Creación rápida de prototipos: por qué el diseño de productos y la creación rápida de prototipos van de la mano

La creación rápida de prototipos suele utilizar la impresión en 3D para crear al instante modelos a escala o ensamblajes basados en diseños digitales, normalmente a partir de archivos de CAD 3D. La capacidad de desarrollar y refinar en poco tiempo los prototipos físicos proporciona a los ingenieros información útil de los demás colaboradores de una manera rápida y rentable. Los diseñadores industriales (inglés) y los socios pueden utilizar la creación rápida de prototipos a fin de evaluar la estética y la ergonomía para las pruebas de usuario, y los ingenieros pueden proporcionar información sobre las propiedades de materiales y el rendimiento de un prototipo. Otros colaboradores pueden validar los prototipos rápidos para analizar la viabilidad de fabricación y la facilidad de uso antes de la producción.

La creación rápida de prototipos se ha vuelto indispensable en el diseño de productos, ya que permite transformar con agilidad los conceptos digitales en modelos tangibles. Gracias a esta rápida materialización, es posible cruzar primeras impresiones, identificar posibles deficiencias en el diseño y garantizar una transición más fluida de la concepción a la producción.

La fabricación aditiva, o impresión en 3D, ha revolucionado la creación rápida de prototipos al proporcionar un medio rentable y eficaz para producir diseños complejos. Su facilidad de uso acelera la creación de prototipos y permite a los diseñadores crear iteraciones con mayor rapidez y responder con prontitud a los retos de diseño.

El mecanizado CNC complementa la creación rápida de prototipos al aportar precisión y un acabado superficial especificado, lo que resulta muy útil sobre todo con componentes que exigen tolerancias estrictas o materiales específicos. Ofrece una mezcla de velocidad y precisión, y garantiza la funcionalidad y el ajuste precisos de los prototipos.

Autodesk Fusion es una solución integrada que combina el diseño CAD con las funciones de impresión en 3D y mecanizado de CNC. Sus herramientas unificadas optimizan todo el proceso que va del diseño a la producción, por lo que resulta una opción ideal para quienes deseen aprovechar todo el potencial de la creación rápida de prototipos en la fabricación.

Con las impresoras 3D de uso interno, la creación rápida de prototipos puede reducirse a un ciclo de 24 horas: los diseñadores trabajan en un modelo CAD 3D durante la jornada laboral, imprimen en 3D las piezas del prototipo durante la noche y prueban y ajustan el diseño del prototipo al día siguiente. Este eficaz ritmo de trabajo permite a los equipos de ingeniería integrar comentarios útiles de los clientes y los colaboradores y acercar el diseño a la forma final del producto con cada iteración.

Este ciclo de retroalimentación ayuda a los desarrolladores a identificar y solucionar los problemas de diseño antes de prepararse para los procesos de producción. La libertad de probar muchas iteraciones de los productos también da margen a los ingenieros para explorar conceptos de diseño con apenas riesgos.

El desarrollo de prototipos rápidos puede abarcar varias etapas en las que el prototipo avanza en complejidad y propiedades físicas. En las primeras fases del desarrollo del producto, los prototipos de prueba de concepto ayudan a validar los conceptos y a demostrar la viabilidad de un producto. Los prototipos de aspecto pueden demostrar la ergonomía y la experiencia del usuario de un producto final potencial sin tener la funcionalidad completa de este. Los prototipos de funcionamiento poseen la misma funcionalidad y propiedades del producto final desde el punto de vista mecánico, térmico y eléctrico, aunque el aspecto pueda ser distinto. Por último, los prototipos de ingeniería combinan las características de aspecto y funcionamiento en un prototipo final de preproducción diseñado para la fabricación (DfM) y mínimamente viable para las pruebas de laboratorio.

La creación rápida de prototipos se suele asociar a las técnicas de fabricación aditiva (impresión en 3D). Si bien existen otras tecnologías de creación de prototipos, la mayoría tienen un coste demasiado prohibitivo para entrar en la categoría de creación rápida de prototipos. Por ejemplo, los enormes requisitos del moldeado por inyección en cuanto a herramientas y configuración hacen que resulte poco práctico y muy caro como para considerarlo una tecnología de creación rápida de prototipos.

En ocasiones, el mecanizado CNC (fabricación sustractiva) puede resultar útil para la creación rápida de prototipos de piezas que no son adecuadas para la fabricación aditiva. Sin embargo, las máquinas CNC suelen requerir más tiempo de preparación, funcionamiento y mecanizado que las impresoras 3D, por lo que se utilizan con menos frecuencia para la creación rápida de prototipos.

Como resultado, hay varios tipos de fabricación aditiva que se consideran sinónimos de la creación rápida de prototipos. Las tres tecnologías aditivas más comunes son la fabricación con filamento fundido (FFF) (inglés), también conocida con el término comercial de modelado por deposición fundida (FDM), la estereolitografía (inglés) (SLA) y el sinterizado selectivo por láser (SLS).

FFF/FDM es la tecnología más popular de impresión en 3D porque es la más fácil de usar y la menos cara. También es razonablemente rápida, por lo que se puede utilizar para la creación rápida de prototipos. Sin embargo, el método de esta tecnología que consiste en depositar termoplásticos fundidos capa a capa también produce algunas imperfecciones superficiales. Además, cuenta con la resolución y la precisión más bajas de las tecnologías de impresión en 3D, por lo que resulta mejor para piezas simples y prototipos en las primeras fases.

Los métodos de impresión en 3D SLA y SLS son más caros que FFF, pero producen piezas más sólidas, funcionales y precisas que FFF. El método SLA utiliza láseres para polimerizar una versátil selección de resinas en piezas de plástico duro con alta resolución y tolerancias ajustadas. Es una forma rápida de producir prototipos de aspecto y de funcionamiento. El SLS es un método popular para la creación rápida de prototipos de funcionamiento y de ingeniería para pruebas funcionales y sobre el terreno. Utiliza láseres de alta potencia para sinterizar partículas de muchos tipos de polvos, incluidos los metales. El SLS puede producir piezas excepcionalmente fuertes, incluso con geometrías complejas y características inusuales.

Otros métodos de impresión en 3D para la creación rápida de prototipos son la fusión selectiva por láser (SLM), la fabricación de objetos laminados (LOM), el procesamiento digital de luz (DLP) y la inyección de aglutinante. El SLM, o fusión de lecho de polvo, es otro método aditivo de metal (inglés) que genera prototipos o piezas de producción capa a capa a partir de titanio, aluminio, acero inoxidable y otros polvos metálicos. La tecnología DLP es similar a SLA, pero es más rápida y económica, aunque también puede requerir estructuras de soporte durante la impresión y la polimerización posterior. La tecnología aditiva LOM adhiere capas de papel, plástico u otros materiales cortados a máquina para fabricar piezas. Por último, la inyección de aglutinante es un método rápido de impresión en 3D que puede utilizar muchos polvos de materiales diferentes. Liga capas de polvo rociándolas con diminutas gotas de líquido, luego las comprime y termina los objetos con el endurecimiento en horno o la sinterización.