La creación rápida de prototipos suele utilizar la impresión 3D para crear rápidamente modelos a escala o ensamblajes basados en diseños digitales, normalmente a partir de archivos CAD 3D. La capacidad de desarrollar y refinar rápidamente prototipos físicos proporciona a los ingenieros comentarios útiles de los colaboradores de una manera rápida y rentable. Los diseñadores industriales (inglés) y los socios pueden utilizar la creación rápida de prototipos para evaluar la estética y la ergonomía para las pruebas de usuario, y los ingenieros pueden proporcionar información sobre las propiedades de los materiales y el rendimiento de un prototipo. Otros colaboradores pueden validar los prototipos rápidos en cuanto a la viabilidad de manufactura y la facilidad de uso antes de la producción.
La creación rápida de prototipos se volvió indispensable en el diseño de productos, ya que permite transformar rápidamente conceptos digitales en modelos tangibles. Esta rápida realización facilita los comentarios inmediatos, lo que ayuda a identificar posibles deficiencias del diseño y garantiza una transición más fluida de la idea a la producción.
La manufactura por adición, o impresión 3D, revolucionó la creación rápida de prototipos al proporcionar un medio rentable y eficiente de producir diseños complejos. Su enfoque en la facilidad de uso acelera la creación de prototipos, lo que permite a los diseñadores iterar más rápido y responder a la brevedad a los retos de diseño.
El mecanizado por CNC complementa los prototipos rápidos al proporcionar precisión y un acabado de superficie especificado, especialmente para los componentes que requieren tolerancias ajustadas o materiales específicos. Ofrece una combinación de velocidad y precisión, lo que garantiza que los prototipos sean funcionales y refinados.
Autodesk Fusion es una solución integrada que combina el diseño CAD con las funciones de impresión 3D y mecanizado por CNC. Sus herramientas unificadas optimizan todo el proceso del diseño a la producción, lo que lo convierte en una opción óptima para quienes desean aprovechar todo el potencial de la creación rápida de prototipos en la manufactura.
Con las impresoras 3D en la empresa, la creación rápida de prototipos puede tener un ciclo de 24 horas en el que 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 ritmo eficiente permite a los equipos de ingeniería integrar comentarios útiles de clientes y colaboradores, acercándose en cada iteración a la forma final del producto.
Este ciclo de comentarios 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 un producto también permite a los ingenieros explorar los conceptos de diseño con bajo riesgo.
El desarrollo rápido de prototipos puede tener varias etapas, donde el prototipo avanza en complejidad y propiedades físicas. En las primeras fases del desarrollo del producto, los prototipos de prueba de concepto (PoC) ayudan a validar los conceptos y a demostrar la viabilidad de un producto. Los prototipos de aspecto similar pueden demostrar la ergonomía y la experiencia del usuario con un producto final potencial sin tener la funcionalidad completa de este. Los prototipos de funcionamiento similar pueden no parecerse al producto final, pero poseen las mismas funciones y propiedades del producto final en términos mecánicos, térmicos y eléctricos. Por último, los prototipos de ingeniería combinan características de aspecto y funcionamiento similares en un prototipo de preproducción final diseñado para manufactura (DfM) y mínimamente viable para pruebas de laboratorio.
El espacio automotriz fue pionero en la creación rápida de prototipos y sigue apoyándose mucho en ella para desarrollar piezas y conceptos de vehículos.
La creación rápida de prototipos fue indispensable para producir dispositivos en la industria médica, como instrumentos quirúrgicos, prótesis, implantes y más.
En la exigente industria aeroespacial, la creación rápida de prototipos contribuye a la creación de componentes, estructuras y diseños conceptuales para aeronaves y naves espaciales.
Con la creación rápida de prototipos también se crean las herramientas que los hacen. Cuando los procesos industriales necesitan herramientas personalizadas o piezas únicas, como moldes de inyección, la creación rápida de prototipos (o "creación rápida de herramientas") puede ayudar.
La creación rápida de prototipos se suele asociar con técnicas de manufactura por adición (inglés) (impresión 3D). Si bien existen otras tecnologías de creación de prototipos, la mayoría son demasiado prohibitivas en términos de costos como para entrar en la categoría de creación rápida de prototipos. Por ejemplo, los extensos requisitos de configuración y herramientas del moldeado por inyección hacen que sea poco práctico y costoso para la creación rápida de prototipos.
En ocasiones, el mecanizado por CNC (manufactura por sustracción) puede resultar útil para crear prototipos rápidos de piezas que no son adecuadas para la manufactura por adición. Sin embargo, las máquinas de CNC suelen llevar más tiempo para configurar, operar y utilizar herramientas que las impresoras 3D y no son muy utilizadas para la creación rápida de prototipos.
Como resultado, muchas variedades de manufactura por adición son sinónimos de creación rápida de prototipos. Las tres tecnologías de adición más comunes son fabricación con filamento fundido (FFF) (inglés), también conocida como modelado por deposición fundida (FDM), estereolitografía (inglés) (SLA) y sinterizado selectivo por láser (SLS).
FFF/FDM es la forma más popular de impresión 3D porque es la más fácil de usar y la menos costosa. También es razonablemente rápida, lo que la hace adecuada para la creación rápida de prototipos. Sin embargo, el método de esta tecnología de depositar termoplásticos fundidos capa por capa también produce algunos defectos en la superficie. También cuenta con la resolución y precisión más bajas de las tecnologías de impresión 3D, lo que la hace mejor para piezas simples y prototipos en las primeras fases.
La impresión 3D de SLA y SLS es más cara que FFF, pero produce piezas más sólidas, funcionales y precisas que FFF. SLA utiliza láseres para curar una versátil selección de resinas en piezas de plástico duro con alta resolución y tolerancias ajustadas. Es una forma de alta velocidad de producir prototipos con aspecto y funcionamiento similares a los demás. SLS es un enfoque popular de creación rápida de prototipos para realizar prototipos de funcionamiento similar y de ingeniería para pruebas funcionales y en el campo. Utiliza láseres de alta potencia para sinterizar partículas de muchos tipos de polvo, incluidos metales. SLS puede producir piezas excepcionalmente fuertes, incluso con geometrías complejas y características inusuales.
Otros métodos de impresión 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 los chorros de aglutinante. SLM, o fusión de lecho de polvo, es otro método de adición de metal (inglés) que crea prototipos o piezas de producción capa por capa a partir de titanio, aluminio, acero inoxidable y otros polvos metálicos. La tecnología de DLP es similar a SLA, pero es más rápida y económica, aunque también puede requerir estructuras de respaldo durante la impresión y la cura posteriores. La tecnología de adición de LOM adhiere capas de papel cortado por máquina, plástico u otros materiales para fabricar piezas. Por último, los chorros de aglutinante es un método rápido de impresión 3D que puede utilizar polvos de muchos materiales diferentes. Une capas de polvo rociándolas con gotas diminutas de líquido, comprime las capas y termina los objetos con sinterizado o curado en horno.
En comparación con otros métodos, la creación rápida de prototipos con impresión 3D ahorra tiempo y costos con respecto a una configuración y herramientas elaboradas de mecanizado.
Debido al bajo costo y los pocos riesgos que supone la creación rápida de prototipos, los diseñadores pueden explorar sus conceptos como objetos físicos con el aspecto de los productos terminados.
Con los tiempos de respuesta veloces de la impresión 3D, los equipos de productos pueden ejecutar más ciclos de comentarios para diseñar y probar prototipos rápidos que los métodos tradicionales, sin aumentar el tiempo de desarrollo del producto.
Los prototipos físicos pueden transmitir mejor las ideas y la intención del diseño a los clientes y miembros del equipo, quienes, a su vez, obtienen una mejor perspectiva para proporcionar comentarios útiles para la siguiente iteración del diseño.
Los prototipos rápidos permiten a los diseñadores e ingenieros evaluar y probar versiones que se parecen a los productos finales en las primeras fases del desarrollo del producto, lo que reduce el riesgo de encontrar defectos de diseño más cerca del momento de producción o durante esta.
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TREXO ROBOTICS
Trexo Robotics empleó la creación rápida de prototipos para crear su dispositivo robótico ponible que ayuda a caminar a los niños con parálisis cerebral.
Imagen cortesía de Trexo Robotics
MISUMI
El servicio "meviy" mejorado por IA de un fabricante japonés de piezas de máquinas ofrece creación rápida de prototipos y un catálogo asombroso de piezas.
Imagen cortesía de MISUMI
WNDR ALPINE
Esta nueva empresa investigó biomateriales basados en microalgas e implementó la creación rápida de prototipos para desarrollar una alternativa a los esquís basados en petróleo.
Imagen cortesía de WNDR Alpine
Descubre las diferencias entre la creación rápida de prototipos y otros métodos de creación de prototipos y cómo Autodesk Fusion ayuda a ejecutarlos.
Descubre los diferentes métodos de creación de prototipos de diseño industrial (inglés) y las ventajas de la creación rápida de prototipos.
Tanto para ingenieros como para aficionados (inglés), la impresión 3D desde casa con la ayuda de un software de creación rápida de prototipos como Autodesk Fusion nunca fue tan conveniente.
Un buen ejemplo de creación rápida de prototipos podría ser un ciclo de diseño de 24 horas en el que los diseñadores trabajan en un modelo CAD 3D durante la jornada laboral, imprimen en 3D las piezas del prototipo durante la noche, y limpian y prueban el prototipo al día siguiente. Los diseñadores pueden ajustar el modelo CAD según sea necesario y repetir el ciclo.
Durante el desarrollo rápido de prototipos, un producto puede pasar por docenas de iteraciones de este ciclo de diseño.
La creación rápida de prototipos no es lo mismo que la impresión 3D, pero los diferentes tipos de impresión 3D se reconocen como los métodos de creación rápida de prototipos más prácticos y populares.
La creación rápida de prototipos es la práctica de crear varios prototipos rápidamente, uno tras otro, para iterar el diseño de un producto. En ocasiones, el mecanizado por CNC y el moldeado por inyección (inglés) se utilizan para crear prototipos rápidamente, pero estos métodos suelen ser demasiado costosos y lentos, por lo que no son adecuados para la creación rápida de prototipos.
Dado que la manufactura por adición puede producir prototipos de manera rápida y rentable, la impresión 3D se convirtió en sinónimo de creación rápida de prototipos.
En comparación con otros métodos de creación de prototipos, la creación rápida de prototipos puede acelerar el tiempo de puesta en el mercado, reducir los costos, optimizar la colaboración entre los participantes, y mejorar la innovación y la calidad de los productos a través de las pruebas y ajustes en las primeras fases del proceso de desarrollo.
Tiene algunas limitaciones en cuanto a los materiales de manufactura (inglés) disponibles, falta de precisión en los prototipos, pruebas limitadas si los prototipos no son completamente funcionales y una inversión inicial significativa si se compran equipos de manufactura por adición (inglés) para realizar la creación rápida de prototipos dentro de la empresa.
Los principales tipos de creación rápida de prototipos son las tecnologías de impresión 3D. Los métodos más populares incluyen la fabricación con filamento fundido (FFF), también conocida como modelado por deposición fundida (FDM) (inglés), que es rápida y económica, pero produce piezas de menor resolución y resistencia en comparación con los otros métodos populares de estereolitografía (SLA) y sinterizado selectivo por láser (SLS).
Otros tipos de manufactura por adición adecuados para la creación rápida de prototipos son la fusión selectiva por láser (SLM), el procesamiento digital de luz (DLP), los chorros de aglutinante y la fabricación de objetos laminados (LOM).
Los numerosos tipos de manufactura por adición (inglés) que contribuyen a la creación rápida de prototipos pueden utilizar una amplia variedad de materiales. No todos los tipos de impresión 3D pueden utilizar todos estos materiales, pero los materiales de creación rápida de prototipos más comunes son:
