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 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.

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.