Fabricación de prototipos con impresión 3D

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

Por lo tanto, la creación de prototipos es un proceso experimental a través del cual los equipos de diseño pueden materializar sus ideas. El prototipado es un proceso muy útil en diversos sectores, permitiendo realizar iteraciones hasta conseguir el resultado deseado.

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

Existen varios tipos de prototipos de productos con diferentes funciones:

• Prototipos de baja fidelidad: Los prototipos de baja fidelidad se pueden realizar en un corto periodo de tiempo, con gran inmediatez, y actúan como modelo de estudio, permitiendo analizar diferentes aspectos para realizar las modificaciones necesarias en el modelo antes de llegar al diseño del producto final.
• Prototipos de diseño :Se realizan prototipos de diseño 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 :Estos prototipos se realizan para analizar el comportamiento de los materiales utilizados y probar la funcionalidad del producto.
• Prototipos técnicos :En este caso, el prototipo se utiliza 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 llevar a cabo la producción en serie de un producto.

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

Prototipado rápido

Impresión 3D está directamente relacionado con el prototipado rápido por la inmediatez que ofrece este método de fabricación y las diversas posibilidades que ofrece en función de la tecnología utilizada y los materiales utilizados, lo que lo convierte en un método de fabricación muy utilizado para la creación de prototipos de baja fidelidad.

Video 1:creación rápida de prototipos de DLimit. Fuente:BCN3D.

El prototipado rápido mediante impresión 3D tiene como objetivofabricar modelos para probar uno o varios aspectos del producto y así poder modificarlo si es necesario de forma ágil e inmediata hasta conseguir el diseño final, asegurando tanto la forma como la funcionalidad del producto.

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

Las tecnologías de impresión 3D más extendidas son:

• Deposición de material fundido (FDM)
• Fotocurado selectivo de resinas (SLA)
• Sinterización selectiva por láser (SLS)

Una tabla de comparación entre ellos se puede ver a continuación:

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

Para profundizar en las 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 la impresión 3D de prototipos son:

Velocidad :Según la tecnología de impresión 3D utilizada, 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 utilizados, el uso de la impresión 3D para la creación de prototipos puede generar ahorros significativos en costos y recursos en comparación con otros métodos de fabricación tradicionales.

Sostenibilidad :Al contar con equipos de impresión 3D en las propias instalaciones de producción de la empresa, los prototipos se producen localmente, lo que reduce la huella de carbono producida 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 los residuos y el desperdicio de material.

De la creación de prototipos a la fabricación

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

Desarrollo de materiales

Uno de los factores que hacen posible la fabricación de pequeñas tiradas de piezas finales con impresión 3D es el desarrollo de materiales que posibilitan aplicaciones para entornos exigentes gracias a sus propiedades mecánicas o propiedades específicas.

Un ejemplo de ello son los materiales ESD, que están disponibles en forma de 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 los fabricantes de equipos, las prestaciones que ofrecen las impresoras 3D han mejorado notablemente, hasta el punto de poder fabricar piezas de alta 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 en 3D materiales biocompatibles; o las impresoras 3D SLS de Sinterit, que pueden producir piezas de alta 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 utilizados para el prototipado rápido en multitud de sectores. Gracias a la variedad de tecnologías, equipos y materiales, es posible encontrar soluciones para casi cualquier aplicación.