Prototipado rápido: qué es, cómo se hace y por qué es necesario

INTRODUCCIÓN

Con la llegada de nuevas tecnologías como la impresión 3D, el proceso de prototipado y desarrollo de todas las empresas se ha revolucionado: así nació lo que hoy se llama Prototipado Rápido.

La necesidad de acortar la fase de desarrollo de un producto para anticipar el lanzamiento de la producción en el mercado ha empujado a las empresas hacia las manufacturas aditivas que permitían tener prototipos funcionales en muy poco tiempo: hoy, con las tecnologías actuales, se trata en promedio de 3-7 días.

En esta guía se recoge todo lo que hay que saber sobre el Prototipado Rápido: tecnologías utilizadas, ventajas y desventajas, tiempos de producción y costos.

¿QUÉ SIGNIFICA PROTOTIPADO?

El prototipado es una fase del diseño en la que se realiza un modelo que permite al diseñador evaluar su idea desde el punto de vista conceptual, pero también funcional y técnico.

El prototipo es el primer ejemplar de un objeto en el que se realizan pruebas y modificaciones antes de proceder a la producción en serie.

¿QUÉ ES EL PROTOTIPADO RÁPIDO?

El prototipado rápido se refiere a una serie de tecnologías industriales que tienen como objetivo realizar un prototipo a partir de un modelo tridimensional digital (archivo CAD).

Reemplaza la producción artesanal del prototipo, que una vez se confió a la modelización con técnicas tradicionales.

Por lo general, son tecnologías aditivas, es decir, parten de la materia en forma base (polvo, filamento o resina) para obtener partes complejas que sería imposible obtener con técnicas tradicionales de remoción de un bloque único de material.

La ventaja clave por la cual el prototipado rápido se ha convertido en un estándar de mercado radica en la reducción de los tiempos necesarios para la realización del prototipo: en promedio se pasa de los 60-75 días a los 3-7 días para la realización y la entrega. Esta reducción de tiempos conduce a tiempos de go to market significativamente menores, reduciendo drásticamente las ganancias perdidas.

¿PARA QUÉ SIRVE EL PROTOTIPADO RÁPIDO?

El prototipado rápido sirve para reducir los costos y los tiempos de desarrollo de un nuevo producto y para probar el resultado final, permitiendo al diseñador intervenir rápidamente con correcciones o modificaciones que mejorarán el producto. De esta manera, se puede posicionar de manera más rápida y eficiente un nuevo modelo en el mercado.

¿CÓMO SE UTILIZA EL PROTOTIPADO RÁPIDO?

El prototipado rápido se utiliza de manera transversal en todos los principales sectores industriales, desde el sector mecánico hasta el de la automoción, desde el sector de la óptica hasta el médico.

Este proceso puede ser insertado en diferentes fases del ciclo productivo: se puede utilizar en una fase de primer diseño, durante las pruebas con los usuarios, para presentaciones y eventos feriales, durante las pruebas de producción.

¿CUÁLES SON LAS FASES DEL CICLO DE PROTOTIPADO RÁPIDO?

• Preparación del archivo 3D, generalmente en formato STL a partir de un modelo CAD preparado por el diseñador o a través de ingeniería inversa, es decir, creando un modelo a partir de una pieza ya realizada, tal vez con la ayuda de un escáner 3D;
• Gestión del modelo 3D, con la reparación de la malla, orientación de la pieza, preparación de la bandeja de impresión (nesting) y de las capas de impresión (slicing);
• Impresión del prototipo capa por capa según la diferente tecnología utilizada;
• Fase de Post Processing, es decir, el acabado de la pieza, mediante la eliminación de soportes o material en exceso y la mejora de las superficies mediante arenado o teñido para hacer el producto final lo más similar posible al deseado.

¿QUÉ VENTAJAS OFRECE LA MANUFACTURA ADITIVA COMO LA IMPRESIÓN FDM Y LA IMPRESIÓN SLA?

La principal ventaja ofrecida por la tecnología FDM es la amplia gama de materiales con propiedades mecánicas excelentes, como PEEK o materiales reforzados con carbono que pueden replicar materiales similares de producción. Los principales límites son dados por los layer que son muy visibles y por la no impermeabilidad de las partes.

La impresión SLA, por otro lado, ofrece partes muy definidas con un rendimiento estético muy alto y una superficie lisa e impermeable; por contra, las resinas resultan no resistentes a un esfuerzo mecánico. Finalmente, las piezas realizadas con tecnología SLA, requieren la eliminación de los soportes creados para su realización.

¿QUÉ VENTAJAS OFRECE LA MANUFACTURA ADITIVA CON LA IMPRESIÓN MJF?

Las partes realizadas con tecnología Multi Jet Fusion (MJF) tienen excelentes características tanto estéticas como funcionales, garantizan propiedades mecánicas muy cercanas a las de las piezas realizadas mediante moldeo por inyección y también un acabado homogéneo y agradable; además, no necesitan soportes y son isotrópicas.

La tecnología MJF replica innumerables materiales de moldeo por inyección como PA12, PA11, PP o PA12 cargado de vidrio.

¿CUÁLES SON LOS LÍMITES DEL PROTOTIPADO RÁPIDO?

Los principales límites del prototipado rápido son los costos para producciones superiores a 1000 piezas, donde las técnicas tradicionales son convenientes, y la gama de acabados y materiales aún no muy amplia.

¿CUÁLES SON LAS REGLAS PARA CREAR UN GRAN PROTOTIPO?

• Verificación del archivo 3D: verificar que la malla del modelo esté cerrada y realizada correctamente;
• Verificación de los espesores: comprobar que los espesores son, en su punto más estrecho, superiores a 1 mm;
• Verificación de las tolerancias: comprobar que las tolerancias del material y la tecnología elegidos para la producción son compatibles con los requisitos del proyecto;
• Warpage: procurar evitar piezas planas sin refuerzos que puedan deformarse.

¿CÓMO REDUCIR LOS COSTES DEL PROTOTIPADO RÁPIDO?

Los factores que contribuyen al precio del prototipado rápido son el volumen de material, el tiempo de máquina y el espacio ocupado en la plancha de impresión.

Para reducir estos valores, se pueden disminuir los espesores hasta en un par de milímetros, vaciar las superficies sólidas, procurando dejar huecos para que salga el material de soporte, y reducir al máximo el tamaño del objeto.

Conclusiones 

Hemos visto cómo el prototipado rápido ha sido la mayor innovación de los últimos años en los departamentos de investigación y desarrollo: permite diseñar, probar, analizar y optimizar en un rápido ciclo continuo, lo que reduce los tiempos de go to market y da lugar a productos más probados y optimizados.

Las tecnologías que permitieron el nacimiento del concepto de prototipado rápido siguen desarrollándose y mejorando año tras año: baste decir que hasta 2015 no existía la revolucionaria MJF Printing. Por este motivo, incluso las grandes empresas, incapaces de permitirse impresoras como la HP MJF 5200, prefieren recurrir a servicios externos: de este modo, siempre tienen acceso a las nuevas tecnologías o materiales que ofrece el mercado.

Si está interesado en el prototipado rápido o aún tiene preguntas, póngase en contacto con nosotros. Si, por el contrario, desea evaluar un presupuesto de impresión, al instante, de forma gratuita y sin necesidad de registrarse, puede cargar aquí su propio archivo.