Elementos Clave del Prototipado Físico para el Desarrollo de Productos

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El desarrollo de cualquier producto comienza con el diseño del producto. El diseño conceptual se convierte luego en un prototipo físico. El desarrollo de prototipo físico es un paso esencial en el desarrollo de un nuevo producto o nueva tecnología. Generalmente se hace para evaluar y probar el diseño por los analistas del sistema.

Un prototipo físico puede ser cualquier cosa desde un modelo simple hecho a mano hasta un modelo totalmente operativo que representa cómo el diseño conceptual corresponderá a condiciones del mundo real. Hoy en día los prototipos físicos son fáciles de fabricar por la introducción de varias técnicas de prototipado rápido que ahorran tiempo y son rentables, fabricando un gran número de prototipos físicos efectivos en menos tiempo atrayendo muchos clientes debido a mejor estética y acabado de un prototipo físico.

Tipos de Prototipos Físicos

1. Prototipo Funcional

Un prototipo funcional es un prototipo físico desarrollado de manera que representa todas las características del diseño conceptual. Un prototipo funcional también es funcional y corresponderá a condiciones del mundo real.

2. Prototipo Visual

Un prototipo visual es un prototipo físico que solo se desarrolla para representar la apariencia, dimensiones y forma del diseño conceptual. Un prototipo visual no está destinado a representar la funcionalidad del diseño conceptual.

3. Prototipo Operativo

Un prototipo operativo es similar al prototipo funcional excepto que el prototipo operativo puede ser desarrollado con una escala y técnica diferente a la del producto original.

4. Prototipo de Experiencia de Usuario

Es un tipo de prototipo físico desarrollado de manera que proporciona suficiente información sobre el producto que se está desarrollando para ser usado por investigadores para propósitos de investigación adicionales.
Prototipado Rápido: Desarrollo de Prototipado Físico

El desarrollo de prototipos generalmente se hace mediante el empleo de técnicas de prototipado rápido por los fabricantes. Estas técnicas de prototipado rápido son rentables y ahorran tiempo. Además, los prototipos producidos por estas técnicas son efectivos y atractivos debido a su estética. Estas técnicas de prototipado rápido están dejando huella en las industrias y son una revolución. La fabricación del producto generalmente se hace por impresora 3D u otra tecnología de fabricación aditiva por capas utilizando los datos del modelo CAD.

La impresión 3D es una técnica común de prototipado rápido hoy en día en la que el material se solidifica bajo la acción de una computadora usando los datos de un modelo CAD para formar el prototipo físico. La impresora 3D se está volviendo popular entre clientes domésticos e industriales porque el material usado en impresión 3D está fácilmente disponible y es más barato comparado con otras técnicas de fabricación.

El software de modelado moderno también está ayudando hacia el prototipado rápido. Este software guarda el modelo CAD en formato AMF en lugar de formato STL que produce menos errores comparado con el formato STL. La interfaz de este software también es amigable para el usuario facilitando el diseño en ellos.

Las máquinas CNC también están siendo empleadas por los fabricantes para convertir el modelo conceptual en un prototipo físico. Es una máquina de control numérico que usa códigos G y M para corte, taladrado, mandrinado y otras operaciones de fabricación. El modelo CAD se convierte en directivas de fabricación usando software CAM. La transformación de directivas en códigos G y M permite a la máquina producir un prototipo físico altamente preciso. Las máquinas CNC modernas que se usan hoy en día son de 5 ejes lo que permite a la herramienta moverse a lo largo de 5 ejes diferentes al mismo tiempo permitiendo a la máquina producir piezas altamente efectivas y precisas.

La diferencia entre la impresora 3D y CNC está marcada por el material que se usa para la fabricación. CNC generalmente se usa para prototipos metálicos, mientras que la impresora 3D usualmente utiliza ABS, PLA y PLA blando para desarrollo de prototipos físicos. Además, una impresora 3D típica utiliza mucho menos espacio comparado con un CNC, torno o máquina de rectificado de precisión haciéndola una opción mucho más adecuada para los fabricantes. Pero generalmente, la elección de la técnica de prototipado rápido usualmente depende de la elección del material para el prototipo físico. Otras técnicas de prototipado rápido que se emplean hoy en día son:

*Fabricación por Deposición de Forma (SDM) (y Molde SDM)

*Curado Sólido de Suelo (SGC)

*Sinterizado Láser Selectivo (SLS)

*Fusión Láser Selectiva (SLM)

*Estereolitografía (SLA)

*Fabricación de Partículas Balísticas (BPM)

*Fabricación por Luz Dirigida (DLF)

*Fundición Directa de Carcasa de Producción (DSPC)

*Modelado por Deposición Fundida (FDM)

*Fabricación de Objetos Laminados (LOM)

*Impresión de Resina Laminada (LRP)

Importancia del Prototipo Físico

El desarrollo del prototipo físico es necesario antes del desarrollo de un producto. Un prototipo ayuda a determinar muchos factores del futuro producto a desarrollar como se describe a continuación

1. Determinación del Costo de Producción y Problemas

A través del desarrollo de prototipo físico antes del comienzo de la producción real permite a los fabricantes echar un vistazo a cualquier dificultad que podría surgir durante las operaciones de fabricación. Así cualquier operación de fabricación puede ser editada o removida. Esto hace el costo de producción mínimo. Y permite al fabricante elegir el método óptimo para desarrollo del producto que le costará menos y producirá productos precisos y sin errores.

2. Evaluación y Prueba del Producto

Un diseño conceptual puede diferir del producto real lo que puede crear muchos problemas para el fabricante. Esto puede resolverse creando primero un prototipo físico por cualquier técnica de prototipado rápido para que el diseño conceptual pueda ser probado en condiciones del mundo real. Esto permite al fabricante revisar todas las partes y enmiendas en el diseño pueden hacerse en consecuencia. Además, cada parte puede ser evaluada y probada en condiciones del mundo real lo que hace fácil para el fabricante ver cualquier dificultad que podría surgir después de la fabricación del producto.

3. Venta del Producto

Un prototipo físico atraerá más clientes comparado con un mero diseño. El cliente puede ser explicado el producto mejor con el prototipo comparado con el diseño. El cliente conocerá las características ocultas del producto por un prototipo funcional. Además, la estética del prototipo físico debido al empleo de técnicas de prototipado rápido puede atraer fácilmente más clientes. Por lo tanto, las ventas del producto pueden predecirse antes de la producción del producto.

4. Patente

Un nuevo diseño o producto puede patentarse fácilmente. Con un prototipo físico en mano, es fácil ver qué características del diseño pueden patentarse y qué partes necesitan ser editadas para ser patentables. Esto protege a los fabricantes de cualquier demanda que pueda presentarse contra ellos en caso de similitud con un producto ya patentado. Además, es mucho más fácil describir las características clave a un abogado de patentes con un prototipo físico en lugar de un diseño conceptual para que la patente pueda presentarse.

Diferencia entre un Prototipo y Producto Real

Aunque los ingenieros y desarrolladores intentan lo mejor para minimizar las diferencias entre el prototipo y el producto real. Pero en general, un prototipo puede diferir del producto real en términos del material usado, el proceso de mecanizado, apariencia, etc.

El material usado para el producto final es costoso y difícil de fabricar, así que un prototipo usualmente está hecho de material que es fácil de fabricar pero con el material cuyas propiedades son idénticas a las del producto final. En algunos casos, el material usado para el producto final no está disponible así que el prototipo se hace de material idéntico. La diferencia en el material puede cambiar la apariencia y acabado del producto final comparado con el prototipo.

Los productos finales a menudo se producen en grandes números así que el proceso de fabricación puede diferir, donde el producto final a menudo se desarrolla por algún método de producción en masa que es rentable y ahorra tiempo. Este proceso de fabricación no puede usarse a menudo para el prototipo ya que el material a menudo no es el mismo. Además, los procesos de fabricación del producto final podrían ser complejos así que el prototipo a menudo se produce usando alguna técnica simple. Esto también puede llevar a la diferencia en la apariencia del producto final y prototipo.

Las técnicas de inspección de calidad de prototipo y producto final también pueden diferir. El producto final que se supone se venderá en el mercado pasa por varias pruebas de inspección de calidad. Mientras que el prototipo físico no es inspeccionado de la misma manera que el producto final debido a diferencias en el material y las técnicas de fabricación.

Conclusión

Es evidente que el desarrollo de prototipo físico es un proceso necesario en las industrias hoy en día para evaluar y probar el diseño antes de entrar en la fase de fabricación. Además, el prototipo físico predice el costo de fabricación y cualquier dificultad que pueda surgir durante el proceso para que el fabricante elija el método óptimo rentable.

Un prototipo físico también atrae más clientes comparado con diseño conceptual. Y con el desarrollo de software y técnicas de prototipado rápido, no es difícil producir un prototipo en mucho menos tiempo y con mayor precisión. Puede diferir un poco del producto real pero es efectivo en las ventas del producto en industrias modernas.