Creación de prototipos de alta calidad mediante impresión 3D

Un prototipo es el primer ejemplar de un producto a fabricar, que sirve como punto de partida para realizar las modificaciones necesarias, como modelo a replicar o como matriz para producir un molde.

Así, el prototipado es un proceso experimental mediante el cual los equipos de diseño pueden materializar sus ideas. El prototipado es un proceso muy útil en diversos sectores, permitiendo realizar iteraciones hasta lograr el resultado deseado.

Imagen 1: Prototipo de casco impreso en 3D con Raise Pro2 Plus. Fuente: KIDO Sports.

Existen varios tipos de prototipado de producto con diferentes funciones:

• Prototipos de baja fidelidad: Pueden realizarse en poco tiempo, con gran inmediatez, y actúan como modelo de estudio, permitiendo analizar distintos aspectos para hacer las modificaciones necesarias antes de llegar al diseño final del producto.
• Prototipos de diseño: Se realizan para validar el diseño del producto.
• Prototipos geométricos: Este tipo de prototipo se produce para comprobar la geometría del producto y modificarla si es necesario.
• Prototipos funcionales: Se realizan para analizar el comportamiento de los materiales usados y probar la funcionalidad del producto.
• Prototipos técnicos: En este caso, el prototipo se usa como modelo de estudio global, permitiendo analizar todas sus características.
• Prototipos de alta fidelidad: Consisten en la fabricación de un prototipo idéntico al producto final. Es muy recomendable realizar este tipo de prototipado antes de la producción en serie de un producto.

Actualmente existen varios procesos para la fabricación de prototipos, como mecanizado CNC, moldeo por inyección, o impresión 3D.

Prototipado rápido

La impresión 3D está directamente relacionada con el prototipado rápido por la inmediatez que ofrece este método de fabricación y las diversas posibilidades según la tecnología y materiales usados, siendo un método muy usado para prototipado de baja fidelidad.

Vídeo 1: Prototipado rápido de DLimit. Fuente: BCN3D.

El prototipado rápido mediante impresión 3D pretende fabricar modelos para testar uno o más aspectos del producto y así poder modificarlo si es necesario de forma ágil e inmediata hasta lograr el diseño final, asegurando tanto la forma como la funcionalidad del producto.

Para la fabricación de prototipos mediante impresión 3D, hay que tener en cuenta qué tecnología es la más adecuada. Cada tecnología tiene ventajas e inconvenientes, por lo que es necesario conocer los fundamentos en los que se basa su funcionamiento así como sus limitaciones para encontrar la más adecuada para cada necesidad.

Las tecnologías de impresión 3D más extendidas son:

• Deposición de material fundido (FDM)
• Curado selectivo de resinas por luz (SLA)
• Sinterizado selectivo por láser (SLS)

A continuación se muestra una tabla comparativa entre ellas:

Tabla 1: Comparativa entre tecnologías de impresión 3D. Fuente: Filament2print.

Para un análisis más profundo de características y limitaciones de cada tecnología, recomendamos leer el artículo "Cómo elegir la tecnología adecuada: FDM, SLA y SLS".

Algunas de las ventajas que ofrece el prototipado con impresión 3D son:

Velocidad: Según la tecnología de impresión 3D usada, la velocidad de producción será mayor o menor, pero la impresión 3D es, en general, un método de fabricación que ofrece inmediatez.

Ahorro de costes y recursos: Según la complejidad de la pieza y los materiales usados, el uso de impresión 3D para prototipar piezas puede conllevar un ahorro significativo de costes y recursos frente a otros métodos de fabricación tradicionales.

Sostenibilidad: Al tener equipos de impresión 3D en las propias instalaciones de la empresa, los prototipos se producen localmente, reduciendo la huella de carbono frente a la fabricación externa. Además, a menudo es posible trabajar con materiales biodegradables, reciclados o reciclables y, por la propia naturaleza del método de fabricación, se minimizan residuos y desperdicio de material.

Del prototipado a la fabricación

Inicialmente, la impresión 3D solo se usaba para prototipado. Sin embargo, ahora también se usa como método de fabricación adicional. Esto se debe principalmente a dos factores:

Desarrollo de materiales

Uno de los factores que permiten fabricar pequeñas series de piezas finales con impresión 3D es el desarrollo de materiales que permiten aplicaciones en entornos exigentes gracias a sus propiedades mecánicas o específicas.

Un ejemplo son los materiales ESD, disponibles en filamento, polvo e incluso resina, y que permiten fabricar productos con protección contra descargas electrostáticas.

Avances en tecnologías de impresión 3D

Gracias a los avances de los últimos años y al trabajo de I+D de fabricantes de equipos, las prestaciones de las impresoras 3D han mejorado significativamente, hasta poder fabricar piezas de gran complejidad con calidad industrial.

Todas las tecnologías de impresión 3D han avanzado considerablemente. Ejemplos son las impresoras 3D SLA de FormLabs para el sector médico y dental, Form 3B+ y Form 3BL, que pueden imprimir materiales biocompatibles; o las impresoras 3D SLS de Sinterit, que pueden producir piezas de gran complejidad sin necesidad de soportes, así como modelos de sobremesa como Lisa, Lisa Pro o Lisa X.

Imagen 3: Fabricación de productos finales para el sector dental. Fuente: FormLabs.

Sin duda, la fabricación mediante impresión 3D permite a usuarios profesionales producir prototipos e incluso piezas finales de calidad industrial, y es actualmente uno de los métodos de fabricación más usados para prototipado rápido en multitud de sectores. Gracias a la variedad de tecnologías, equipos y materiales, es posible encontrar soluciones para casi cualquier aplicación.