Guía de fabricación rápida

Para cualquier negocio emergente o en expansión, es fundamental buscar soluciones para llevar los productos al mercado con mayor rapidez. La fabricación rápida puede acelerar y aumentar la flexibilidad de la producción, y ayudar a reducir el tiempo y los costos asociados con la fabricación tradicional de productos personalizados y piezas en serie de bajo volumen.

En esta guía, conozca los diferentes métodos y soluciones de fabricación rápida disponibles en la actualidad y cómo puede utilizarlos para elegir el más adecuado para su negocio.

¿Qué es Rapid Manufacturing?

La fabricación rápida representa los diferentes procesos de fabricación que permiten la producción rápida y flexible de piezas de uso final para productos personalizados, fabricación en serie de bajo volumen o producción puente.

La mayoría de los procesos de fabricación tradicionales, como el moldeo por inyección y la fundición, requieren herramientas costosas y que requieren mucho tiempo de fabricación. Por el contrario, los procesos de fabricación rápidos permiten la producción de piezas complejas a un menor costo y compromiso de tiempo.

Hay una variedad de procesos diferentes relacionados con la fabricación rápida:fabricación aditiva, mecanizado CNC y herramientas rápidas, por ejemplo. La mayoría de estos métodos también combinan el diseño digital y la automatización de software para acelerar el proceso de fabricación.

Fabricación rápida frente a creación rápida de prototipos

La creación rápida de prototipos es el grupo de técnicas utilizadas para fabricar rápidamente un modelo a escala de una pieza física o ensamblaje utilizando datos de diseño asistido por computadora (CAD) tridimensionales durante el desarrollo del producto. Con la creación rápida de prototipos, 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 basadas en pruebas y comentarios del mundo real.

Debido a que estas piezas o ensamblajes generalmente se construyen utilizando técnicas de fabricación aditiva en lugar de los métodos sustractivos tradicionales, la frase se ha convertido en sinónimo de fabricación aditiva e impresión 3D.

A medida que se siguieron desarrollando herramientas de creación rápida de prototipos a lo largo de los años, las empresas ahora pueden utilizar estas mismas técnicas para crear piezas de uso final. Gracias a los materiales resistentes y a la reducción de los costos, las empresas pueden recurrir cada vez más a estas herramientas para sustituir las herramientas de fabricación tradicionales o complementar sus flujos de trabajo para facilitar un tiempo de entrega más rápido de los productos terminados.

Fabricación rápida frente a fabricación aditiva

Las tecnologías de fabricación aditiva (AM) o impresión 3D crean piezas tridimensionales a partir de modelos de diseño asistido por ordenador (CAD) añadiendo material sucesivamente capa por capa hasta que se crea una pieza física.

Las tecnologías de AM no requieren herramientas y pueden crear diseños complejos para la creación de prototipos o la fabricación que de otro modo serían demasiado costosos o consumirían mucho tiempo, lo que las hace ideales para una amplia gama de aplicaciones de ingeniería y fabricación.

Las técnicas de fabricación aditiva son algunos de los procesos en los que se basa la fabricación rápida como una forma de crear nuevas piezas. Al producir herramientas rápidas, la fabricación aditiva también puede reducir el tiempo de entrega y los costos asociados con los procesos de fabricación tradicionales.

Métodos de fabricación rápida

La fabricación rápida se basa en una variedad de herramientas y procesos para crear productos. Estos incluyen fabricación aditiva, herramientas sustractivas como mecanizado CNC y herramientas rápidas para métodos de fabricación tradicionales.

Fabricación aditiva

Modelado de deposición fundida (FDM)

La impresión 3D FDM, también conocida como fabricación de filamentos fundidos (FFF), es un método de impresión 3D que construye piezas fundiendo y extruyendo filamentos termoplásticos, que una boquilla de impresora deposita capa por capa en el área de construcción.

FDM es la forma de impresión 3D más utilizada a nivel de consumidor, impulsada por la aparición de las impresoras 3D para aficionados. Sin embargo, las impresoras industriales FDM también son populares entre los profesionales del diseño y los fabricantes.

FDM tiene la resolución y precisión más bajas en comparación con otros procesos de impresión 3D de plástico y no es la mejor opción para imprimir diseños complejos o piezas con características intrincadas. Se pueden obtener acabados de mayor calidad mediante procesos de pulido químico y mecánico. Las impresoras 3D industriales FDM utilizan soportes solubles para mitigar algunos de estos problemas.

FDM funciona con una gama de termoplásticos estándar, como ABS, PLA y sus diversas mezclas. Las impresoras industriales FDM también ofrecen una gama más amplia de termoplásticos de ingeniería o incluso compuestos. Para la fabricación, las impresoras FDM son particularmente útiles para producir piezas simples, como piezas que normalmente pueden mecanizarse.

Estereolitografía (SLA)

Las impresoras SLA 3D utilizan un láser para curar la resina líquida y convertirla en plástico endurecido en un proceso llamado fotopolimerización. SLA es uno de los procesos más populares entre los profesionales debido a su alta resolución, precisión y versatilidad de materiales.

Las piezas SLA tienen la resolución y precisión más altas, los detalles más claros y el acabado de superficie más suave de todas las tecnologías de impresión 3D de plástico, pero el principal beneficio de SLA radica en su versatilidad. Los fabricantes de materiales han creado formulaciones innovadoras de resinas de fotopolímero SLA con una amplia gama de propiedades ópticas, mecánicas y térmicas para igualar las de los termoplásticos estándar, de ingeniería e industriales.

SLA es una excelente opción para piezas muy detalladas que requieren tolerancias estrictas y superficies lisas, como moldes, patrones y otras piezas funcionales de uso final. SLA se utiliza para la fabricación rápida en una variedad de industrias, desde la odontología hasta la joyería, la atención médica, la fabricación de modelos y, cada vez más, los productos de consumo.

La impresión SLA 3D se puede utilizar para una variedad de aplicaciones, incluida la fabricación rápida de auriculares personalizados, hisopos médicos y suelas de zapatos.

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Sinterización selectiva por láser (SLS)

La sinterización selectiva por láser es la tecnología de fabricación aditiva más común para aplicaciones industriales, en la que confían ingenieros y fabricantes de diferentes industrias por su capacidad para producir piezas resistentes y funcionales.

Las impresoras 3D SLS utilizan un láser de alta potencia para fusionar pequeñas partículas de polvo de polímero. El polvo no fundido sostiene la pieza durante la impresión y elimina la necesidad de estructuras de soporte dedicadas. Esto hace que SLS sea ideal para geometrías complejas, incluidas características interiores, muescas, paredes delgadas y características negativas. Las piezas producidas con impresión SLS tienen excelentes características mecánicas, con una resistencia similar a la de las piezas moldeadas por inyección.

La impresión 3D SLS puede producir piezas resistentes y funcionales para aplicaciones como la fabricación de lotes pequeños, productos de consumo personalizados en masa y piezas de repuesto.

En la fabricación, la impresión SLS 3D se utiliza para la fabricación de lotes pequeños, la producción de nuevos productos de consumo personalizados en masa, la producción de piezas de repuesto, así como plantillas y accesorios duraderos y duraderos (por ejemplo, clips y abrazaderas) y herramientas. SLS también se puede utilizar para fabricar internamente dispositivos médicos específicos para el paciente listos para usar, como prótesis, aparatos ortopédicos (es decir, reemplazos de extremidades + aparatos ortopédicos), modelos quirúrgicos y herramientas.

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Herramientas CNC

Las herramientas de control numérico por computadora (CNC), a diferencia de FDM, SLA o SLS, son procesos de fabricación sustractivos. Comienzan con bloques sólidos, barras o varillas de plástico, metal u otros materiales que se moldean eliminando el material mediante corte, taladrado, taladrado y esmerilado.

Las herramientas CNC incluyen el mecanizado CNC, que elimina material mediante una herramienta giratoria y una pieza fija (fresado) o una pieza giratoria con una herramienta fija (torno). Las cortadoras láser utilizan un láser para grabar o cortar una amplia gama de materiales con alta precisión. Los cortadores de chorro de agua utilizan agua mezclada con abrasivo y alta presión para cortar prácticamente cualquier material. Las fresadoras y tornos CNC pueden tener múltiples ejes, lo que les permite gestionar diseños más complejos. Las cortadoras por láser y por chorro de agua son más adecuadas para piezas planas.

Las herramientas CNC pueden dar forma a piezas de plástico, metales blandos, metales duros (máquinas industriales), madera, acrílico, piedra, vidrio, compuestos. Para una fabricación rápida, son ideales para producir piezas de uso final personalizadas o de bajo volumen, piezas estructurales y herramientas para una amplia gama de industrias.

En comparación con las herramientas de fabricación aditiva, las herramientas CNC son más complicadas de configurar y operar, mientras que algunos materiales y diseños pueden requerir herramientas, manipulación, posicionamiento y procesamiento especiales. Esto los hace costosos para piezas únicas en comparación con los procesos aditivos y más adecuados para pequeñas series de producción.

Herramientas rápidas

La fabricación híbrida combina herramientas de fabricación rápida con procesos de fabricación tradicionales como moldeo por inyección, termoformado o fundición. Mejora el proceso de producción mejorando su flexibilidad, agilidad, escalabilidad y rentabilidad. Como resultado, permite a los fabricantes satisfacer rápidamente las cambiantes necesidades comerciales.

Un molde impreso en 3D para el envasado de productos al vacío.

• Herramientas

Cree herramientas personalizadas que resistan los rigores del piso de la fábrica y puedan ayudar a resolver los desafíos de fabricación más difíciles. Valide los procesos de fabricación, resuelva los problemas de DFM y aumente la flexibilidad mediante la impresión directa de herramientas para aplicaciones que van desde el moldeo por inyección hasta el doblado de tubos CNC.

• Plantillas y accesorios

Reduzca los costos y aumente la agilidad al llevar la producción de plantillas y accesorios internamente sin cantidades mínimas de pedido, sin programación de trayectorias de herramientas (para impresión 3D), amplia selección de materiales y bajos costos de capital en equipos . Mejore continuamente los productos y responda rápida y eficazmente a los problemas en su línea de fabricación con plantillas y accesorios que mejoran los procesos de ensamblaje o control de calidad.

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Moldeo rápido por inyección de bajo volumen con moldes impresos en 3D

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Diseño de plantillas & Accesorios con impresión 3D

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Elección del proceso de fabricación rápido correcto

Dado que los procesos de fabricación evolucionan constantemente, los puntos de inflexión en los que tiene sentido pasar de una técnica a otra están cambiando debido a las mejoras en los equipos, los materiales y las economías de escala.

Las herramientas de fabricación rápida se están abriendo a una gama más amplia de aplicaciones de volumen bajo a medio a medida que el hardware y los materiales mejoran y el costo por pieza sigue cayendo.

Tenga en cuenta los siguientes factores al seleccionar un proceso de fabricación rápido:

• Forma: ¿Sus piezas tienen características internas complejas o requisitos de tolerancia estrictos? Dependiendo de la geometría de un diseño, las opciones de fabricación pueden ser limitadas o pueden requerir una optimización significativa del diseño para la fabricación (DFM) para que su producción sea económica.

• Volumen / costo: ¿Cuál es el volumen total o anual de piezas que planea fabricar? Algunos procesos de fabricación tienen altos costos iniciales de herramientas y configuración, pero producen piezas económicas por pieza. Por el contrario, los procesos de fabricación de bajo volumen tienen bajos costos de puesta en marcha, pero debido a los tiempos de ciclo más lentos, menos automatización y mano de obra, el costo por pieza permanece constante o disminuye solo marginalmente cuando aumenta el volumen.

• Plazo de entrega: ¿Con qué rapidez necesita que se produzcan piezas o productos terminados? Algunos procesos crean las primeras piezas en 24 horas, mientras que el herramental y la configuración para ciertos procesos de producción de alto volumen llevan meses. En algunos casos, las herramientas rápidas pueden acortar este tiempo de entrega de manera significativa.

• Material: ¿A qué tensiones y tensiones deberá resistir su producto? El material óptimo para una aplicación determinada viene determinado por una serie de factores. El costo debe equilibrarse con los requisitos funcionales y estéticos. Considere las características ideales para su aplicación específica y compárelas con las opciones disponibles en un proceso de fabricación dado.

Subcontratación frente a producción interna

Las empresas que buscan capitalizar el poder de las herramientas de fabricación rápida tienen la opción de subcontratar el trabajo a una oficina de servicios o producir internamente.

Empresas como 3D Hubs, Protolabs, Fictiv o las oficinas de servicios locales ofrecen servicios de fabricación y creación rápida de prototipos a pedido. Estas oficinas suelen tener varias tecnologías disponibles, incluidos los procesos aditivos y sustractivos.

Las principales desventajas de la subcontratación a las oficinas de servicios son el costo y el tiempo de entrega. Uno de los mayores beneficios de la fabricación rápida es su velocidad en comparación con los métodos de fabricación tradicionales, que disminuye rápidamente cuando una pieza subcontratada tarda una semana o incluso varias semanas en llegar.

La subcontratación de la fabricación de piezas también suele ser muy cara. Pero según la cantidad de piezas y el volumen de impresión, una empresa puede alcanzar el punto de equilibrio en unos pocos meses simplemente invirtiendo en una impresora 3D e imprimiendo internamente.

Introducción a la fabricación rápida

Los métodos tradicionales todavía tienen un lugar en la fabricación porque son más adecuados para la producción en masa. Pero cada vez más, las empresas se están orientando hacia la fabricación rápida como una forma de realizar producciones pequeñas. Los avances tecnológicos y los procesos asociados beneficiosos, como las herramientas de producción rápida y la fabricación híbrida, influyen en este cambio.

Vea cómo Formlabs hace que la fabricación rápida interna sea accesible para las empresas con impresoras 3D asequibles y de alto rendimiento.