Guia de Prototipagem Rápida – 6 tecnologias mais usadas

Hoje, a prototipagem rápida está crescendo na indústria por muito boas razões: economiza milhares de doláres e reais em falhas de projeto ou testes de peças finais e não é tão caro quanto as empresas pensam.

 

 

Guia de Prototipagem Rápida
6 tecnologias mais usadas

 

Os métodos de prototipagem rápida estão disponíveis para todas as qualidades, necessidades e orçamentos , e a grande maioria dispõe de uma ampla variedade de materiais, desde plásticos, fotopolímeros a metais de alta resistência. Você poderá fazer do primeiro protótipo à primeira série de produção curta.

Aqui na EngiPrinters, vamos levá-lo a uma jornada pelos nossos métodos favoritos de prototipagem rápida, para que, no final do artigo, você tenha uma idéia clara de qual deles usar. E se você tiver alguma dúvida no final, não hesite em entrar em contato com nosso serviço técnico para que ele possa aconselhá-lo; talvez possamos até ajudá-lo com nossos serviços.

 

Guia de Prototipagem Rápida: 6 tecnologias mais usadas

O que é prototipagem rápida, quando é usada e quais aplicativos ela possui?

 

Protótipo de um alto-falante feito com impressão e pós-processamento 3D (lixamento e pintura)

 

 

A prototipagem rápida é um processo pelo qual criamos objetos com características semelhantes a outros (forma, resistência mecânica, cor) para testar nosso produto antes de lançá-lo no mercado de maneira fácil e barata . Seu uso é geralmente industrial e antes da fabricação de várias séries de produtos. Criar um protótipo, por exemplo, de uma peça de metal para encaixar uma ferramenta geralmente custa algumas centenas de euros e horas na oficina. Com a prototipagem rápida, podemos ter nosso protótipo pronto no mesmo dia e por menos da metade do preço.

Podemos usar um protótipo rápido nos primeiros estágios de desenvolvimento de um projeto. Por exemplo, criar um protótipo de uma peça de metal para encaixar uma ferramenta geralmente custa algumas centenas de euros e horas na oficina. Com prototipagem rápida (impressão 3D, laser, CNC …), podemos ter nosso protótipo pronto no mesmo dia e por menos da metade do preço.

Suas aplicações são diversas , desde próteses na medicina ou no setor odontológico, peças de automóveis em grandes tiragens, produção de objetos para comercialização ou mesmo para a fabricação e teste de peças no setor aeroespacial.

O melhor de tudo é que hoje existem tecnologias de fabricação flexíveis que combinam prototipagem rápida e séries curtas . Ou seja, usando algumas das técnicas sobre as quais falaremos neste artigo , você poderá produzir desde o primeiro protótipo até as primeiras execuções de teste, produção e comercialização do seu produto . Ao escolher a tecnologia de fabricação certa e com um design de produto adaptado, você pode pular a etapa cara da prototipagem à produção.

 

 

Guia de Prototipagem Rápida: 6 tecnologias mais usadas

Prototipagem rápida com impressão 3D

 

A impressão 3D, também conhecida como Manufatura Aditiva, é a técnica mais comumente usada para prototipagem rápida . Aqui estão quatro tecnologias de impressão 3D diferentes para você escolher a mais apropriada para fabricar seu protótipo.

 

Estereolitografia (SLA) e Digital Light Processing (DLP), impressão em resina 3D

 

Impressão 3D SLA

 

A estereolitografia, ou SLA, é uma técnica de prototipagem rápida na impressão 3D para a fabricação de peças usando resina fotossensível que é curada por um feixe de luz ultravioleta. Se, em vez de um laser, uma lâmpada ultravioleta for usada para curar a resina, essa tecnologia será chamada Digital Light Processing (DLP). Ambas as tecnologias são baseadas nos mesmos princípios e produzem partes muito semelhantes.

A base é introduzida em um tanque de resina especial e, à medida que sobe, o feixe de luz solidifica gradualmente a resina em pequenas camadas, criando a peça aos poucos, que terá uma resolução igual à altura da camada que possuímos. Depois (e após a remoção do excesso de resina), ele é deixado em um forno com luz ultravioleta.
É praticamente o dobro da fabricação FDM (que veremos mais adiante), mas também tem o dobro da qualidade (cerca de 100 mícrons por camada ou menos).

Atualmente, existem impressoras 3D comumente usadas desse tipo e, apesar de ser um método um tanto “complicado”, é muito barato e o acabamento é excelente. Também permite o uso de materiais especiais resistentes à temperatura ou biocompatíveis.

 

 

Sinterização seletiva a laser (SLS), sem suporte

 

Peça impressa em SLS 3D
Peça funcional impressa em poliamida com SLS

 

O SLS é outra técnica de prototipagem rápida que também cria a peça em camadas (impressão 3D), mas desta vez através da fusão de pós, que derreterão, criando um aglomerado muito forte. O material final dependerá do tipo de pó utilizado: metais, plásticos, cerâmica ou mesmo vidro.

Para derreter esses pós, você precisa de um feixe de laser muito poderoso. Esse feixe, através de um arquivo tridimensional gerado por computador, percorre camada por camada o leito de pós, aglomerando-os e criando gradualmente o objeto. Quando uma camada é derretida, a cama gera uma nova camada para derreter.

A característica mais popular desse tipo de fabricação é que não há necessidade de suportes nas peças, pois o próprio leito de pó suporta a peça. Uma vez terminada a sinterização, a peça será retirada do balde, removendo todo o pó restante que a cobre e deixando uma peça perfeitamente acabada.

Sua tolerância de fabricação também está entre 75 e 100 mícrons, semelhante à fabricação de SLA, mas sem a inconveniência dos suportes. O acabamento das peças, no entanto, é áspero e poroso, e não completamente liso.

Dentro do SLS, a técnica mais difundida é a fabricação de poliamida em pó (nylon). Esta é uma tecnologia que se adapta muito bem à fabricação de séries curtas e peças funcionais porque é uma das mais econômicas na impressão 3D e porque produz peças muito resistentes.

 

Modelagem de Deposição Fundida (FDM), prototipagem rápida de impressão 3D

 

 

Impressão 3D FDM

 

 

Essa técnica de prototipagem por impressão 3D é uma das técnicas mais usadas, pois 99% das impressoras 3D de usuário possuem esse mecanismo de fabricação. O material termoplástico é enrolado em uma bobina na forma de um filamento fino de 1,75 mm (também pode ser de 3 mm).

Esse filamento é derretido em uma parte da impressora chamada ‘hotend’ e extrudado através de um bico que pode variar de 0,3 mm a 1 mm. Essa cabeça, enquanto se move nos três eixos do espaço, deposita o filamento na base e cria gradualmente a peça. A espessura mínima da camada neste tipo de impressora é de 0,1 mm, embora geralmente seja utilizado 0,2 mm.

Os materiais comumente usados ​​no FDM são: PLA (ácido polilático), ABS (acrilonitrila butadieno estireno), PETG (uma variante glicolada do PET), ASA , nylon ou TPU / TPE (filamento flexível). Juntamente com uma extrusora dupla, esse tipo de impressora 3D pode imprimir suportes solúveis, para que possam ser facilmente removidos sem comprometer a qualidade da peça. De fato, a EngiPrinters até usou o FDM para produzir biomodelos de órgãos humanos para ajudar a planejar cirurgias.

O FDM é a tecnologia de prototipagem rápida mais econômica, adequada desde os primeiros protótipos até as execuções de produção de componentes funcionais. Suas maiores limitações são o acabamento e a resistência das peças resultantes.

Injeção tripla ou Polyjet, a revolução multicolorida

 

Polijet multicolor
A tecnologia Polyjet possibilita a criação de protótipos de cores

 

 

O Polyjet ou Triple Injection é um processo que permite a criação de objetos que combinam diferentes materiais e cores através da combinação da tecnologia Inkjet e do uso de fotopolímeros: dois materiais solidificam após o contato com a luz ultravioleta e o mais surpreendente é que não há precisa criar camadas como os modelos de fabricação anteriores.

Cada cabeça de impressão possui dezenas de bicos que projetam micropartículas de material em uma plataforma de fabricação. Durante a projeção de cada camada, é emitida uma luz ultravioleta, que solidifica a matéria que criará o produto final.

O melhor de tudo é que a parte final não requer nenhuma etapa de pós-processamento (cozimento, lixamento ou polimento). Para a criação de geometrias complexas, um material de suporte (um gel fácil de remover manualmente ou com água) é ajustado em uma das cabeças de impressão. As peças impressas com Polyjet, no entanto, não são funcionais, mas devem ser protótipos estéticos.

 

Prototipagem rápida com corte a laser

 

Prototipagem rápida de corte a laser
Corte a laser de chapas

 

O corte a laser é uma das tecnologias mais flexíveis para a criação de protótipos e geralmente é ignorado. Se uma peça puder ser cortada a laser em tábuas de madeira, plástico ou metal, é provável que o corte a laser seja o método de fabricação mais econômico.

O laser tem a seu favor a grande variedade de materiais que podem ser processados: madeira, tecido, plásticos opacos, translúcidos, bicamada e metais (alumínio, aço, etc.). No caso dos metais, as peças podem ser dobradas posteriormente para obter geometrias muito mais complexas. A combinação de corte e dobra a laser é uma das mais flexíveis e econômicas para desenvolver nossos produtos e é adequada desde o protótipo à produção em massa.

 

Prototipagem rápida a laser
Prototipagem de um componente mecânico para uma impressora 3D com folha de alumínio dobrada e cortada a laser

 

Uma das vantagens do laser como método de prototipagem rápida é que o mesmo design pode ser usado para peças de produção. Usando o corte a laser, várias centenas ou milhares de peças podem ser fabricadas e, portanto, não será necessário modificar nosso produto ou procurar novos fornecedores para começar a vendê-lo.

Prototipagem rápida com CNC

CNC para prototipagem rápida
Fresamento de uma engrenagem em um centro CNC

 

CNC ou usinagem é uma das tecnologias de prototipagem rápida que existem há anos. É uma tecnologia tradicional que consiste em remover o material de um bloco inicial do material da peça (geralmente metal) para obter a forma desejada.

Você pode usinar peças dentro de semanas e é por isso que a incluímos nesta lista, mas não é uma tecnologia flexível nem capaz de lidar com os prazos urgentes que geralmente são obtidos com impressão 3D ou corte a laser.

Às vezes, o CNC é a única opção quando você deseja peças de metal (a impressão 3D em metal geralmente tem custos muito altos para a maioria das peças), mas tem a desvantagem de que geralmente é mais caro que a impressão 3D, a menos que seja para longas produções.

 

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Quanto custa a prototipagem rápida?

 

O custo do protótipo depende da tecnologia que estamos usando e do tamanho e complexidade disso, pois não é a mesma situação que uma máquina de prototipagem FDM que ocupa no máximo 1 metro de altura em comparação com uma máquina SLS que pode preencher uma sala inteira .

Para contextualizar, uma peça do tamanho de uma xícara em FDM pode custar em torno de 15 a 20 euros, enquanto, se o fizermos no SLS, pode facilmente chegar a 100. Por outro lado, se em vez de uma xícara fizermos o modelo de um coração (mais complexo e com cantos e recantos), o preço poderá ser dobrado ou triplicado nas duas tecnologias

Então você deve levar em consideração o material. Um leito de pó de metal custa mais que um leito de pó de plástico, assim como uma bobina de filamento de PLA custa quatro vezes menos que uma de fibra de carbono.

Se você estiver curioso sobre o custo da impressão 3D do seu protótipo aqui na EngiPrinters, podemos ajudá-lo. Você pode solicitar uma cotação em nosso orçamento clicando aqui.

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Tipos de prototipagem rápida na indústria

Prototipagem de design rápido

Esse tipo de prototipagem rápida é usado para ver como o produto ficará esteticamente: curvas, linhas retas, furos que podem dar errado; não apenas no sentido visual, mas também ergonômico.

O último significa que o produtor testará com os usuários (voluntários ou contratados) para ver como eles usam seu produto e se é confortável fazê-lo. Isso é aplicável, por exemplo, de um mouse de computador com o qual o usuário interage a produtos com um grande investimento em design que a empresa deseja ver na realidade antes de tomar a decisão de fabricação.

Nos protótipos de projeto mais exigentes, o pós-processamento da peça é de grande importância para obter acabamentos e texturas que reproduzem o objeto real da melhor maneira possível.

Pós-processamento de impressão 3D
Pós-processamento de peças impressas em 3D para um acabamento perfeito: revestimento epoxi, calafetagem, lixamento e pintura.

 

Prototipagem de geometria rápida

Este tipo de prototipagem refere-se a um uso espacial e puramente geométrico. Isso significa que os fabricantes o usarão quando quiserem ver acoplamentos de alguns objetos dentro de outros, se houver acordo geométrico ou apenas a forma.

É muito útil no ajuste das tolerâncias de fabricação, uma vez que dois produtos conectados precisam “corresponder” para poderem se encaixar. Este ponto é vital para controlá-lo, pois, caso contrário, uma porcentagem do lote poderia simplesmente resultar inútil, com as perdas que isso representa.

 

Prototipagem rápida funcional

 

A prototipagem funcional faz referência apenas e exclusivamente ao uso que será dado ao objeto futuro, que pode ser fabricado em pequenos lotes ou em grandes produções. Isso tem muito a ver com a criação de protótipos de projetos, pois um dos fatores mais importantes é a ergonomia.
Também é frequentemente usado na criação de mecanismos, para verificar se eles realmente atendem às expectativas de movimento ou encaixe antes de desenvolver o produto final ou o ferramental, que geralmente é muito mais caro.

Prototipagem rápida técnica

Finalmente, há o protótipo de tipo técnico usado para ver todas as funções que nossa parte de produção final terá. Com isso, serão feitos os testes finais do produto e a peça será ajustada quantas vezes forem necessárias; sendo esta etapa do design sempre a última.

Eles consistem em várias partes e a qualidade da prototipagem geralmente é melhor, porque é a que deve ser ajustada às propriedades estéticas e mecânicas do produto final. Esse último ponto é muito importante e, se não pudesse ser realizado diretamente (devido à diferença de material entre protótipo e produto final), suas propriedades seriam extrapoladas por meio de fórmulas matemáticas.

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Vantagens e desvantagens da prototipagem rápida, quando usá-la

Permite testar seus projetos rapidamente

Essa é a principal vantagem da prototipagem rápida: tempo de espera. Enquanto que quando mecanizamos, temos que esperar a oficina (espera por dias), além do custo extra gerado, uma parte da prototipagem rápida pode estar na sua mesa no mesmo dia.

Ideal para negócios sob demanda e objetos grandes

Atualmente, existem empresas dedicadas apenas a modelos em larga escala ou pequenas execuções de produtos, pois o protótipo geralmente é tão estável e bem fabricado que pode servir como produto final ou método de fabricação em execuções baixas.

Perfeito para criar objetos complexos

A usinagem ou a moldagem por injeção geralmente apresentam muitas desvantagens, como a criação de arredondamentos ou lacunas internas. Com a prototipagem 3D convencional, isso acaba: você pode fazer o que quiser com o formato que deseja, deixando de lado o CAM e concentrando-se no CAD.

Nem sempre funciona para grandes produções

A prototipagem rápida tem uma desvantagem: a longo prazo e com grande produção, ela não é amortizada. Se você for fabricar muitos pedaços de plástico, é melhor recorrer à injeção de plástico do que à impressão 3D, mas o teste inicial deve ser com o primeiro.

Às vezes você tem que extrapolar as propriedades mecânicas

Às vezes, temos peças que não podem ser fabricadas diretamente com prototipagem rápida, principalmente porque esse material é incompatível com ele. Para fazer isso, teremos que recorrer a fórmulas matemáticas para extrapolar as propriedades mecânicas do nosso protótipo para a parte final.

 

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