Avanzando en fabricación de prototipos: técnicas de producción rápida de vanguardia

Rudgley M define fabricación rápida como: «tecnología de fabricación para producto final práctico por método aditivo», que usa tecnología de prototipado para producir producto deseado para producción. Fabricación rápida es dirección de desarrollo de prototipado rápido, pero aún hay muchas áreas de mejora.

SLA, SLS, FDM son tecnologías principales para fabricantes de prototipos, característica común: discretizar pieza en capas separadas y hacer capas independientemente.

Geometría compleja

Característica más tentadora de productos de prototipado rápido: casi ilimitados en geometría. Con este proceso, se producen artículos con gran independencia y libertad geométrica: cóncavos invertidos, voladizos, forma libre, varias formas geométricas básicas. Ejemplo: SLS no requiere soportes, piezas pueden colocarse en cualquier posición sin sujeción, dando posibilidades geométricas casi infinitas.

Por otro lado, productos de micro a grandes tamaños pueden fabricarse. Tamaño depende de elección de proceso: SLS, SLA, FDM usualmente para piezas medianas, por ejecución, coste económico y rendimiento de piezas grandes. Tamaño muy limitado para productos grandes.

Como tecnología de polímeros no requiere molde como métodos convencionales, producto definido por cliente fabricado por prototipado rápido es significativamente más económico. Esta característica combinada con geometría compleja apunta a prototipado rápido en campo médico. Flexibilidad geométrica también permite combinar RP con métodos tradicionales, convirtiéndose en dirección de desarrollo de RP hoy. Ejemplo: fabricación previa de piezas de pared delgada, larga y estrecha solo posible con EMD (Electro-Erosión), ahora RP también da solución completa.

DLM e Ingeniería Inversa

Con prototipado rápido, piezas con características (cóncavos, esquinas internas agudas, paredes delgadas largas) que no pueden mecanizarse o son difíciles con métodos convencionales, se fabrican fácilmente. Diseñadores deben repensar diseño para demostrar características de diseño libre.

Cabe notar que todas las preguntas sobre diseño libre requieren desarrollo de software CAD profesional para RP. Combinación de mejoras en herramientas de diseño y cambios en conceptos de diseñadores puede explotar potencial de RP.

Además de diseñar modelo directamente, ingenieros a menudo diseñan según diseño físico existente: ingeniería inversa. Detección rápida y reconstrucción CAD 3D dan forma de obtener modelos CAD directamente de objetos físicos.

Rapidez

Razón por la que RP se llama «tecnología de prototipado rápido»: produce productos con ciclo más corto que procesamiento tradicional. Sensibilidad de RP al diseño es muy baja. Flexibilidad de producción alta, problema de forma apenas considerado en fabricación, ahorrando mucho tiempo. Muchas empresas usan RP para fabricar piezas de prueba y entender rápidamente rendimiento y parámetros.

Economía y otras restricciones

Aunque productividad de procesos RP ha aumentado, requisitos de productividad para RP no se han cumplido. Además, extrema desigualdad que RP provee conduce a exageración considerable de pérdidas de equipo y material.

Actualmente, aunque RP tiene grandes ventajas en prototipado y prueba de producto, alto precio y pérdida de material de equipo y diferencia de productividad con procesos tradicionales limitan fabricación a gran escala. Economía es solo una razón por la que RP rara vez se usa para piezas duraderas. Otros factores: resistencia de producto, material, repetibilidad, etc.

Desarrollo de tecnología de fabricación de prototipos

En desarrollo de RP, aún hay brecha entre productos fabricados y métodos tradicionales en rugosidad, precisión, repetibilidad y calidad. Procesos RP existentes y cadena deben pasar período de desarrollo para lograr tecnología fiable y segura que alcance precisión y calidad requeridas. Procesos RP mencionados tienen casi misma precisión (0,1-0,2mm/100mm) y rugosidad (Ra 5-20µm), repetibilidad relativamente baja. Mejoras adicionales desde diseño mecánico, logrables mediante sistema de retroalimentación técnica. Previsible que para mejorar calidad, habrá equipo de proceso compuesto combinando RP y tradicional.

Desde perspectiva de equipo y materiales, direcciones principales: métodos de procesamiento, equipos, generadores láser y materiales, para mejorar resistencia, durabilidad, precisión y ciclo. Estudios darán impulso poderoso para transición de prototipado rápido a fabricación rápida.

En campo de componentes, impresión 3D puede producir rápido productos complejos. En automoción tradicional, desarrollo de piezas requiere I+D y verificación larga y costosa. De I+D a prueba, también necesita molde, largo y costoso. Si hay problema, modificar estructura requiere mismo ciclo largo. Impresión 3D hace piezas complejas rápido. Si hay problema en prueba, modifica archivo 3D e imprime de nuevo. Se puede decir que impresión 3D hace desarrollo de futuras piezas más barato y eficiente.