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Desde sus inicios, la tecnología de prototipado rápido se ha convertido en una herramienta indispensable en el desarrollo de productos, la verificación del diseño y los procesos de fabricación debido a su eficiencia, flexibilidad y precisión. El núcleo de esta tecnología es utilizar datos de diseño asistido por ordenador (CAD) para generar directamente un modelo sólido tridimensional a través de la superposición en capas. La clave para lograr este proceso radica en los diversos materiales utilizados. Este artículo tiene como objetivo explorar los diversosLos materiales utilizados enPrototipado rápido, analizar sus propiedades y su idoneidad para diferentes aplicaciones.

¿Qué es la creación rápida de prototipos?

Prototipado rápido, en resumen, se refiere al uso de tecnología de fabricación avanzada o software de diseño en las primeras etapas del desarrollo del producto para producir un modelo preliminar oPrototipo rápidodel producto a un menor costo y en un menor tiempo. EstosPrototipos rápidos Pueden ser funcionales, cosméticos o incluso una combinación de los dos y se utilizan para probar, validar conceptos de diseño, evaluar la experiencia del usuario, presentar a los inversores o marketing.

El principio es revisar y mejorar continuamente el diseño del producto a través del ciclo de "construir-probar-aprender-retroalimentación". En comparación con el proceso tradicional de desarrollo de productos, Prototipado rápidose centra más en la velocidad y la flexibilidad, lo que permite a los diseñadores e ingenieros descubrir y resolver problemas en las primeras etapas del desarrollo del producto y evitar modificaciones costosas y que requieren mucho tiempo más adelante.

¿Qué materiales se utilizan habitualmente en la creación rápida de prototipos?

ElPrototipos rápidos de materialesdeModelos prototipose unifican en las siguientes categorías:

1. Plásticos

Los plásticos son un material común para la creación de prototipos, ya que se utilizan en muchos campos y ofrecen muchas ventajas, como ser duraderos, flexibles y baratos. Son polímeros sintéticos que se pueden moldear en diferentes formas y tamaños. Esto los hace ideales para la fabricación de piezas con geometrías complejas.

Los plásticos pueden serPrototipoUtilizando una variedad de procesos, incluido el moldeo por inyección, la impresión 3D y el mecanizado CNC. ParaModelo de prototipado, se puede utilizar una variedad de plásticos. Los tipos de plástico más comunes son:

ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno):El ABS es un plástico fabricado con tres ingredientes principales: acrilonitrilo, butadieno y estireno. Es un material plástico fuerte y duradero que se usa comúnmente para fabricar juguetes, electrodomésticos, piezas de automóviles, etc. Es conocido por su durabilidad, resistencia al calor y al impacto. El plástico ABS es barato y fácil de moldear y procesar, lo que lo convierte en una opción popular para la impresión 3D y el moldeo por inyección.

PC (Policarbonato):El PC es un polímero termoplástico con excelente resistencia, durabilidad y claridad. A menudo se usa para fabricar piezas de automóviles, componentes electrónicos, equipos de seguridad, vidrio a prueba de balas y otros materiales protectores. El policarbonato también se utiliza para fabricar filamentos de impresión 3D porque es fácil de moldear y dar forma a formas complejas. Es un material altamente adaptable que es resistente a los impactos y al calor, lo que lo convierte en una opción popular para una variedad de aplicaciones, incluidas las automotrices y aeroespaciales.

PE (polietileno):El polietileno es un tipo de plástico conocido por su durabilidad, flexibilidad, resistencia química y resistencia al impacto. Es ampliamente utilizado en la fabricación de artículos como materiales de embalaje, contenedores y tuberías, así como en la fabricación de juguetes y otros productos de consumo. El polietileno es un material versátil que es fácil de moldear y procesar, lo que lo convierte en el material elegido para el moldeo por inyección y otros procesos de fabricación. También es muy utilizado para fabricar filamentos de impresión 3D debido a su capacidad de moldearse fácilmente en formas complejas.

Nailon:es un polímero sintético con alta resistencia, durabilidad y resistencia a la abrasión. Es ampliamente utilizado en la producción de engranajes, rodamientos, piezas de automóviles, textiles y otros materiales industriales. Dado que se puede moldear y moldear fácilmente en formas complejas, el PA también se usa ampliamente para hacer filamentos de impresión 3D. Es un material versátil, duradero y flexible que se utiliza a menudo como alternativa asequible a la seda, el caucho y el látex.

PP (Polipropileno):El PP es una poliolefina o polímero saturado. El PP es uno de los polímeros más útiles, ya que ofrece una excelente resistencia química, resistencia a la fatiga, resistencia a altas temperaturas y menor densidad que el HDPE. El PP es un plástico liviano y flexible que se usa comúnmente en empaques, barriles, tazones, cajas, juguetes, piezas médicas, piezas automotrices, tambores de lavadoras, cajas de baterías y tapas de botellas. El PP puede ser modificado con elastómero para hacer parachoques y relleno de talco para hacerlo más duro a altas temperaturas.

Polioximetileno (POM):es un material de ingeniería termoplástico que se utiliza para crear piezas con mayor rigidez, versatilidad de baja fricción y excelente estabilidad dimensional. POM es fuerte y duradero con alta resistencia a la tracción, resistencia a la abrasión, resistencia a la fluencia, resistencia a la deformación, tenacidad y durabilidad. POM es ampliamente utilizado en la producción de piezas automotrices, equipos deportivos, engranajes, rodamientos, piezas de transportadores, componentes eléctricos, componentes deslizantes y de guía, etc.

PEEK (polieteretercetona):El PEEK es un polímero termoplástico orgánico incoloro. Es un plástico de ingeniería que se utiliza en una variedad de aplicaciones que requieren resistencia y tenacidad. El PEEK es químicamente resistente y puede soportar temperaturas de hasta 260 °C.

2. Resinas

Los materiales de resina se utilizan principalmente para modelos de alta precisión en la creación rápida de prototipos, especialmente la impresión SLA (estereolitografía). Los materiales de resina tienen excelentes propiedades de moldeo y calidad de superficie, lo que permite productos con geometrías complejas y detalles finos. Los materiales de resina comunes incluyen prototipos de acrílicos, poliuretano elastomérico (EPU), poliuretano flexible y resinas de impresión 3D en color como VeroWhite y VeroClear.

3. Metales

Aluminio:El aluminio es un metal plateado de baja densidadutilizado en una variedad de aplicaciones comerciales. En su mayor parte, el aluminio sin alear es dúctil, moderadamente fuerte y extremadamente resistente a la corrosión. Las propiedades del aluminio se pueden mejorar en gran medida utilizando los elementos de aleación adecuados (cobre, magnesio, manganeso, silicio, etc.) y el posterior calor/procesamiento. El aluminio es ampliamente utilizado en aviones, transporte, construcción, alimentos y procesamiento químico debido a su baja densidad y resistencia a la corrosión.

Cobre:Las aleaciones de cobre se encuentran entre los metales más útiles porque resisten la corrosión, tienen una alta conductividad térmica y conducen bien la electricidad. Las aleaciones de cobre son muy adecuadas para muchas industrias eléctricas, de construcción, de transporte y de bienes de consumo. El cobre se utiliza para fabricar componentes de construcción, monedas, condensadores/intercambiadores de calor, tuberías, núcleos de radiadores, instrumentos musicales, cerraduras, sujetadores, bisagras, componentes de municiones y conectores eléctricos.

Latón:El latón es una aleación de cobre y zinc y tiene algunas de las mismas propiedades que el cobre. El latón es un metal duradero y manejable. La aleación también es resistente a la corrosión, conductora de electricidad y tiene un bajo coeficiente de fricción. El latón es un metal versátil que se utiliza en una variedad de aplicaciones, incluidas la plomería, la electricidad, el arte y la medicina.

Titanio:Considerado el metal más precioso, el titanio se comporta bien en entornos hostiles donde otros metales podrían fallar. La aleación de titanio es una aleación compuesta de titanio y otros elementos químicos. Las aleaciones de titanio son livianas, tienen una resistencia a la tracción y tenacidad extremadamente altas, son resistentes a la corrosión y pueden soportar temperaturas extremas.

Acero aleado:El principal elemento de aleación del acero aleado no es el carbono. Contiene pequeñas cantidades de elementos de aleación como manganeso, silicio, níquel, titanio, cobre, cromo y aluminio. El acero aleado es más resistente a la corrosión, soldable, resistente al calor y dúctil que el acero al carbono. Pero el acero al carbono es más fuerte que el acero aleado. Debido a su bajo costo, amplia disponibilidad, facilidad de procesamiento y propiedades mecánicas superiores, los aceros aleados se usan comúnmente en aplicaciones industriales, electrodomésticos, cubiertos, utensilios de cocina y automóviles.

Acero inoxidable:El acero inoxidable es una aleación de acero que es más resistente a la corrosión que el acero al carbono / acero aleado. Los grados de acero inoxidable 304, 316, 416 y 17-4 PH se usan comúnmente para el mecanizado CNC. El acero inoxidable es un material fuerte con una capa protectora de óxido natural, lo que lo hace adecuado para situaciones difíciles. La composición de la aleación que compone los grados de acero inoxidable los hace diferentes.

Acero al carbono:El acero dulce es acero al carbono con un menor contenido de carbono. A menudo se le denomina "acero dulce". Los aceros dulces tienen una menor resistencia a la tracción que los aceros con alto contenido de carbono y aleados porque contienen menos carbono y otros elementos de aleación que evitan dislocaciones en la estructura cristalina. El acero dulce es una opción común para los productos de consumo debido a su alta soldabilidad y trabajabilidad.

Acero para herramientas:El acero para herramientas es un acero de aleación de carbono. A menudo se utiliza para fabricar, modificar o reparar herramientas manuales y moldes de máquinas. El acero para herramientas es conocido por ser duro, resistente al desgaste y resistente a la flexión. El acero para herramientas a menudo se moldea en otros materiales cortándolo, presionándolo, estampándolo o extruyéndolo. Esto se debe a que el acero puede mantener su filo a temperaturas extremadamente altas. El acero para herramientas se usa comúnmente en aplicaciones de impacto, como troqueles de estampado o extrusión, corte, matrices de fabricación y martillos.

¿Qué tecnologías se utilizan principalmente en la creación rápida de prototipos?

RápidoSignificado de la creación de prototiposjuega un papel importanteen varios campos, ¿cuáles son losMétodos de creación rápida de prototipos?

Tecnología	Abreviatura	Materiales	Ventaja
Estereolitografía	SLA	Fotopolímeros similares a los termoplásticos	Alta precisión y excelente acabado superficial
Sinterización selectiva por láser	SLS	de nailon, TPU	No requiere estructura de soporte, adecuada para una variedad de materiales
Modelado por deposición fundida	FDM	ABS, PC, PC/ABS, PPSU	Versatilidad de materiales, facilidad de uso y accesibilidad
Sinterización directa de metal por láser	DMLS	Acero inoxidable, titanio, cromo, aluminio, Inconel	Alta precisión, alta resistencia, adecuado para piezas funcionales y diseños complejos
Procesamiento digital de la luz	DLP	Resinas fotosensibles	Rápido, produce piezas con excelente resolución y acabado superficial
Fabricación de objetos laminados	LOM	papel, plásticos y láminas metálicas.	Bajo costo de material, adecuado para la producción de piezas grandes
Mecanizado controlado numéricamente desde computador	CNC	La mayoría de los termoplásticos y metales de grado básico y de ingeniería	Materiales de alta precisión y versatilidad. Ideal para producir piezas con tolerancias estrictas y detalles intrincados
Fusión Multi Jet	MJF	Nailon	Produzca piezas resistentes con detalles finos y propiedades mecánicas consistentes

¿Cómo se seleccionan los materiales para la creación rápida de prototipos?

Estos son algunos factores a tener en cuenta a la hora de elegir los materiales para suProceso rápido de creación de prototipos:

1. Propiedades de los materiales: Los diversos tipos de materiales de creación rápida de prototipos exhiben propiedades únicas, como resistencia, flexibilidad y resistencia al calor. En muchas aplicaciones, como cuando se fabrican moldes y otros productos, se pueden cumplir estas propiedades. Por ejemplo, cuando se crean prototipos de piezas mecánicas, elegir un material duradero como el ABS puede ser una decisión inteligente.
2. Rentabilidad: El presupuesto juega un papel vital a la hora de elegir los materiales. En muchos casos, los precios de los materiales son uno de los factores clave que determinan el éxito de la inversión de un proyecto. Si bien los materiales que se producen de manera eficiente y rápida pueden exhibir propiedades superiores, tienden a ser costosos de fabricar. Si se puede encontrar un método adecuado para reducir los costos de producción de estos materiales, traerá enormes beneficios a las empresas. Garantizar un equilibrio entre costos y beneficios es crucial.
3. Uso previsto: Tenga en cuenta la funcionalidad del prototipo. Prototipo es un concepto, que también puede entenderse como una tecnología o método, cuyo propósito es realizar la idea de diseño de funciones específicas mediante el análisis y la comparación de objetivos en diferentes etapas. ¿Se utiliza principalmente para pruebas funcionales y evaluación visual, o una combinación de ambas?PrototipomaterialesPara las pruebas funcionales pueden ser necesarias sustancias que sean muy similares en propiedades al producto final.
4. Espesor de capa: El grosor real de cada capa durante el proceso de impresión 3D. En general, cuanto mayor sea el espesor de la capa, mejor será el efecto de moldeo. Este parámetro tendrá un gran impacto en la calidad y precisión del prototipo.
5. Detalle vs. tiempo de impresión: El grosor de capa más delgado ayuda a lograr detalles más finos y superficies más lisas, pero esto a menudo resulta en tiempos de impresión más largos. Para algunas impresoras de estructura compleja, si desean cumplir con los requisitos de salida de impresión rápida, es necesario reducir los cambios en el nivel de detalle durante el proceso de impresión. Es fundamental encontrar un equilibrio entre garantizar los detalles específicos requeridos y administrar las limitaciones de tiempo.
6. Estructuras de soporte: Para diseños complejos con características de voladizo o geometrías complejas, a menudo se requieren estructuras de soporte. Para lograr una fabricación rápida, se propone un método simple pero efectivo para construir estructuras temporales mediante la conversión directa de modelos 3D en gráficos 2D. Estas estructuras temporales creadas garantizan la estabilidad durante la impresión y evitan la deformación del prototipo de filamento de impresión 3D.
7. Estabilidad y precisión: Las estructuras de soporte garantizan que su prototipo mantenga su integridad estructural durante todo el proceso de impresión, especialmente en áreas con geometrías complejas, evitando problemas como la flacidez o la deformación.
8. Extracción después de la impresión: Es importante tener en cuenta que la estructura de soporte debe retirarse una vez finalizado el prototipo, lo que puede requerir un trabajo adicional.
9. Necesidades de posprocesamiento: La mejora de la apariencia final y la funcionalidad del prototipo a menudo se puede lograr a través de técnicas de posprocesamiento para mejorar la estética y la funcionalidad del prototipo.

Preguntas frecuentes

1. ¿Cuál es el mejor material para crear prototipos?

Los mejores materiales para la fabricaciónprototiposincluyen principalmente: Materiales ABS: materiales de uso común para la creación de prototipos de productos convencionales, fáciles de procesar y hermosos; resina epoxi, resina fenólica, policarbonato (PC), poliamida (nylon): adecuada para aplicaciones que requieren resistencia a altas temperaturasPrototipado; resina de polioximetileno (POM) o poliamida (nylon): materiales de prototipado para productos resistentes al desgaste; nylon (PA) o polipropileno (PP): se utiliza para fabricar prototipos de productos de alta tenacidad; PMMA (acrílico), ABS transparente y policarbonato transparente (PC): Adecuado para la creación de prototipos donde se requiere transparencia.

2. ¿Qué se puede utilizar para la creación rápida de prototipos?

Técnicas de prototipado rápidoa menudo dependen de materiales y procesos específicos. Resina o plásticos de ingeniería similares: adecuados para la tecnología SLA (estereolitografía), que puede producir rápidamente prototipos de piezas de trabajo pequeñas y medianas; materiales de lámina delgada (como papel, lámina metálica, película plástica, etc.): utilizados para la tecnología LOM (fabricación de sólidos en capas), fabricaciónprototiposcortando y apilando capa por capa; varios materiales en polvo: adecuado para la tecnología SLS (sinterización selectiva por láser), que utiliza el escaneo láser para derretir la superficie del polvo local o parcialmente, completando así el procesamiento de un solo nivel y formando capa por capa. Sólido tridimensional.

3. ¿Qué materiales se utilizan en los prototipos de ingeniería?

Prototipos de ingeniería A menudo requieren que los materiales se seleccionen en función de entornos de aplicación específicos y requisitos funcionales. Ingeniería comúnprototipadoLos materiales incluyen principalmente materiales metálicos: como acero, aluminio, etc., utilizados para prototipos de ingeniería que requieren alta resistencia y resistencia a la corrosión; materiales plásticos: como ABS, nailon, policarbonato, etc., adecuados para aplicaciones que requieren ingeniería liviana, resistente al desgaste o transparenteprototipos. Material compuesto: un nuevo material compuesto por dos o más materiales con diferentesPropiedadesa través de métodos físicos o químicos. Es adecuado para prototipos de ingeniería que requieren propiedades especiales (como alta resistencia, alta tenacidad, resistencia a altas temperaturas, etc.).

4. ¿Cuáles son los materiales utilizados en las herramientas de prototipo?

Herramientas de creación de prototiposgeneralmente se refieren al equipo y los materiales utilizados para hacer prototipos. (1)Herramientas de dibujo a mano: como lápiz, borrador, papel blanco, etc., utilizadas para hacer prototipos dibujados a mano. Estos materiales son fáciles de obtener y adecuados para las etapas preliminares de la creación de prototipos. (2)Herramientas de software: Creación de prototipos en línea y herramientas de colaboración como Axure y Ink Knife. Al utilizar estas herramientas, elMateriales del prototiposon principalmente activos digitales (como imágenes, iconos, botones, etc.). Estos activos se pueden editar y combinar en el software para formar un prototipo. . (3)Materiales de impresión 3D: Los materiales plásticos como el PLA y el ABS, así como los polvos metálicos, los polvos cerámicos, etc., se utilizan para la tecnología de impresión 3D para hacer prototipos. Estos materiales pueden ser seleccionados y adaptados según las necesidades del prototipo.

Resumen

 Hay una gran variedad de materiales utilizados enMaqueta rápida, cada uno con su propioPropiedadesy gama de aplicaciones. A la hora de seleccionar los materiales, hay que tener en cuenta factores como las necesidades del proyecto, el coste, la eficiencia del procesamiento y la protección del medio ambiente para garantizar que se produzca un prototipo que cumpla con los requisitos. Con el avance continuo de la tecnología y la innovación continua de los materiales, en el futuro aparecerán más opciones de materiales de alto rendimiento, bajo costo y respetuosos con el medio ambiente en la creación rápida de prototipos.

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Equipo Longsheng

Este artículo fue escrito por varios colaboradores de Longsheng. Longsheng es un recurso líder en el sector manufacturero, conMecanizado CNC,Fabricación de chapa metálica,Impresión 3D,moldeo por inyección,Estampación de metalesy mucho más.