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Desde a sua criação, a tecnologia de prototipagem rápida tornou-se uma ferramenta indispensável no desenvolvimento de produtos, verificação de projetos e processos de fabricação devido à sua eficiência, flexibilidade e precisão. O núcleo dessa tecnologia é usar dados de design auxiliado por computador (CAD) para gerar diretamente um modelo sólido tridimensional por meio de superposição em camadas. A chave para alcançar esse processo está nos vários materiais utilizados. Este artigo tem como objetivo explorar os váriosmateriais utilizados emprototipagem rápida, analisam suas propriedades e sua adequação para diferentes aplicações.

O que é prototipagem rápida?

Prototipagem rápida, em suma, refere-se ao uso de tecnologia de fabricação avançada ou software de design nos estágios iniciais do desenvolvimento do produto para produzir um modelo preliminar ouprotótipo rápidodo produto a um custo menor e em menor tempo. EstesProtótipos rápidos podem ser funcionais, cosméticos ou até mesmo uma combinação dos dois e são usados para testar, validar conceitos de design, avaliar a experiência do usuário, apresentar a investidores ou marketing.

O princípio é revisar e melhorar continuamente o design do produto por meio do ciclo de "construir-testar-aprender-feedback". Comparado com o processo tradicional de desenvolvimento de produtos, prototipagem rápidaConcentra-se mais na velocidade e flexibilidade, permitindo que designers e engenheiros descubram e resolvam problemas no início do desenvolvimento do produto e evitem modificações caras e demoradas posteriormente.

Quais materiais são comumente usados na prototipagem rápida?

Omateriais de protótipo rápidodemodelos de protótiposão unificados nas seguintes categorias:

1. Plásticos

Os plásticos são um material de prototipagem comum, pois são usados em muitos campos e oferecem muitas vantagens, como serem duráveis, flexíveis e baratos. São polímeros sintéticos que podem ser moldados em diferentes formas e tamanhos. Isso os torna ideais para a fabricação de peças com geometrias complexas.

Os plásticos podem serPrototypedusando uma variedade de processos, incluindo moldagem por injeção, impressão 3D e usinagem CNC. Durantemodelo de prototipagem, uma variedade de plásticos pode ser usada. Os tipos mais comuns de plástico são:

ABS (acrilonitrila butadieno estireno):O ABS é um plástico feito de três ingredientes principais: acrilonitrila, butadieno e estireno. É um material plástico forte e durável comumente usado para fazer brinquedos, eletrodomésticos, peças de automóveis, etc. É conhecido por sua durabilidade, resistência ao calor e ao impacto. O plástico ABS é barato e fácil de moldar e processar, tornando-o uma escolha popular para impressão 3D e moldagem por injeção.

PC (policarbonato):O PC é um polímero termoplástico com excelente resistência, durabilidade e clareza. É frequentemente usado para fazer peças automotivas, componentes eletrônicos, equipamentos de segurança, vidro à prova de balas e outros materiais de proteção. O policarbonato também é usado para fazer filamentos de impressão 3D porque é fácil de moldar e moldar em formas complexas. É um material altamente adaptável, resistente ao impacto e ao calor, tornando-o uma escolha popular para uma variedade de aplicações, incluindo automotiva e aeroespacial.

PE (polietileno):O polietileno é um tipo de plástico conhecido por sua durabilidade, flexibilidade, resistência química e resistência ao impacto. É amplamente utilizado na fabricação de itens como materiais de embalagem, recipientes e tubos, bem como na fabricação de brinquedos e outros produtos de consumo. O polietileno é um material versátil, fácil de moldar e processar, tornando-o o material de escolha para moldagem por injeção e outros processos de fabricação. Também é amplamente utilizado para fazer filamentos de impressão 3D devido à sua capacidade de ser facilmente moldado em formas complexas.

Náilon:é um polímero sintético com alta resistência, durabilidade e resistência à abrasão. É amplamente utilizado na produção de engrenagens, rolamentos, peças automotivas, têxteis e outros materiais industriais. Uma vez que pode ser facilmente moldado e moldado em formas complexas, o PA também é amplamente utilizado para fazer filamentos de impressão 3D. É um material versátil, durável e flexível, frequentemente usado como uma alternativa acessível à seda, borracha e látex.

PP (polipropileno):PP é uma poliolefina ou polímero saturado. O PP é um dos polímeros mais úteis, oferecendo excelente resistência química, resistência à fadiga, resistência a altas temperaturas e densidade mais baixa que o HDPE. O PP é um plástico leve e flexível comumente usado em embalagens, barris, tigelas, engradados, brinquedos, peças médicas, peças automotivas, tambores de máquinas de lavar, caixas de bateria e tampas de garrafas. O PP pode ser modificado com elastômero para fazer pára-choques e preenchido com talco para torná-lo mais duro em altas temperaturas.

Polioximetileno (POM):é um material de engenharia termoplástico usado para criar peças com maior rigidez, versatilidade de baixo atrito e excelente estabilidade dimensional. O POM é forte e durável, com alta resistência à tração, resistência à abrasão, resistência à fluência, resistência ao empenamento, tenacidade e durabilidade. O POM é amplamente utilizado na produção de peças automotivas, equipamentos esportivos, engrenagens, rolamentos, peças transportadoras, componentes elétricos, componentes deslizantes e guias, etc.

PEEK (polieteretercetona):O PEEK é um polímero termoplástico orgânico incolor. É um plástico de engenharia usado em uma variedade de aplicações que exigem resistência e tenacidade. O PEEK é quimicamente resistente e pode suportar temperaturas de até 260°C.

2. Resinas

Os materiais de resina são usados principalmente para modelos de alta precisão em prototipagem rápida, especialmente impressão SLA (estereolitografia). Os materiais de resina têm excelentes propriedades de moldagem e qualidade de superfície, permitindo produtos com geometrias complexas e detalhes finos. Os materiais de resina comuns incluem protótipos de acrílicos, poliuretano elastomérico (EPU), poliuretano flexível e resinas de impressão 3D coloridas, como VeroWhite e VeroClear.

3. Metais

Alumínio:O alumínio é um metal prateado e de baixa densidadeusado em uma variedade de aplicações comerciais. Na maioria das vezes, o alumínio não ligado é dúctil, moderadamente forte e extremamente resistente à corrosão. As propriedades do alumínio podem ser bastante aprimoradas usando os elementos de liga apropriados (cobre, magnésio, manganês, silício, etc.) e subsequente calor/processamento. O alumínio é amplamente utilizado em aeronaves, transporte, construção, alimentos e processamento químico devido à sua baixa densidade e resistência à corrosão.

Cobre:As ligas de cobre estão entre os metais mais úteis porque resistem à corrosão, têm alta condutividade térmica e conduzem bem a eletricidade. As ligas de cobre são adequadas para muitas indústrias elétricas, de construção, transporte e bens de consumo. O cobre é usado para fazer componentes de construção, moedas, condensadores/trocadores de calor, tubos, núcleos de radiadores, instrumentos musicais, fechaduras, fixadores, dobradiças, componentes de munição e conectores elétricos.

Latão:O latão é uma liga de cobre e zinco e tem algumas das mesmas propriedades do cobre. O latão é um metal durável e trabalhável. A liga também é resistente à corrosão, eletricamente condutora e tem baixo coeficiente de atrito. O latão é um metal versátil usado em uma variedade de aplicações, incluindo encanamento, eletricidade, arte e medicina.

Titânio:Considerado o metal mais precioso, o titânio tem um bom desempenho em ambientes hostis onde outros metais podem falhar. A liga de titânio é uma liga composta de titânio e outros elementos químicos. As ligas de titânio são leves, têm resistência à tração e tenacidade extremamente altas, são resistentes à corrosão e podem suportar temperaturas extremas.

Aço de liga:O principal elemento de liga do aço de liga não é o carbono. Ele contém pequenas quantidades de elementos de liga, como manganês, silício, níquel, titânio, cobre, cromo e alumínio. O aço de liga é mais resistente à corrosão, soldável, resistente ao calor e dúctil do que o aço carbono. Mas o aço carbono é mais forte que o aço liga. Devido ao seu baixo custo, ampla disponibilidade, facilidade de processamento e propriedades mecânicas superiores, os aços-liga são comumente usados em aplicações industriais, eletrodomésticos, talheres, utensílios de cozinha e automóveis.

Aço inoxidável:O aço inoxidável é uma liga de aço mais resistente à corrosão do que o aço carbono/liga de aço. Os graus de aço inoxidável 304, 316, 416 e 17-4 PH são comumente usados para usinagem CNC. O aço inoxidável é um material forte com uma camada protetora natural de óxido, tornando-o adequado para situações difíceis. A composição da liga que compõe os tipos de aço inoxidável os torna diferentes.

Aço macio:O aço macio é o aço carbono com menor teor de carbono. Muitas vezes é referido como "aço macio". Os aços-carbono têm menor resistência à tração do que os aços de alto carbono e ligas porque contêm menos carbono e outros elementos de liga que evitam deslocamentos na estrutura cristalina. O aço macio é uma escolha comum para produtos de consumo devido à sua alta soldabilidade e trabalhabilidade.

Aço Ferramenta:O aço ferramenta é um aço de liga de carbono. É frequentemente usado para fazer, modificar ou reparar ferramentas manuais e moldes de máquinas. O aço ferramenta é conhecido por ser duro, resistente ao desgaste e resistente à flexão. O aço ferramenta é frequentemente moldado em outros materiais cortando, pressionando, estampando ou extrudando. Isso ocorre porque o aço pode manter sua aresta de corte em temperaturas extremamente altas. O aço ferramenta é comumente usado em aplicações de impacto, como matrizes de estampagem ou extrusão, corte, fabricação de matrizes e martelos.

Quais tecnologias são usadas principalmente na prototipagem rápida?

RápidoSignificado de prototipagemdesempenha um papel importanteem vários campos, então quais são osMétodos de prototipagem rápida?

Tecnologia	Abreviação	Materiais	Vantagem
Estereolitografia	SLA	Fotopolímeros do tipo termoplástico	Alta precisão e excelente acabamento superficial
Sinterização seletiva a laser	SLS	Nylon, TPU	Não é necessária estrutura de suporte, adequada para uma variedade de materiais
Modelagem de deposição fundida	FDM	ABS, PC, PC/ABS, PPSU	Versatilidade de materiais, facilidade de uso e acessibilidade
Sinterização direta a laser de metal	DMLS	Aço inoxidável, titânio, cromo, alumínio, Inconel	Alta precisão, alta resistência, adequado para peças funcionais e projetos complexos
Processamento Digital de Luz	DLP	resinas fotossensíveis	Rápido, produza peças com excelente resolução e acabamento superficial
Fabricação de objetos laminados	LOM	papel, plásticos e folhas de metal.	Baixo custo de material, adequado para produção de peças grandes
Usinagem controlada numericamente por computador	CNC	A maioria dos termoplásticos e metais de commodities e de engenharia	Materiais de alta precisão e versáteis. Ideal para produzir peças com tolerâncias apertadas e detalhes intrincados
Fusão Multi Jet	MJF	Náilon	Produza peças fortes com detalhes finos e propriedades mecânicas consistentes

Como você seleciona materiais para prototipagem rápida?

Aqui estão alguns fatores a serem considerados ao escolher materiais para o seuprocesso de prototipagem rápida:

1. Propriedades do material: Os vários tipos de materiais de prototipagem rápida exibem propriedades únicas, como resistência, flexibilidade e resistência ao calor. Em muitas aplicações, como na fabricação de moldes e outros produtos, essas propriedades podem ser atendidas. Por exemplo, quando você está criando protótipos de peças mecânicas, escolher um material durável como o ABS pode ser uma decisão inteligente.
2. Custo-benefício: O orçamento desempenha um papel vital na escolha dos materiais. Em muitos casos, os preços dos materiais são um dos principais fatores que determinam o sucesso de um investimento em projeto. Embora os materiais produzidos de forma eficiente e rápida possam exibir propriedades superiores, eles tendem a ser caros de fabricar. Se for possível encontrar um método adequado para reduzir os custos de produção desses materiais, isso trará enormes benefícios para as empresas. Garantir um equilíbrio entre custos e benefícios é crucial.
3. Uso pretendido: considere a funcionalidade do protótipo. Protótipo é um conceito, que também pode ser entendido como uma tecnologia ou método, cujo objetivo é realizar a ideia de design de funções específicas, analisando e comparando metas em diferentes estágios. É usado principalmente para testes funcionais e avaliação visual, ou uma combinação de ambos?Protótipomateriaispara testes funcionais pode exigir substâncias com propriedades muito semelhantes ao produto final.
4. Espessura da camada: A espessura real de cada camada durante o processo de impressão 3D. Em geral, quanto maior a espessura da camada, melhor o efeito de moldagem. Este parâmetro terá um enorme impacto na qualidade e precisão do protótipo.
5. Detalhe vs. tempo de impressão: A espessura da camada mais fina ajuda a obter detalhes mais finos e superfícies mais suaves, mas isso geralmente resulta em tempos de impressão mais longos. Para algumas impressoras de estrutura complexa, se quiserem satisfazer os requisitos de impressão rápida, é necessário reduzir as alterações no nível de detalhe durante o processo de impressão. Encontrar um equilíbrio entre garantir os detalhes específicos necessários e gerenciar as restrições de tempo é fundamental.
6. Estruturas de suporte: Para projetos complexos com recursos salientes ou geometrias complexas, muitas vezes são necessárias estruturas de suporte. Para obter uma fabricação rápida, um método simples, mas eficaz, é proposto para construir estruturas temporárias convertendo diretamente modelos 3D em gráficos 2D. Estas estruturas temporárias criadas garantem a estabilidade durante a impressão e evitam a deformação do protótipo do filamento de impressão 3D.
7. Estabilidade e precisão: As estruturas de suporte garantem que seu protótipo mantenha sua integridade estrutural durante todo o processo de impressão, especialmente em áreas com geometrias complexas, evitando problemas como flacidez ou empenamento.
8. Remoção após impressão: É importante observar que a estrutura de suporte deve ser removida após a conclusão do protótipo, o que pode exigir trabalho adicional.
9. Necessidades de pós-processamento: O aprimoramento da aparência final e da funcionalidade do protótipo geralmente pode ser alcançado por meio de técnicas de pós-processamento para melhorar a estética e a funcionalidade do protótipo.

Perguntas frequentes

1. Qual é o melhor material para prototipar?

Os melhores materiais para fazerProtótiposincluem principalmente: Materiais ABS: materiais comumente usados para prototipagem de produtos convencionais, fáceis de processar e bonitos; resina epóxi, resina fenólica, policarbonato (PC), poliamida (nylon): adequado para aplicações que requerem resistência a altas temperaturasPrototipação; resina de polioximetileno (POM) ou poliamida (nylon): materiais de prototipagem para produtos resistentes ao desgaste; nylon (PA) ou polipropileno (PP): usado para fazer protótipos de produtos de alta tenacidade; PMMA (acrílico), ABS transparente e policarbonato transparente (PC): Adequado para prototipagem onde a transparência é necessária.

2. Que pode ser usado para prototipagem rápida?

Técnicas de prototipagem rápidamuitas vezes dependem de materiais e processos específicos. Resina ou plásticos de engenharia semelhantes: adequados para a tecnologia SLA (estereolitografia), que pode produzir rapidamente protótipos de peças de pequeno e médio porte; materiais de folha fina (como papel, folha de metal, filme plástico, etc.): usado para a tecnologia LOM (fabricação sólida em camadas), fazendoProtótiposcortando e empilhando camada por camada; vários materiais em pó: adequado para a tecnologia SLS (Selective Laser Sintering), que usa varredura a laser para derreter a superfície do pó local ou parcialmente, completando assim o processamento de nível único e formando camada por camada. Sólido tridimensional.

3. Quais materiais são usados em protótipos de engenharia?

Protótipos de engenharia muitas vezes exigem que os materiais sejam selecionados com base em ambientes de aplicação específicos e requisitos funcionais. Engenharia comumprototipaçãoOs materiais incluem principalmente materiais metálicos: como aço, alumínio, etc., usados para protótipos de engenharia que requerem alta resistência e resistência à corrosão; materiais plásticos: como ABS, nylon, policarbonato, etc., adequados para aplicações que exigem engenharia leve, resistente ao desgaste ou transparenteProtótipos. Material compósito: um novo material composto por dois ou mais materiais com diferentesPropriedadesatravés de métodos físicos ou químicos. É adequado para protótipos de engenharia que requerem propriedades especiais (como alta resistência, alta tenacidade, resistência a altas temperaturas, etc.).

4. Quais são os materiais usados no ferramental protótipo?

Ferramentas de prototipagemgeralmente referem-se ao equipamento e materiais usados para fazer protótipos. (1) Ferramentas de desenho à mão: como lápis, borracha, papel branco, etc., usadas para fazer protótipos desenhados à mão. Esses materiais são fáceis de obter e adequados para os estágios preliminares de prototipagem. (2) Ferramentas de software: Ferramentas de prototipagem e colaboração on-line, como Axure e Ink Knife. Ao usar essas ferramentas, omateriais de protótiposão principalmente ativos digitais (como imagens, ícones, botões, etc.). Esses ativos podem ser editados e combinados no software para formar um protótipo. . (3) Materiais de impressão 3D: Materiais plásticos como PLA e ABS, bem como pós metálicos, pós cerâmicos, etc., são usados para a tecnologia de impressão 3D para fazer protótipos. Esses materiais podem ser selecionados e adaptados de acordo com as necessidades do protótipo.

Resumo

 Há uma grande variedade de materiais usados emmaquete rápida, cada um com seu próprioPropriedadese gama de aplicações. Ao selecionar materiais, fatores como necessidades do projeto, custo, eficiência de processamento e proteção ambiental precisam ser considerados de forma abrangente para garantir que um protótipo que atenda aos requisitos seja produzido. Com o avanço contínuo da tecnologia e a inovação contínua de materiais, opções de materiais mais de alto desempenho, baixo custo e ecologicamente corretos aparecerão na prototipagem rápida no futuro.

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Equipe Longsheng

Este artigo foi escrito por vários colaboradores de Longsheng. Longsheng é um recurso líder no setor manufatureiro, comUsinagem CNC,Fabricação de chapas metálicas,Impressão 3D,moldagem por injeção,Estampagem de metale muito mais.