Construye un Prototipo Ganador: Guía Paso a Paso para Desarrollo Rápido de Productos

Al desarrollar un producto, fabricar un prototipo físico puede ayudarte con investigación, pruebas, financiación y mucho más. Y gracias a proveedores de servicios de prototipado rápido como 3ERP, es fácil fabricar un prototipo asequible en un corto plazo.

Sin embargo, algunas empresas retrasan el prototipado simplemente porque no saben por dónde empezar; no saben qué tecnologías o materiales usar, o no saben qué tipo de socio de prototipado elegir.

Afortunadamente, fabricar un prototipo con un socio como 3ERP es sencillo e indoloro. Esta guía analiza los conceptos básicos de cómo fabricar un prototipo y analiza dos amplias categorías de prototipos: modelos de concepto y prototipos funcionales. También ofrece una visión general de cómo funciona el proceso de prototipado rápido en una instalación de fabricación de prototipos.

¿Qué es el prototipado rápido?

Un prototipo es un modelo, borrador, maqueta o versión en etapa temprana de un producto físico que se construye antes de la producción, y el prototipado rápido es el proceso de desarrollar un prototipo en el menor plazo posible.

Hay diferentes razones por las que las empresas pueden necesitar desarrollar un prototipo, y diferentes tecnologías pueden usarse para construirlo: en 3ERP, nos centramos en mecanizado CNC, impresión 3D, moldeo, fundición y fabricación de chapa metálica, y algunos prototipos requieren una combinación de procesos si contienen múltiples componentes.

El prototipado rápido ayuda a las empresas a llevar su producto al mercado más rápido. Al construir el prototipo rápidamente, la empresa puede acelerar procesos como investigación de mercado y pruebas mecánicas, en los que generalmente se requieren prototipos, y llegar a las etapas finales del desarrollo del producto más pronto que tarde.

Modelos de concepto

Enfoque: Atractivo visual, comunicación de ideas básicas, costo más bajo posible

Procesos típicos: Impresión 3D, mecanizado CNC, fundición al vacío, chapa metálica, otros

Muchos prototipos se construyen para proporcionar una función visual o estética. Los prototipos de este tipo no necesitan funcionar, pero necesitan dar una impresión visual precisa del producto final.

Un prototipo construido para propósitos visuales puede llamarse modelo de concepto, prototipo de exhibición o prototipo de apariencia. Puede usarse para demostrar un producto futuro a inversores potenciales, o para realizar investigación de mercado en clientes potenciales. También puede usarse para transmitir ideas a otros departamentos internos de una empresa.

Dado que los modelos de concepto no necesitan ser funcionales, es posible usar ciertos procesos de fabricación que pueden no usarse para la producción de piezas finales. El enfoque es simplemente fabricar un prototipo de buena apariencia al precio más bajo posible.

Por esta razón, la impresión 3D a veces se usa para modelos de concepto: las piezas impresas pueden no ser lo suficientemente resistentes para uso final, pero pueden fabricarse rápidamente con un alto estándar visual. La fundición al vacío también se usa principalmente para prototipos visualmente atractivos de baja resistencia. Dicho esto, el mecanizado CNC y la fabricación de chapa metálica a menudo pueden ser más baratos y/o más adecuados para ciertos proyectos, y hay un gran grado de flexibilidad.

Las empresas también pueden usar materiales más baratos para su modelo de concepto, ya que el material no necesita soportar fuerzas ni realizar una función mecánica. Sin embargo, para mantener una apariencia impresionante —para hacer que un plástico de bajo costo parezca metálico, por ejemplo— se puede aplicar un acabado superficial profesional.

Un ejemplo de modelo de concepto

Prototipos funcionales

Enfoque: Validación, pruebas mecánicas, pre-producción

Procesos típicos: Mecanizado CNC, moldeo por inyección, chapa metálica, otros

Los prototipos también pueden ser funcionales en lugar de meramente visuales. Los prototipos funcionales se construyen típicamente para validar aspectos físicos de un producto —selección de material, por ejemplo— o para realizar pruebas mecánicas. También pueden usarse para demostrar la función del producto a personal interno, clientes, inversores, etc.

Si se usan para pruebas, un prototipo funcional puede tener poca consideración por la estética. Por ejemplo, los prototipos funcionales pueden ser sin color, sin acabado, o carecer de ciertas características y detalles. Sin embargo, los prototipos de etapa tardía o pre-producción pueden contener tanto características funcionales como estéticas para estar lo más cerca posible del producto final.

Los prototipos funcionales que se someten a pruebas mecánicas generalmente necesitan fabricarse usando materiales y procesos cercanos a los usados en producción, de lo contrario las pruebas no serán útiles.

Si el prototipo también necesita someterse a pruebas de composición metálica, entonces elegir un material de grado de producción es crítico. Procesos de producción como mecanizado CNC y moldeo por inyección a menudo se usan para prototipos funcionales, ya que las piezas impresas en 3D a menudo carecen de la resistencia requerida y no reflejarán la pieza de producción en términos de rendimiento mecánico.

Para prototipos funcionales no demostrativos, los acabados superficiales solo necesitan aplicarse si contribuyen a la función del producto, y la pintura, aplicación de marca, etc. pueden omitirse.

Un ejemplo de prototipo funcional

El proceso de prototipado rápido

En 3ERP, el proceso de prototipado rápido comienza una vez que hemos finalizado un pedido y recibido toda la información y archivos digitales necesarios.

Lo que sucede a continuación depende en última instancia del proceso de fabricación elegido, que depende del tipo de prototipo (modelo de concepto vs funcional), el material requerido y el número de unidades requeridas. Cada caso es diferente, y podemos trabajar con el cliente para determinar el mejor enfoque para cada pedido de prototipado rápido.

Independientemente del proceso, los prototipos están sujetos a procedimientos de control de calidad y luego se les dan los pasos de post-procesamiento necesarios, como eliminación de material de soporte y aplicación de cualquier tratamiento de acabado superficial deseado, como anodizado o pintura.

Los prototipos se envían al cliente lo antes posible, para que puedan proceder con su desarrollo de producto.

A continuación se muestra un esquema de los diferentes procesos que usamos para prototipado rápido.

Mecanizado CNC

Para prototipos mecanizados por CNC, podemos comenzar rápidamente, obteniendo los materiales correctos y enviando el archivo digital a la máquina CNC para fresado, torneado, EDM, etc.

El mecanizado CNC es bueno para prototipado rápido porque es un proceso de un solo paso: no se requiere herramienta; la materia prima entra y el prototipo sale. Esto hace que el proceso sea muy rápido, además de producir prototipos de alta calidad con un alto nivel de detalle.

El mecanizado también es versátil en materiales. El proceso es adecuado para metales y plásticos de alto rendimiento, y las piezas mecanizadas pueden someterse a varios tratamientos de acabado superficial.

Impresión 3D

La impresión 3D, un proceso aditivo capa por capa, a menudo se usa para modelos de concepto pero rara vez para prototipos funcionales.

Sin embargo, hay diferentes formas de impresión 3D a considerar: FDM, SLS y SLA para piezas plásticas, SLM y DMLS para piezas metálicas. Los procesos AM metálicos pueden producir piezas de alta resistencia con buen rendimiento mecánico, y por lo tanto pueden usarse para prototipos funcionales.

Las ventajas de la impresión 3D incluyen geometrías complejas, bajos costos y plazos de entrega rápidos. Es más adecuada para prototipos únicos en lugar de lotes.

Fundición al vacío

La fundición al vacío, también llamada fundición de uretano, es una alternativa de bajo costo al moldeo por inyección que es mucho más asequible que el moldeo por inyección en bajas cantidades. Por lo tanto, es adecuada para prototipado rápido, a pesar del bajo rendimiento mecánico de las piezas.

El proceso se usa principalmente para modelos de concepto, ya que produce un acabado superficial de alta calidad comparable o superior al moldeo por inyección.

Moldeo por inyección

Si los prototipos se fabrican por moldeo por inyección, primero tenemos que fabricar un molde, y esto requiere algún diseño CAD complejo por nuestra parte, donde hacemos una versión invertida del prototipo con las líneas de partición, canales de alimentación, etc. necesarias.

Una vez que hemos construido este molde metálico, mediante herramientas rápidas con un centro de mecanizado CNC, podemos comenzar a fabricar los prototipos plásticos moldeados.

Debido a esta etapa adicional de fabricación, el moldeo por inyección solo es realmente rentable cuando se requiere una gran cantidad de prototipos (ver Consideraciones de economía de escala a continuación). Sin embargo, tiene muchas ventajas: excelente acabado superficial, buena resistencia y similitud con las piezas finales.

Fabricación de chapa metálica

Los prototipos de chapa metálica pueden fabricarse en una variedad de metales con plazos de entrega cortos. Estos prototipos a menudo son similares a las piezas de uso final y pueden usarse para pruebas.

La fabricación de chapa metálica es adecuada para productos específicos como soportes, carcasas y paneles y no se usa típicamente de forma intercambiable con otros procesos de fabricación metálica.

Consideraciones de economía de escala

Elegir un proceso de fabricación a menudo depende del número de unidades requeridas. A veces es necesario comprometerse y elegir un proceso diferente si la cantidad de unidades no tiene sentido económico.

Aunque hay muchas excepciones, esta tabla da una idea aproximada del número de unidades adecuadas para ciertos procesos. (La fabricación de chapa metálica se excluye, ya que las piezas y prototipos de chapa metálica suelen diseñarse específicamente para procesos de chapa metálica.)

	Prototipos metálicos	Prototipos plásticos
Mecanizado CNC	1–100	1–100
Impresión 3D	1–10	1–10
Moldeo por inyección	100+	100+
Fundición al vacío	n/a	1–100
Fundición metálica	100+	n/a

Cómo fabricar un prototipo, paso a paso

Conceptualizar

La primera etapa de fabricar un prototipo, antes de diseñarlo, es decidir qué se requiere. Esta etapa puede involucrar investigación de mercado y lluvia de ideas de requisitos potenciales.

Diseñar

A menos que solo se necesite una maqueta artesanal aproximada, se requiere software CAD para diseñar un prototipo. CAD permite repetición exacta y modificación fácil, y los archivos pueden convertirse en un formato legible por máquina para producción instantánea. Aquellos sin experiencia en diseño pueden requerir servicios profesionales de diseño de productos.

Elegir material, tecnología, acabado

Material, tecnología y acabado superficial deben considerarse desde el principio, ya que estos factores informarán el diseño CAD. Sin embargo, las selecciones finales pueden hacerse después de la etapa de diseño.

Fabricar

Un archivo CAD funcional y una lista de materiales, tecnologías y acabados superficiales deben enviarse al especialista en prototipado, que puede entonces comenzar la fabricación del prototipo.

Prototipar de nuevo

Una vez que el prototipo ha cumplido su propósito, puede ser necesario desarrollar otro, dependiendo de la etapa actual del cronograma de desarrollo del producto. Por ejemplo, un modelo de concepto, una vez validado, puede ser sucedido por un prototipo mecánico.

3ERP es un especialista en prototipado rápido y ha trabajado con una amplia gama de clientes en muchas industrias. Ponte en contacto para una cotización gratuita.