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En el entorno empresarial actual, que cambia rápidamente, el tiempo es dinero y la eficiencia es la diferencia entre el éxito y el fracaso. Especialmente en las primeras etapas del desarrollo de productos, los diseñadores e ingenieros se enfrentan a un gran desafío: ¿cómo convertir las ideas en cosas físicas de manera rápida y precisa?prototipospara la validación funcional, las pruebas de usuario y la retroalimentación del mercado? La tecnología de creación rápida de prototipos surgió en respuesta a los requisitos de los tiempos y proporcionó una variedad de soluciones a este problema. En este artículo se profundizará en los distintosTipos deMoldeo rápido y revelar cómo juegan un papel clave en diferentes escenarios y sirven como un puente efectivo entre la creatividad y la realidad.

¿Qué es la creación rápida de prototipos?

Prototipado rápido,Es el uso del diseño asistido por computadora (CAD) en 3D para fabricar rápidamente piezas físicas, modelos o ensamblajes. La creación de piezas, modelos o ensamblajes se realiza normalmente mediante la fabricación aditiva, a menudo denominada impresión 3D. La creación rápida de prototipos es el proceso de crear algo que se puede utilizar para evaluar rápidamente un producto. En ingeniería, un prototipo es una versión temprana de un producto. La creación rápida de prototipos permite a las empresas probar y analizar la tecnología.
Cuando el diseño coincide estrechamente con el producto final propuesto, se denomina alta fidelidadprototipoy, a la inversa, un prototipo de baja fidelidad tiene una clara diferencia entre el prototipo y el producto final.

En otras palabras,La creación rápida de prototipos es un método de prueba. Puede analizar el desarrollo futuro del producto y su éxito con los clientes. Por lo tanto, los resultados del análisis le dirán si funciona o no. Las empresas utilizan este proceso en cada etapa del desarrollo de productos. La eficiencia hace que el proceso sea más barato y rápido. Esto proporciona una mayor flexibilidad y margen de error en la fabricación del producto. Esto es más beneficioso que otros métodos a largo plazo.

¿Cómo funciona la creación rápida de prototipos?

1. Creación de diseños:Utilice el software CAD para crear un modelo digital 3D de un objeto. Esta fase es fundamental para sentar las bases del prototipo.
2. Preparación de datos:El modelo CAD se procesa y se convierte a un formato adecuado para la técnica de creación rápida de prototipos elegida, normalmente un archivo STL.
3. Configuración de la máquina:Preparar, calibrar y cargarMáquinas de prototipado rápido con materiales adecuados(plástico, resina o polvo metálico).
4. Prototipado:La máquina construye el prototipo capa por capa de acuerdo con las especificaciones del modelo CAD.
5. Post-procesamiento:Después del proceso de construcción, los prototipos a menudo requieren un procesamiento posterior para lograr el acabado superficial o las propiedades mecánicas deseadas. Esto puede incluir lijar, pintar o ensamblar.

¿Cuáles son los tipos de prototipado rápido?

1. Acuerdo de nivel de servicio (SLA)

El SLA es un proceso de impresión 3D industrial o fabricación aditivaque utiliza un láser controlado por computadora para construir una pieza en una pila de fotopolímeros curables por UV. Los láseres se utilizan para trazar y curar secciones transversales de diseños de piezas en superficies de resina líquida. A continuación, la capa curada se baja directamente debajo de la superficie de la resina líquida y se repite el proceso. Cada capa recién curada se adhiere a la capa que se encuentra debajo. Este proceso continúa hasta que se completa la pieza.

• Material utilizado:SLA utiliza principalmente resinas fotosensibles como materias primas. El material se solidifica rápidamente cuando se irradia con un rayo láser ultravioleta.
• Velocidad:La tecnología SLA tiene una velocidad de procesamiento rápida, un ciclo de producción de productos corto y no requiere herramientas ni moldes.
• Costar:A pesar del alto costo de construir, usar y mantener un sistema SLA, su capacidad para manejar prototipos y moldes complejos lo hace insustituible en algunos casos de uso.
• Industrias:La tecnología SLA se utiliza ampliamente en industrias como la aeroespacial, la automotriz y la médica para fabricar piezas y prototipos complejos y de alta precisión.

2. SLS

SLS es uno de los cinco procesos de fabricación aditiva que ofrece Protolabs. En el proceso SLS, el CO controlado desde computador (PC)₂El láser se extrae de abajo hacia arriba sobre el lecho caliente del polvo a base de nailon, donde sinteriza suavemente (fusiona) el polvo en un sólido. Después de cada capa, el tambor esparce una nueva capa de polvo sobre el lecho y se repite el proceso. SLS utiliza polvos rígidos de nailon o TPU elastomérico que se asemejan a los termoplásticos de ingeniería reales, por lo que las piezas exhiben una mayor dureza y precisión, pero tienen superficies rugosas y carecen de detalles finos. SLS ofrece un gran volumen de construcción que puede producir piezas con geometrías muy complejas y crear prototipos duraderos.

• Materiales utilizados:La tecnología SLS utiliza polvos unidos térmicamente como materias primas, como metales, cerámicas, parafina y polvos poliméricos.
• Velocidad:La tecnología SLS se caracteriza por ciclos de producción cortos y por no requerir soporte durante el proceso de moldeo, lo que permite la producción rápida de piezas sólidas 3D complejas.
• Costar:El SLS tiene una gama más amplia de utilización de material en comparación con el SLA, y los polvos sin sinterizar se pueden reutilizar, lo que reduce los costos.
• Industrias:La tecnología SLS se utiliza ampliamente en industrias como la aeroespacial, la automotriz, la electrónica y la construcción para la fabricación rápida de prototipos, moldes y piezas de bajo volumen.

3. FDM

FDM utiliza un método de extrusión para fundir y volver a curar una resina termoplástica(ABS, policarbonato o mezcla de ABS/policarbonato) en capas para formar un prototipo terminado. Debido a que utiliza una resina termoplástica real, es más fuerte que la inyección de aglutinante y puede tener un uso limitado en las pruebas funcionales.

• Material utilizado:La tecnología FDM utiliza materias primas no tóxicas, como los termoplásticos. Estos materiales no tienen cambios químicos durante el proceso de moldeo y la deformación de las piezas es mínima.
• Velocidad:La velocidad de moldeo de la tecnología FDM es relativamente rápida y la calibración del sistema se controla automáticamente, lo que mejora la eficiencia de producción.
• Costar:La tecnología FDM tiene una alta tasa de utilización de materias primas y una larga vida útil del material, lo que reduce los costos. Sin embargo, la extracción de soportes puede ser relativamente compleja y las materias primas pueden ser caras.
• Industrias:La tecnología FDM se utiliza ampliamente en industrias como la de bienes de consumo, educación, construcción y automoción para fabricar prototipos, modelos didácticos y piezas.

4. DLP

DLP es una excelente técnica de creación rápida de prototipos debido a su velocidad y eficiencia. Utiliza una pantalla de proyector digital para mostrar una sola imagen de cada capa a través de la plataforma, curando el fotopolímero. DLP es particularmente útil para aplicaciones que requieren altas velocidades sin comprometer la resolución.

• Materiales utilizados:La tecnología DLP suele utilizar resinas fotosensibles o materiales similares que se solidifican rápidamente cuando se exponen a una fuente de luz específica.
• Velocidad:La tecnología DLP se caracteriza por su alta resolución y alta velocidad de respuesta, que puede generar rápidamente imágenes digitales sin interrupciones, y es adecuada para la fabricación de prototipos de alta precisión.
• Costar:El costo de la tecnología DLP depende del equipo y los materiales utilizados, pero sus ventajas en alta definición, alto contraste y alta resistencia al polvo la hacen competitiva en ciertas aplicaciones.
• Industrias:La tecnología DLP se utiliza en sistemas de proyección, tecnología de visualización y creación de prototipos, especialmente cuando se requiere alta definición y contraste.

5. LOM

LOM es una técnica única de creación rápida de prototipos que consiste en superponer capas de papel pegado, plástico o laminados metálicos y luego cortarlos para darles forma con un láser o un cuchillo. LOM es especialmente adecuado para la creación rápida de prototipos debido a su rentabilidad y capacidad para producir piezas de gran tamaño.

• Materiales utilizados:Se utilizan principalmente materiales como papel, láminas de metal y láminas de polímero.
• velocidad: Relativamente rápido, ya que el modelo se construye cortando y pegando capa a capa.
• Costar:Bajo, principalmente debido al uso de materiales de bajo costo y procesos relativamente simples.
• Industrias:Se utiliza para crear prototipos visuales y accesorios de marketing para la industria aeroespacial, automotriz, médica y más.

6. Inyección de aglutinante

La inyección de aglutinante es un proceso rápido de creación de prototipos que consiste en depositar adhesivo líquido capa por capa sobre un lecho de polvo para crear un objeto. La tecnología es valorada por su versatilidad en la selección de materiales y su capacidad para crear prototipos a todo color.

• Materiales utilizados:Materiales pulverulentos como metales, cerámicas, etc.
• Velocidad:Rápido, ya que el ciclo de fabricación se puede acortar considerablemente.
• Costar:Relativamente bajo, pero dependiendo del tipo y complejidad del polvo utilizado.
• Industrias:Es ampliamente utilizado en la fabricación de modelos estructurales 3D de alta precisión, como piezas de automóviles, dispositivos médicos y piezas aeroespaciales.

7. DMLS

DMLS es una técnica avanzada de creación rápida de prototipos que utiliza un láser para sinterizar polvos metálicos capa por capa para crear piezas metálicas. DMLS es conocido por su precisión y capacidad para producir geometrías complejas que a menudo son difíciles de fabricar con métodos tradicionales.

• Materiales utilizados:Polvos metálicos, como aleaciones a base de níquel, cobalto, hierro, etc.
• Velocidad:Relativamente rápido, pero depende de la complejidad y el tamaño del modelo.
• Costar:Mayor debido al uso de polvos metálicos y sofisticados equipos láser.
• Industrias:Se utiliza principalmente para fabricar componentes de alta tensión, componentes complejos y componentes irregulares que no pueden ser procesados por procesos tradicionales, como la fabricación de piezas personalizadas aeroespaciales, automotrices, médicas, etc.

8. EBM

EBM es una tecnología avanzada que utiliza un haz de electrones de alta energía para fundir y fusionar partículas de polvo metálico. Este método es particularmente adecuado para aplicaciones que requieren alta resistencia y resistencia al calor.

• Materiales utilizados:Polvos metálicos, como aleaciones de titanio, aleaciones de cobalto-cromo, etc.
• Velocidad:Por lo general, más rápido que el SLM porque la capa de polvo es más gruesa y el haz de electrones escanea más rápido.
• Costar:Mayor, pero puede reducir el costo total debido a la alta utilización del material.
• Industrias:Se utiliza en la fabricación de estructuras monolíticas ligeras y piezas complejas de alto rendimiento en los sectores aeroespacial e industrial, así como en la fabricación de implantes ortopédicos porosos en el sector médico.

9. SLM

SLM es una técnica importante en el proceso de creación rápida de prototipos y se usa ampliamente principalmente debido a su precisión y resistencia. Esta tecnología utiliza un láser de alta potencia para derretir y fusionar completamente el polvo metálico, capa por capa, para crear piezas metálicas resistentes.

• Materiales utilizados:Polvos metálicos, como acero inoxidable, aleaciones de titanio, etc.
• Velocidad:Relativamente rápido, dependiendo de la complejidad y el tamaño del modelo.
• Costar:Alta, pero alta utilización de materiales, reduciendo el desperdicio.
• Industrias:Es ampliamente utilizado en la industria aeroespacial, equipos médicos, fabricación de automóviles y otros campos para fabricar piezas metálicas de alta precisión y alto rendimiento.

10. Impresión PolyJet

La impresión PolyJet es una técnica de creación rápida de prototipos conocida por su precisión y versatilidad. Funciona rociando una capa de fotopolímero líquido curable sobre la bandeja de construcción, y estas resinas se curan inmediatamente con luz ultravioleta. Este método permite la creación de piezas con múltiples propiedades de material y colores en una sola impresión.

• Materiales utilizados:Resina fotopolimérica líquida que soporta una amplia gama de colores y materiales.
• Velocidad:La impresión rápida de modelos en una amplia gama de colores y materiales se puede lograr en poco tiempo.
• Costar:Depende del material utilizado y de la complejidad del modelo.
• Industrias:Modelos, obras de arte, modelos arquitectónicos y prototipos de alta fidelidad para la producción de piezas de automoción en los campos del diseño de productos, la medicina, la creación artística, la arquitectura y la fabricación de automóviles.

11. Moldeo por inyección

Aunque el moldeo por inyección no se ha clasificado tradicionalmente como prototipado rápido, ha evolucionado con el desarrollo de la tecnología de prototipado rápido. Consiste en inyectar material fundido en un molde para producir piezas en grandes cantidades. Las herramientas rápidas pueden crear moldes rápidamente,haciendo del moldeo por inyección un método viable para la creación rápida de prototipos.

• Materiales utilizados:Materiales plásticos como ABS, nylon, etc.
• Velocidad:Relativamente rápido, pero requiere tiempo de diseño y fabricación del molde.
• Costar:Depende de la complejidad del molde y del número de producciones.
• Industrias:Es ampliamente utilizado en la producción en masa en la industria automotriz, electrónica, juguetes y otras industrias.

12. Mecanizado CNC

El mecanizado CNC es un proceso de fabricación sustractivoEso es esencial en el campo de la creación rápida de prototipos. Implica el uso de una máquina herramienta controlada por computadora para eliminar capas de un bloque sólido de material para dar forma a la pieza deseada.

• Materiales utilizados:metal, plástico, madera y otros materiales.
• Velocidad:Depende de la complejidad del mecanizado y de las capacidades de la máquina.
• Costar:Mayor debido a la necesidad de máquinas CNC y herramientas de precisión.
• Industrias:Es ampliamente utilizado en la fabricación de piezas complejas en la industria aeroespacial, automotriz, médica y otros campos.

13. Corte por chorro de agua

El corte por chorro de agua es una tecnología innovadora en el campo de laPrototipado rápidoque utiliza un chorro de agua a alta presión, generalmente mezclado con partículas abrasivas, para cortar materiales. Esta tecnología es conocida por su precisión y versatilidad en el corte de una amplia gama de materiales.

• Materiales utilizados:metales, plásticos, vidrio y otros materiales.
• Velocidad:Relativamente rápido, pero dependiendo del tipo y grosor del material.
• Costar:Inferior, pero requiere equipo de flujo de agua a alta presión y herramientas de corte.
• Industrias:Se utiliza para el corte de materiales de formas complejas en los campos de la fabricación de automóviles, la industria aeroespacial y la creación artística.

¿Por qué es importante la creación rápida de prototipos?

Preguntas frecuentes

1. ¿Cuáles son los cuatro tipos de modelos prototipo?

Los cuatro tipos principales de modelos incluyen:(1)SLAes un proceso de impresión 3D industrial, o fabricación aditiva, que construye piezas en un grupo de resina fotopolimérica curable por UV utilizando un láser controlado por computadora. El láser se utiliza para trazar y curar una sección transversal del diseño de la pieza en la superficie de la resina líquida. A continuación, la capa solidificada se baja justo por debajo de la superficie de la resina líquida y se repite el proceso. Cada capa recién curada se adhiere a la capa que se encuentra debajo. Este proceso continúa hasta que se completa la pieza.(2)SLSes uno de los cinco procesos aditivos disponibles en Protolabs. Durante el proceso SLS, un CO controlado por ordenador₂El láser atrae sobre un lecho caliente de polvo a base de nailon desde la parte inferior hacia arriba, donde sinteriza (fusiona) ligeramente el polvo en un sólido. Después de cada capa, un rodillo coloca una nueva capa de polvo sobre la cama y el proceso se repite. SLS utiliza nailon rígido o polvos elastoméricos de TPU similares a los termoplásticos de ingeniería reales, por lo que las piezas exhiben una mayor dureza y son precisas, pero tienen una superficie rugosa y carecen de detalles finos. SLS ofrece un gran volumen de construcción, puede producir piezas con geometrías muy complejas y crear prototipos duraderos.(3)FDMutiliza un método de extrusión que funde y vuelve a solidificar la resina termoplástica (ABS, policarbonato o mezcla de ABS/policarbonato) en capas para formar un prototipo terminado. Debido a que utiliza resinas termoplásticas reales, es más fuerte que la inyección de aglutinante y puede tener un uso limitado para pruebas funcionales.(4)DLPes una excelente tecnología de creación rápida de prototipos debido a su velocidad y eficiencia. Utiliza una pantalla de proyector digital para mostrar una sola imagen de cada capa en toda la plataforma, curando la resina de fotopolímero. DLP es especialmente adecuado para aplicaciones que requieren alta velocidad sin comprometer la resolución.

2. ¿Cuáles son las ventajas de la creación rápida de prototipos?

Las principales ventajas de la creación rápida de prototipos son: ciclo de desarrollo acortado, costos de producción reducidos, integración de alta tecnología, amplia selección de materiales, alto grado de personalización, fácil modificación y optimización, etc. Las ventajas anteriores pueden variar en función de la tecnología específica de creación rápida de prototipos y de los escenarios de aplicación. En aplicaciones prácticas, es necesario seleccionar la tecnología de creación rápida de prototipos adecuada de acuerdo con las necesidades y condiciones específicas.

3.¿Cuál es un ejemplo de creación rápida de prototipos?

La creación rápida de prototipos tiene una amplia gama de aplicaciones en industrias específicas. Por ejemplo: Prototipos de dispositivos médicos: A través de la tecnología de creación rápida de prototipos, los fabricantes de dispositivos e instrumentos médicos pueden producir rápidamente prototipos para pruebas funcionales y optimización ergonómica. Autopartes: En la industria automotriz, la tecnología de creación rápida de prototipos se utiliza para fabricar piezas de formas complejas, como partes de motores, partes de carrocerías, etc., para pruebas y verificación de rendimiento.

4. ¿Cuáles son los mejores materiales para la creación rápida de prototipos?

Para los diferentes tipos de creación rápida de prototipos, la elección del material adecuado es crucial. ABS: tiene buenas propiedades mecánicas y termoplasticidad, y es adecuado para tecnologías de moldeo por extrusión como FDM. Nylon: Tiene alta resistencia y resistencia al desgaste, y es adecuado para tecnologías de sinterización en polvo como SLS. Metal: como aleación de titanio, acero inoxidable, etc., adecuado para aplicaciones que requieren alta resistencia y resistencia a altas temperaturas, generalmente producidos a través de tecnologías como SLS o DED.

Resumen

La tecnología de creación rápida de prototipos proporciona a los diseñadores e ingenieros un medio eficiente y de bajo costo para transformar rápidamente las ideas de diseño en prototipos físicos o fabricar piezas directamente. Los diferentes tipos de tecnologías de creación rápida de prototipos tienen sus propias ventajas y desventajas y son adecuadas para diferentes etapas de diseño y tipos de productos. Los diseñadores deben elegir los métodos de creación de prototipos adecuados en función de las necesidades específicas para acelerar el ciclo de desarrollo del producto y mejorar la calidad del producto y la satisfacción del usuario.

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Este artículo fue escrito por varios colaboradores de Longsheng. Longsheng es un recurso líder en el sector manufacturero, conCNCde mecanizado,de chapade fabricación,Impresión 3D,moldeo por inyección,Estampación de metalesy mucho más.