Cómo Construir Prototipos Metálicos Superiores: Métodos Probados y Mejores Prácticas

¿Qué es un prototipo metálico?

En el mundo de la fabricación, un prototipo es un modelo o borrador de una pieza. Los prototipos se construyen mucho antes de que comience la fabricación, permitiendo a los diseñadores probar y desarrollar la pieza.

Dependiendo del proceso de fabricación usado para el prototipado, los prototipos pueden hacerse de una variedad de materiales.

Los prototipos metálicos son prototipos hechos usando una técnica de fabricación metálica como mecanizado CNC, fundición o conformado de chapa. Pueden hacerse de aluminio, acero o cualquier otro material elegido por el equipo de ingeniería.

Aunque el metal se usa a menudo para prototipos de pre-producción —prototipos avanzados que imitan de cerca la pieza final— también puede usarse para prototipos de etapa temprana.

El metal puede ser preferible por razones funcionales o estéticas, o ambas.

¿Por qué hacer un prototipo metálico en lugar de uno plástico?

En algunas situaciones, los ingenieros pueden crear prototipos plásticos para piezas que eventualmente se fabricarán en metal.

Esto puede suceder por muchas razones. Por un lado, muchos prototipos no tienen un papel funcional o mecánico, por lo que no importa si poseen ciertas características como resistencia, ductilidad y conductividad.

Y si las características del material de un prototipo son irrelevantes, tiene sentido crear el prototipo usando un material barato y fácilmente disponible. En muchos casos, el plástico es la opción más barata.

Pero algunos prototipos sí tienen funciones especiales.

Prototipos funcionales, híbridos y de pre-producción todos necesitan realizar algún tipo de papel, lo que puede requerir características de material particulares. El metal es a menudo el mejor proveedor de esas características.

Y hasta los prototipos no funcionales pueden beneficiarse del metal. Los prototipos de apariencia, usados para demostrar un concepto, a menudo se ven mejor cuando se hacen de metal —especialmente si la pieza se producirá en masa en metal también.

El prototipado metálico puede por tanto aumentar las posibilidades de inversión temprana y éxito comercial.

Construir un prototipo metálico también tiene importantes beneficios de costo a largo plazo.

Si la pieza eventualmente se producirá en masa en metal, es relativamente fácil convertir un prototipo metálico en un producto final metálico. Por otro lado, un prototipo impreso en 3D en plástico no puede transformarse fácilmente en una pieza de producción metálica.

Beneficios de los prototipos metálicos:

• Mejor rendimiento mecánico/funcional
• Pruebas más precisas
• Mejor estética
• Mayor probabilidad de interés de inversores
• Transición más fácil a producción

¿Cuál es el mejor método para hacer tus prototipos metálicos?

Debido a su geometría, tolerancia o cantidad, algunos prototipos metálicos podrían adaptarse solo a un proceso de fabricación, como mecanizado CNC o impresión 3D.

La mayoría de las piezas, sin embargo, pueden hacerse usando una gama de diferentes métodos.

En este caso, necesitamos averiguar cuál método es el mejor —en términos de lograr el mejor resultado mecánico, así como mantener costos y tiempo de fabricación al mínimo. Aquí hay breves introducciones a algunas técnicas comunes para hacer prototipos metálicos:

Prototipos de mecanizado metálico

El mecanizado CNC es un medio bastante asequible de crear prototipos metálicos.

Una máquina CNC usa instrucciones de computadora para guiar una herramienta de corte de metal, que remueve secciones de material de un bloque de metal con precisión.

El mecanizado es una herramienta de prototipado útil porque los diseños CAD digitales pueden alterarse fácilmente entre prototipos, resultando en un flujo de trabajo eficiente. También es fácil hacer duplicados o distribuir el diseño a otras partes.

El proceso también es compatible con una gama de metales —aunque ciertos grados de aluminio pueden ofrecer la mejor combinación de valor y mecanizabilidad.

Los prototipos mecanizados por CNC son bastante asequibles porque no requieren utillaje y por tanto no tienen cantidad mínima de pedido. Sin embargo, hay algo de desperdicio de material debido a la naturaleza sustractiva del proceso.

En términos de libertad de diseño, las máquinas CNC de 4 y 5 ejes ofrecen flexibilidad excepcional para crear piezas complejas con características detalladas.

Pros: Bajo costo, Libertad de diseño, Selección de materiales

Contras: Algo de desperdicio de material

Aquí hay algunos ejemplos de prototipos de mecanizado metálico hechos por 3ERP. Esto es solo para darte una idea aproximada de los tipos de piezas adecuadas para mecanizado CNC.

Prototipos de impresión 3D metálica

La impresión 3D es otra forma bastante asequible de crear prototipos metálicos, aunque las máquinas de fabricación aditiva metálica son mucho más caras que las impresoras 3D FDM, que solo imprimen plásticos.

Los prototipos metálicos impresos en 3D pueden hacerse usando tecnologías AM como fusión selectiva por láser (SLM) y sinterizado directo de metal por láser (DMLS).

Como el mecanizado CNC, la impresión 3D usa diseños digitales como entrada, permitiendo alteraciones rápidas al diseño.

Pero una de las mayores ventajas de la impresión 3D metálica es la flexibilidad geométrica. Los prototipos metálicos impresos en 3D pueden tener características muy complejas, incluyendo secciones internas complejas, ya que se construyen capa por capa, no se cortan de un bloque sólido.

Los prototipos metálicos pueden tener un acabado superficial menos impresionante que otras formas de prototipos metálicos, aunque buenos tratamientos de acabado superficial pueden mitigar este problema.

Varios metales están disponibles en forma de polvo AM, pero las opciones son menos diversas que las disponibles para otros procesos.

Pros: Bajo costo, Libertad de diseño

Contras: Resistencia de la pieza, Selección de materiales

Debido a los socavados y canales internos, estas son piezas típicas para las que no tienes mejores opciones que la impresión 3D.

Prototipos de chapa metálica

La fabricación de chapa metálica es un grupo de procesos concernientes al corte, deformación y ensamblaje de láminas de metal. Se usa para hacer artículos funcionales como soportes, carcasas y piezas industriales.

Para proyectos de chapa metálica, puede valer la pena crear un prototipo metálico funcional usando las mismas técnicas de chapa que se usarán durante la producción.

Los procesos de conformado de chapa incluyen corte láser, punzonado, doblado, conformado por giro y soldadura.

Los prototipos de chapa metálica están garantizados para ser fuertes y de alta calidad. Sin embargo, pueden ser más caros que las alternativas si se requieren múltiples procesos de conformado.

Un prototipo de un soporte de ángulo recto con agujeros, por ejemplo, puede requerir tres máquinas separadas: un cortador láser, plegadora y máquina de punzonado, mientras que un prototipo similar podría hacerse usando solo una máquina CNC o impresora 3D.

La fabricación de chapa puede ser particularmente útil si se requieren varias copias del prototipo.

Pros: Calidad de producción, Gama de procesos de fabricación

Contras: Tiempo requerido, Libertad de diseño limitada

Prototipos de fundición metálica

La fundición es el proceso de verter metal líquido en un molde para formar una pieza.

La fundición metálica no se considera usualmente un proceso de prototipado, ya que requiere equipamiento especialista y crear un molde es un proceso laborioso y costoso. Por tanto, no es económicamente factible crear un molde para solo uno o dos prototipos.

Pero hay formas especiales de crear prototipos metálicos vía fundición.

Con la fundición a la cera perdida, por ejemplo, podemos usar una impresora 3D para crear un modelo de cera, y este modelo puede usarse para crear un molde asequible para fundir prototipos metálicos.

Con la fundición a presión, podemos reducir el costo del utillaje de varias formas. Un método es crear un molde simple, luego añadir características finas después de la fundición usando una máquina CNC. (Este método solo funciona en pequeñas cantidades; post-mecanizar miles de piezas tomaría demasiado tiempo.)

Los prototipos fundidos son relativamente caros, pero el utillaje puede retenerse para producción puente, lo que puede terminar ahorrando dinero al cliente a largo plazo.

Pros: Piezas extremadamente fuertes, Calidad de producción

Contras: Requiere utillaje costoso, Equipamiento especialista requerido

Prototipos de extrusión metálica

La extrusión metálica es otra técnica de trabajo de metal que no se considera típicamente un proceso de prototipado.

Durante el proceso de extrusión, el material es forzado a través de una abertura con forma en un molde, produciendo una pieza alargada con una sección transversal uniforme.

La mayoría de las empresas de extrusión solo tratan órdenes de producción de alto volumen, y los prototipos unitarios no valen su tiempo.

Sin embargo, a veces vale la pena usar extrusión metálica para prototipado metálico, y 3ERP es uno de los pocos proveedores de tales servicios.

La extrusión se lleva a cabo casi exclusivamente en aleaciones de aluminio y es un proceso adecuado para piezas simples como barras metálicas, soportes y uniones.

El proceso es adecuado para prototipos de prueba y pre-producción donde el prototipo de extrusión metálica imita de cerca la pieza final. No se recomienda para piezas que se producirán usando cualquier otra técnica.

Pros: Calidad de producción

Contras: Gama limitada de materiales

3ERP ha construido una cadena de suministro fuerte para la mayoría de procesos de fabricación, y también tenemos la capacidad de combinar múltiples procesos. Por tanto, podemos proporcionar la mejor solución para tus prototipos metálicos. Contacta a 3ERP hoy para un presupuesto gratuito.