Prototipado rápido explicado: cómo elegir el método adecuado para su producto

Si recientemente ha ideado un diseño de producto, probablemente ha respondido algunas preguntas comunes que su fabricante podría tener. Por ejemplo, ¿cuáles son su elección de material, dimensiones, requisitos de resistencia y tolerancia, y cuántas unidades busca producir?

Sin embargo, incluso tras responder todas estas preguntas, no puede descartar la posibilidad de fallo al comenzar la producción en masa. Una forma en que los diseñadores de primer nivel mitigan estos riesgos es mediante prototipado rápido. Este artículo explica el prototipado rápido y proporciona consejos para elegir el método ideal.

¿Qué es el prototipado rápido?

Prototipado rápido implica fabricar piezas de muestra de su producto para probar ajuste, función, fabricabilidad, apariencia y resistencia. Permite detectar fallos de diseño temprano en el desarrollo para tomar medidas correctivas. Sin embargo, debido a las varias tecnologías de prototipado rápido disponibles, puede estar confundido sobre elegir la tecnología y método ideal para su proyecto.

Elegir el método ideal de prototipado rápido

Tres métodos comúnmente usados incluyen:

1. Impresión 3D
2. Moldeo por inyección
3. Mecanizado CNC

#1 Impresión 3D

La impresión 3D es un proceso de fabricación aditiva —significa que implica añadir porciones de material en capas para formar el prototipo deseado. Es el método más común para prototipado rápido por su alta precisión, compatibilidad de materiales y bajo coste (especialmente para bajo volumen).

Figura 1: El proceso de impresión 3D

Sin embargo, las tecnologías de impresión 3D vienen en varios tipos, cada una con capacidades e idoneidad diferentes. Por ejemplo, tres tecnologías comúnmente usadas incluyen:

• Modelado por Deposición Fundida (FDM)
• Estereolitografía (SLA)
• Sinterizado Láser Selectivo (SLS)

Modelado por Deposición Fundida (FDM)

El FDM es el método de impresión 3D más popular para prototipado rápido. Las impresoras FDM funcionan extruyendo filamentos termoplásticos (como PLA y ABS) capa a capa a través de una boquilla calentada. Típicamente tienen un tamaño máximo de construcción de 320 x 132 x 154 mm y son adecuadas para prototipos que someterá a pruebas de ajuste de forma.

Por ejemplo, la Figura 2 muestra el prototipo de una carcasa para Raspberry Pi creado con impresora FDM para pruebas de ajuste.

Figura 2: Carcasa Raspberry Pi impresa FDM

Sin embargo, el tamaño de la boquilla de extrusión define la resolución de una pieza impresa FDM. Por tanto, FDM podría no ser ideal para crear prototipos que requieran detalles intrincados.

Estereolitografía (SLA)

Una impresora 3D SLA crea prototipos usando un láser de alta precisión. Este láser cura resina líquida, eliminando el desafío de baja resolución común en FDM. Como resultado, las impresoras SLA pueden lograr mayor exactitud y detalles más finos que FDM.

Debería optar por SLA si busca crear prototipos visuales detallados que requieran tolerancias ajustadas, precisión absoluta y acabado superficial liso. Sin embargo, tenga en cuenta que SLA típicamente tiene un tamaño máximo de construcción de 145 x 145 x 175 mm.

Figura 3: Prototipo creado con impresora SLA

Sinterizado Láser Selectivo (SLS)

En SLS, láseres sinterizan material en polvo (usualmente poliamida o nailon) en capas para crear el prototipo. La impresión 3D SLS es genial para crear prototipos totalmente funcionales que requieran buenas propiedades mecánicas. Ofrece mayor tamaño de construcción (300 x 300 x 300 mm) que SLA pero produce piezas con acabado superficial más rugoso.

Figura 4: Prototipo creado con impresora SLS

#2 Moldeo por inyección

El moldeo por inyección es un método que usa moldes para crear prototipos. Para crear prototipos, su fabricante primero crea un molde con la forma de su producto deseado. Luego, calienta un polímero termoplástico, volviéndolo fluido fundido. Este fluido se inyecta en la cavidad del molde a través de un sistema de canales para formar la forma deseada.

Figura 5: Proceso de moldeo por inyección

El moldeo por inyección es compatible con muchos materiales (termoplásticos, metales, caucho de silicona líquido) y puede crear diseños complejos. Sin embargo, suele ser ideal para producir varias réplicas de un prototipo, especialmente cuando necesita realizar una serie de pruebas.

Por ejemplo, considere la Figura 6, que muestra un prototipo de ratón (hecho de caucho de silicona) sin sistema eléctrico.

Figura 6: Prototipo de ratón

En este escenario, puede crear varias unidades para probar ergonomía —es decir, cómo este ratón afecta la capacidad del usuario para trabajar cómoda y eficazmente. Puede determinar cómo el diseño se adapta a la mano o cómo restringe movimiento o circulación sanguínea.

Los resultados pueden ayudarle a tomar medidas de diseño para reducir riesgos de síndrome del brazo de ratón y túnel carpiano.

#3 Mecanizado CNC

El mecanizado CNC es un método de fabricación sustractivo —crea el prototipo deseado removiendo porciones de material de una pieza usando herramientas de corte. La tecnología de control numérico computarizado (CNC) automatiza la secuencia de movimiento de la herramienta y la pieza para crear sus prototipos.

Figura 7: El proceso de mecanizado CNC

El mecanizado CNC es generalmente el mejor método de prototipado rápido para piezas metálicas, especialmente cuando necesita crear prototipos funcionales altamente precisos (como utillajes, fijaciones y componentes para aplicaciones finales). Por ejemplo, las máquinas CNC pueden lograr tolerancias de 0,004 mm y resistencia mecánica de hasta 136 MPa. Sin embargo, la naturaleza sustractiva significa que algunas características pueden ser difíciles de fabricar (por ejemplo, undercuts).

Más información: Entienda cómo diseñar para mecanizado CNC.

Servicios de prototipado rápido: Gensun puede ayudar

La impresión 3D, moldeo por inyección y mecanizado CNC son capaces de crear una amplia gama de prototipos rápidamente. Sin embargo, el éxito de su proyecto depende principalmente del taller con el que trabaje.

Gensun Precision Machining es un proveedor líder de servicios de prototipado rápido en Asia. No solo tenemos capacidades de impresión 3D, moldeo por inyección y mecanizado CNC, sino también ingenieros altamente capacitados y expertos en control de calidad que trabajan juntos para hacer su producto correctamente.

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