La creación rápida de prototipos es un proceso de diseño rápido que implica una idea, la creación de un prototipo y la prueba de una pieza física, un modelo o un edificio utilizando un diseño 3D asistido por ordenador (CAD). La construcción de la pieza, el modelo o el ensamblaje suele llevarse a cabo mediante la fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D. La fabricación aditiva describe la tecnología que se utiliza para construir objetos 3D añadiendo capa sobre capa de material.
Hay dos tipos de prototipos que se utilizan para describir un producto. Un prototipo de alta fidelidad es cuando el diseño coincide con el producto final proyectado. Mientras que un tipo de baja fidelidad es cuando hay una clara distinción entre el prototipo y el producto final.
¿Cómo funciona la creación rápida de prototipos?
La creación rápida de prototipos (RP) describe una gran cantidad de tecnologías de fabricación diferentes. El RP más utilizado es la fabricación aditiva. Sin embargo, otras tecnologías que suelen utilizarse para el RP son la fundición, el moldeado, la extrusión y el mecanizado de alta velocidad.
Cuando se utiliza la fabricación aditiva para el proceso de prototipado rápido, se pueden utilizar varios procesos establecidos para construir prototipos.
Estos procesos son:
- Sustractivos: Se corta un trozo de material para crear la forma preferida utilizando el esmerilado, el torneado o el fresado.
- Compresiva: Un material semisólido o líquido es alterado en la forma preferida antes de su endurecimiento, al igual que con la fundición, el moldeado o la sinterización por compresión.
¿Cuáles son los diferentes tipos de prototipado rápido?
La estereolitografía (SLA) o fotopolimerización en cuba
Es un proceso de fabricación aditiva que es rápido y asequible. Esta técnica fue el primer método de impresión 3D que funcionó. Funciona utilizando un tanque de líquido fotosensible. Este líquido se convierte en un sólido capa por capa mediante el uso de una luz ultravioleta (UV) controlada por ordenador. Este proceso es irreversible, y las piezas de SLA no pueden volver a su forma líquida.
Selective Laser Sintering (SLS)
El SLS es una tecnología de fabricación aditiva que se utiliza para la creación de prototipos de metal y plástico. Utiliza capas de polvo para crear un prototipo utilizando un láser de alta potencia para calentar y sinterizar el material en polvo. Las piezas de SLS son más débiles que las de SLA. Sin embargo, el SLS es de bajo coste, requiere un tiempo y una mano de obra mínimos y ofrece una alta productividad. Además, la superficie del producto terminado es rugosa y requiere más trabajo para obtener el producto terminado.
El modelado por deposición fundida (FDM) o chorro de material
El FDM es un proceso de fabricación aditiva asequible, rápido, barato y un proceso fácil de usar. Esto lo hace ideal para el desarrollo de productos. FDM se puede encontrar en una gran cantidad de impresoras 3D de escritorio no industriales. Crea un objeto físico de abajo hacia arriba utilizando filamento termoplástico que se funde dentro de un barril de boquilla de impresión. La boquilla de la impresora se mueve de un lado a otro colocando el plástico líquido capa por capa mediante un programa de deposición por ordenador.
Fusión selectiva por láser (SLM) o fusión de lecho de polvo (PBF)
Esta es una de las técnicas de fabricación aditiva favoritas de los aficionados porque su proceso es relativamente barato y permite fabricar piezas multifacéticas de alta resistencia. Las empresas de automoción, aeroespaciales, médicas y de defensa suelen utilizar el SLM. El método PBF utiliza un haz de electrones o un láser de alto polvo para fundir capa por capa y fusionar el material en polvo para crear un prototipo o una pieza de producción. El PBF utiliza cualquier material base en polvo, pero los materiales más frecuentes utilizados en el RP incluyen aleaciones de cromo-cobalto, aluminio, acero inoxidable, cobre y titanio.
Fabricación de objetos laminados (LOM) o laminación de láminas
Se trata de un proceso de coste relativamente bajo que no es tan complejo como el SLM o el SLS. La ventaja de LOM es que no se necesitan condiciones de control especiales. El LOM funciona ensamblando capa por capa materiales plásticos, metálicos y cerámicos que ya han sido cortados con rayos láser o un mecanismo de corte diferente para crear el diseño CAD. Cada capa de material se une con pegamento sobre la anterior hasta que el componente está terminado. Uno de los problemas de este tipo de fabricación aditiva es que las piezas de cerámica tienen que ser decubiertas, lo que hace que se requiera mucha mano de obra, lo que implica tiempos de procesamiento más largos.
Procesamiento digital de la luz (DLP)
El DLP es muy similar a la técnica SLA en el sentido de que el DLP también utiliza la polimerización de resinas que se curan (endurecen) utilizando una fuente de luz. La fuente de luz de DLP proviene de la luz UV de un proyector, mientras que la fuente de luz de SLA proviene de rayos láser UV. Aunque la DLP es más rápida y más barata que la SLA, la DLP suele necesitar estructuras de soporte y un curado posterior.
Una forma diferente de DLP es la producción de interfaz líquida continua (CLIP). CLIP utiliza la proyección digital de luz para formar una pieza que se extrae continuamente de una cuba y no utiliza capas. A medida que se extrae el material de la cuba, se proyecta sobre él una secuencia de imágenes UV para cambiar su forma. Esto endurece la pieza y crea el prototipo.
Binder Jetting
Esta técnica de fabricación aditiva permite imprimir una o más piezas al mismo tiempo. En comparación con el SLS, las piezas creadas no son tan resistentes. Este proceso funciona utilizando boquillas para rociar agentes aglutinantes líquidos para unir las partículas de polvo creando una capa de la pieza. Capa a capa, se añade el polvo, se compacta y se extiende con un rodillo, y se añade el aglutinante. Finalmente, la pieza se crea mediante la superposición de polvo y aglutinante. Una vez terminada, la pieza se cura en un horno para chamuscar el aglutinante que fusiona el polvo en el producto terminado.
Aplicaciones
Estos procesos son utilizados por diseñadores de productos, ingenieros y equipos de desarrollo para la fabricación rápida de prototipos de piezas. Los prototipos son extremadamente beneficiosos para los diseñadores de productos porque las piezas ayudan a visualizar, diseñar y desarrollar el proceso de fabricación antes de producirlo en masa.
El prototipado rápido existe desde finales de la década de 1980 y se utilizó originalmente para crear piezas y modelos a escala para la industria del automóvil. Desde entonces, se ha aplicado a una amplia gama de industrias, como la médica y la aeroespacial. Una de las aplicaciones en la industria dental es que la RP se utiliza para crear varios moldes dentales, como las coronas.
Por último, el utillaje rápido es otra aplicación de la RP que permite fabricar un producto de forma rápida y barata. Se trata de la creación de un molde en un periodo de tiempo reducido. En el utillaje rápido, se crea una pieza como una cuña de sensor de ultrasonidos y se utiliza como herramienta en un proceso diferente.
¿Cuáles son las ventajas?
La lista de ventajas del prototipado rápido es interminable. La RP permite al diseñador de un producto, a los ingenieros y a los equipos de desarrollo de productos ver una visión más completa de cómo será o funcionará su producto al principio del proceso de diseño y fabricación. Esto permite realizar modificaciones o mejoras en las primeras fases del proceso, ahorrando tiempo y dinero al diseñador. El tiempo que tarda el RP puede variar desde un par de días hasta meses y depende en gran medida de la técnica de fabricación aditiva utilizada.
Otras dos grandes ventajas de la PR son la rentabilidad y la precisión. La RP es una forma extremadamente asequible de crear prototipos de productos porque es un proceso automatizado que no requiere muchas personas para operar. También es rentable porque la PR puede actuar con rapidez y resolver cualquier problema para reducir el riesgo de errores costosos en la fase de fabricación. La RP es una técnica tremendamente precisa gracias a su capacidad para ser utilizada con diseños asistidos por ordenador (CAD). Esto permite reducir la cantidad de material que se desperdicia y no hay necesidad de herramientas especializadas para crear el prototipo de cada producto específico.
RP permite a los diseñadores mostrar sus ideas únicas a los miembros de la junta directiva, los clientes y los inversores de forma que puedan comprender y aprobar el producto. Los clientes son capaces de proporcionar a los diseñadores comentarios más precisos porque pueden ver cómo será realmente el producto, basándose en el producto físico que pueden ver y tocar, en lugar de algo que tienen que imaginar u observar visualmente en un dibujo 2D.
Por último, el proceso de RP elimina la necesidad de crear productos personalizados desde cero. Es un proceso interactivo que permite integrar las necesidades de sus clientes en los diseños a través de medios asequibles. Este proceso permite que el RP ofrezca más opciones y flexibilidad a los clientes.
¿Cuánto cuesta?
El coste varía enormemente en función de una multitud de factores diferentes. Estos factores incluyen el tamaño físico de la pieza, el método de mecanizado, la cantidad, el acabado de la superficie, el volumen o la cantidad de material utilizado para crear la pieza, los costes de mano de obra y la cantidad de procesamiento posterior a la producción que deba realizarse.