y fresadoras. En ambos casos, los mecanismos incorporados de la máquina se reemplazan con componentes de alta precisión y nuevos montajes para los actuadores.

Nuevas máquinas CNC incluyen impresoras 3D, cortadoras láser CNC, cortadoras de plasma CNC, fresadoras, máquinas pick-and-place, así como routers.

Impresora 3D

Similar en diseño a un cortador láser o router CNC, las impresoras 3D requieren un extrusor de plástico, que empuja plástico caliente a través de un pequeño orificio, colocando capas del material hasta que se construye el prototipo.

Cortadora Láser CNC

Ideal para cortar metal, plástico y madera, las cortadoras láser CNC usan láseres específicos al material requerido.

Cortadora de Plasma CNC

Los cortadores de plasma cuentan con una antorcha de plasma perfecta para cortar formas 2D en chapa metálica.

Fresadora CNC

Antes solo disponibles en tamaño enorme, las fresadoras construidas específicamente para propósitos CNC hoy son más pequeñas en huella y pueden incluir mecanismo de auto-alimentación, cambiadores de herramienta integrados y sensores eléctricos para garantizar un monitoreo cuidadoso para corte seguro.

Máquina Pick and Place

Equipadas con muchas boquillas pequeñas, las máquinas pick-and-place mueven componentes eléctricos rápidamente, colocándolos en placas de circuito requeridas para dispositivos personales como teléfonos y tabletas.

Router

Construidas para trabajos más grandes, los routers trabajan con materiales como plásticos, chapa metálica y madera usando una configuración de 3 ejes, lo que hace fácil el corte de perfiles y mecanizado de relieve 3D. Para formas más complejas, las máquinas de 4, 5 o 6 ejes son el camino a seguir.

El Prototipado Rápido Eleva a Ingenieros y Maquinistas CNC

Como ingeniero o maquinista CNC, ¿qué significa el prototipado rápido en general para usted, a largo plazo?

Para empezar, está en el camino correcto.

Actualmente, "la industria global de fabricación de prototipos se valora en alrededor de $12 mil millones pero está experimentando un crecimiento rápido de más del 22,6% anual desde 2010 hasta 2015", según Robotics Business Review, con la fabricación de prototipos "esperada para alcanzar $20 mil millones en valoración para 2020. Las previsiones para los próximos 15 a 20 años predicen crecimiento hasta la marca de $40 mil millones, a medida que la innovación tecnológica continua alimenta la industria – y los mercados que dependen de ella".

La proyección de empleos es excelente; "Los diversos servicios CNC están en tan alta demanda que las personas capacitadas en el área de mecanizado de precisión se encuentran entre los cinco empleados más necesitados en Estados Unidos".

En otras palabras, ¡hacia adelante y hacia arriba!

Industrias a vigilar para potencial de prototipado rápido

Uno de los beneficios de vivir en una sociedad que sigue empujando los límites de las tasas de mortalidad tradicionales es la demanda de artículos de salud innovadores. En este momento, más del 98% de los audífonos producidos en todo el mundo ahora se imprimen en 3D, debido al ahorro significativo en tiempo, coste y precisión que viene de producir cada modelo único de esta manera.

Y las buenas noticias para la fabricación CNC continúan con el prototipado rápido haciendo posible la producción de ingeniosos dispositivos médicos personales diseñados para aliviar enfermedades y dolencias que una vez se consideraron intratables.

Otros verticales que están cosechando los beneficios del prototipado rápido, específicamente a través de la fabricación CNC, incluyen las industrias de aviación y robótica.

De hecho, Robotics Business Review afirma que:

La evolución de la fabricación avanzada continúa con emocionantes noticias anunciando que el Ejército de EE. UU. y Lockheed Martin se asocian para desarrollar métodos de prototipado rápido, "usando bioproducción y autoensamblaje para crear los bloques de construcción de materiales novedosos que tienen aplicaciones para tecnología óptica de defensa y recubrimientos protectores".

El Ejército de EE. UU. gastó diez millones de dólares para financiar el Autoensamblaje de Nanoestructuras para Materiales Ajustables, diseñado para considerar capacidades para integrar bioproducción de materiales innovadores para esfuerzos de defensa.

Melissa Rhoads, gerente senior de investigación de Lockheed Martin y líder del proyecto explicó: "Las células crean eficientemente todo tipo de materiales, como la seda de una araña o las alas iridiscentes de una mariposa".

Ya hemos visto lo que el prototipado rápido aditivo y sustractivo pueden hacer para la fabricación avanzada. Esta última asociación sin duda encontrará nuevas fronteras para el desarrollo de productos aún por imaginar.

Entonces, ¿qué es el prototipado rápido? Desde nuestra perspectiva, es el camino más rápido hacia adelante.

Si está interesado en agregar prototipado rápido a su planta de fabricación industrial o laboratorio de innovación, inicie una conversación con nosotros hoy.