Protótipo rápido é um processo de desenho rápido que envolve uma ideia, prototipagem e teste de uma peça física, modelo ou construção usando um desenho 3D assistido por computador (CAD). A construção da peça, modelo ou montagem é normalmente realizada através da fabricação de aditivos, também conhecida como impressão 3D. A fabricação de aditivos descreve a tecnologia que é usada para construir objetos 3D através da adição de camadas sobre camadas de material.
Existem dois tipos de protótipos que são utilizados para descrever um produto. Um protótipo de alta fidelidade é quando o design combina com o produto final projetado. Enquanto que um tipo de baixa fidelidade é quando existe uma clara distinção entre o protótipo e o produto final.
Como funciona a Prototipagem Rápida?
Protótipo Rápido (RP) descreve muitas tecnologias de fabrico diferentes. A RP mais utilizada é a fabricação de aditivos. No entanto, outras tecnologias que são geralmente utilizadas para RP são a fundição, moldagem, extrusão e usinagem de alta velocidade.
Ao usar a fabricação de aditivos para o processo de prototipagem rápida, vários processos estabelecidos podem ser usados para construir protótipos.
Estes processos são:
- Subtractivo: Um pedaço de material é fatiado para criar a forma preferida usando moagem, torneamento ou fresagem.
- Compressivo: Um material semi-sólido ou líquido é alterado para a forma preferida antes do endurecimento, tal como na fundição, moldagem ou sinterização compressiva.
Quais são os Diferentes Tipos de Prototipagem Rápida?
Stereolitografia (SLA) ou Photopolimerização em Cuba
Este é um processo de fabricação de aditivos que é rápido e acessível. Esta técnica foi o primeiro método de impressão 3D a funcionar. Funciona utilizando um tanque de líquido fotossensível. Este líquido é então transformado em um sólido camada por camada através do uso de uma luz ultravioleta (UV) controlada por computador. Este processo é irreversível, e as peças SLA não podem ser revertidas para a forma líquida.
Selective Laser Sintering (SLS)
SLS é uma tecnologia de fabricação de aditivos que é usada para prototipagem de metal e plástico. Utiliza camadas de pó para criar um protótipo utilizando um laser de alta potência para aquecer e sinterizar o material em pó. As peças SLS são mais fracas do que o SLA. No entanto, o SLS é de baixo custo, requer tempo e mão-de-obra mínimos e oferece alta produtividade. Além disso, a superfície do produto acabado é áspera e requer mais trabalho para obter o produto acabado.
Fused Deposition Modelling (FDM) ou Material Jetting
FDM é um processo de fabricação de aditivos que é acessível, rápido, barato e um processo fácil de usar. Isto torna-o ideal para o desenvolvimento de produtos. O FDM pode ser localizado em muitas impressoras 3D não industriais de mesa. Ele cria um objeto físico de baixo para cima usando filamento termoplástico que é derretido dentro de um bocal de impressão. O bocal da impressora move-se para frente e para trás colocando plástico líquido camada por camada utilizando um programa de deposição por computador.
Fusão Seletiva a Laser (SLM) ou Fusão em Pó (PBF)
Esta é uma técnica de fabricação de aditivos favorita dos ventiladores porque seu processo é relativamente barato e faz peças multifacetadas de alta resistência. SLM é tipicamente usado por empresas automotivas, aeroespaciais, médicas, e de defesa. O método PBF usa um feixe de elétron ou laser de alta potência para fundir camada por camada e fundir material em pó para criar um protótipo ou peça de produção. O PBF utiliza qualquer material à base de pó, mas os materiais mais utilizados na RP incluem ligas de cobalto-cromo, alumínio, aço inoxidável, cobre e titânio.
Laminated Object Manufacturing (LOM) or Sheet Lamination
Este é um processo relativamente de baixo custo que não é tão complexo como o SLM ou SLS. O benefício do LOM é que não há necessidade de condições especiais de controle. A LOM trabalha montando materiais plásticos, metálicos e cerâmicos camada por camada que já foram cortados com feixes de laser ou um mecanismo de corte diferente para criar o desenho CAD. Cada camada de material é colada com cola em cima da anterior até que o componente esteja terminado. Um problema com este estilo de fabricação de aditivos é que as peças cerâmicas precisam ser decubadas tornando-as trabalhosas, envolvendo tempos de processamento mais longos.
Digital Light Processing (DLP)
DLP é muito semelhante à técnica SLA, pois o DLP também usa a polimerização de resinas que são curadas (temperadas) usando uma fonte de luz. A fonte de luz DLPs vem da luz UV de um projetor enquanto a fonte de luz SLA vem de feixes de laser UV. Mesmo que o DLP seja mais rápido e mais barato que o SLA, o DLP normalmente precisa de estruturas de suporte e cura pós-construção.
Uma forma diferente de DLP é a Produção de Interface Líquida Contínua (CLIP). O CLIP usa projeção de luz digital para formar uma peça que é continuamente puxada de uma cuba e não usa camadas. Como o material é puxado da cuba, uma seqüência de imagens UV é projetada sobre ela para mudar sua forma. Isto endurece a peça e cria o protótipo.
Binder Jetting
Esta técnica de fabricação aditiva permite que uma ou mais peças sejam impressas ao mesmo tempo. Quando comparadas ao SLS, as peças criadas não são tão fortes. Este processo funciona através do uso de bicos para pulverizar agentes aglutinantes líquidos para unir partículas de pó criando uma camada da peça. Camada por camada, o pó é adicionado, compactado e espalhado por um rolo, e o aglutinante é adicionado. Finalmente, a peça é criada através de camadas de pó e aglutinante. Quando terminada, a peça é curada em um forno para singetizar o ligante que funde o pó no produto acabado.
Aplicações
Estes processos são usados por designers de produto, engenheiros e equipes de desenvolvimento para a rápida fabricação de peças de protótipos. Os protótipos são extremamente benéficos para os designers de produto porque as peças ajudam na visualização, desenho e desenvolvimento do processo de fabricação antes da produção em massa.
Protótipo rígido existe desde o final dos anos 80 e foi originalmente usado para criar peças e modelos em escala para a indústria automotiva. Desde então, tem sido aplicado em uma ampla gama de indústrias, como a médica e aeroespacial. Uma aplicação na indústria dentária é onde a RP é utilizada para criar vários moldes dentários, tais como coroas.
Finalmente, o ferramental rápido é outra aplicação da RP que permite a uma pessoa produzir um produto de forma rápida e barata. É a criação de um molde em um período de tempo reduzido. No ferramental rápido, uma peça como uma cunha de sensor de ultra-som é criada e usada como ferramenta em um processo diferente.
Quais são as vantagens?
A lista de vantagens da prototipagem rápida é infinita. A RP permite que um designer de produto, engenheiros e equipes de desenvolvimento de produto possam ver uma visão mais completa de como seu produto aparecerá ou funcionará no início do processo de design e fabricação. Isto permite que alterações ou melhorias sejam feitas nas fases iniciais do processo, poupando tempo e dinheiro a um designer. O tempo que a RP leva pode variar de alguns dias a meses e depende em grande parte da técnica de fabricação de aditivos utilizada.
Duas outras grandes vantagens da RP são a relação custo-eficácia e a precisão. A RP é uma forma extremamente acessível de protótipo de produtos porque é um processo automatizado que não requer muita gente para operar. Também é rentável porque a RP pode agir rapidamente e resolver quaisquer problemas de forma a diminuir o risco de erros dispendiosos durante a fase de fabrico. A RP é uma técnica tremendamente precisa devido à sua capacidade de ser utilizada com desenhos assistidos por computador (CAD). Isto permite diminuir a quantidade de material desperdiçado e não há necessidade de ferramentas especializadas para a prototipagem de cada produto específico.
RP permite aos designers mostrar as suas ideias únicas aos membros da administração, clientes e investidores de uma forma que lhes permita compreender e aprovar o produto. Clientes e clientes são capazes de fornecer aos designers um feedback mais preciso porque são capazes de ver como o produto realmente será, com base no produto físico que podem ver e tocar, em vez de algo que têm de imaginar ou observar visualmente num desenho 2D.
Por último, o processo RP livra-se da necessidade de criar produtos personalizados a partir do zero. É um processo interactivo que permite que as necessidades dos seus clientes sejam integradas nos desenhos através de meios acessíveis. Este processo permite à RP proporcionar maior escolha e flexibilidade aos clientes.
Quanto custa?
O custo varia muito, dependendo de uma multiplicidade de factores diferentes. Estes fatores incluem o tamanho físico da peça, método de usinagem, quantidade, acabamento superficial, volume ou quantidade de material utilizado para criar a peça, custos de mão-de-obra e quanto processamento pós-produção precisa ser feito.