O que é Prototipagem Rápida?

Sem a prototipagem rápida, que permite que maquinistas e engenheiros de CNC transformem um modelo em escala em um produto físico e tangível, a Microsoft pode não estar tão animada – ou rápida – em exibir seu mais recente console de jogos. “Anunciado como o console de jogos mais poderoso de todos os tempos, ele está pronto para oferecer jogos 4K nativos na sala de estar”, de acordo com o All3DP.

Indiscutivelmente, o caminho para o sucesso poderia ter sido mais longo sem a incrível inovação da prototipagem rápida.

Por que a prototipagem rápida é tão importante para marcas como a Microsoft e inúmeros outros fabricantes menores? O que significa prototipagem rápida para maquinistas e engenheiros?

Se você perguntar a Tom Chi, o céu é realmente o limite, pois a prototipagem rápida oferece soluções rápidas para um futuro melhor. As implicações para a prototipagem rápida são potencialmente tão revolucionárias (entendeu?) para empreendedores quanto para grandes corporações como a Microsoft, no que diz respeito à economia de tempo e dinheiro.

Então, o que é prototipagem rápida? Por que há tanto esforço para integrá-lo cada vez mais à usinagem e à engenharia?

Compreender esse processo é fundamental para expandir as possibilidades de transformar nossos projetos em produtos mais rápido do que nunca. Confira a seguir e visualize como a prototipagem rápida pode ajudar a transformar seus negócios e possivelmente aumentar seus resultados.

O que é Prototipagem Rápida?

Correndo o risco de simplificar demais um processo complexo, a prototipagem rápida é definida como “a criação rápida de um modelo em escala real. A palavra protótipo vem das palavras latinas proto (original) e typus (modelo).

Por criação, não queremos dizer a criação em abstrato. Em vez disso, um protótipo rápido representa uma criação física tangível e segura.

Existem diferentes tipos de prototipagem rápida, com as tendências atuais seguindo a manufatura aditiva e a impressão 3D. No entanto, a prototipagem rápida subtrativa ainda continua a ser um fator importante e geralmente é mais adequada para certos tipos de projetos e designs de produtos.

Não importa se você está fazendo aditivo, subtrativo ou alguma combinação de ambos, o fato é que a prototipagem rápida permite que os designers deem vida aos seus modelos. “Isso geralmente é feito usando design sofisticado auxiliado por computador ou outro software de montagem e implementado fisicamente usando impressoras 3-D”, conforme definido pela Techopedia.

A equipe do 3D Creation Lab, com sede no Reino Unido, explica:“Os avanços da prototipagem rápida 3D permitem protótipos e fabricação de modelos mais rápidos e de baixo custo, eliminando mão de obra e ferramentas caras que permitem que empresas e inventores levem seus produtos e projetos ao mercado mais rapidamente do que a concorrência. ”

Dada toda a possibilidade de produto que a prototipagem rápida tem a oferecer, é preciso supor que há uma desvantagem em algum lugar.

Como pode algo tão inovador não vir com uma armadilha ou duas?

Acontece que não pode.

Para todos os prós, a prototipagem rápida apresenta alguns contras, entre os quais o potencial de eliminar mão de obra, reduzindo assim o número de empregos disponíveis para maquinistas CNC.

No entanto, em O Futuro da Prototipagem Rápida, Soren Petersen Design Research Ph.D. e autor de Profit from Design prevê o seguinte:

Os benefícios são numerosos e continuam a elevar a fasquia em todos os setores. Mas, por uma questão de equilíbrio, vamos pesar os dois lados da moeda.

Prós e contras

Cobrimos os prós da prototipagem rápida, mas apenas para recapitular, eles se resumem à velocidade e custo. A APT Mold argumenta que também existe uma realidade inerente de atendimento ao cliente e satisfação do cliente à prototipagem rápida:

Levando vantagem no mercado... que empresa não quer isso?

Essa vantagem vem com um preço, é claro, e esse preço representa os contras da prototipagem rápida. Ao todo, existem três desvantagens principais na prototipagem rápida.

Visão de túnel

Infelizmente, é fácil ter visão de túnel e perder de vista todo o projeto quando focado em um único protótipo. A armadilha aqui é o potencial para os desenvolvedores de produtos perderem uma solução que poderia ser melhor a longo prazo, concentrando-se muito intensamente no protótipo em mãos (literalmente).

Caso de identidade equivocada

Protótipos, nas mãos do cliente errado, podem ser confundidos com o produto acabado e julgados de forma injusta ou precipitada como tal. O outro lado disso ocorre quando um protótipo é preferido a um produto final. Nenhum dos casos é útil para os engenheiros e maquinistas por trás desses protótipos.

A variedade é o tempero da vida

A prototipagem rápida, no entanto, restringe o número de opções que você tem e pode ser melhor reservada para projetos mais diretos.

No entanto, como mostram as cinco marcas a seguir, apesar dessas armadilhas potenciais, a prototipagem rápida continua sendo um meio eficaz para um fim muito lucrativo.

Cinco marcas que representam proezas de prototipagem rápida

Embora essas cinco empresas certamente não sejam as únicas que fazem a prototipagem rápida funcionar para elas, cada uma é ilustrativa do que esse processo pode fazer pelos produtos de uma marca... e pelo resultado final.

Despertar brilhante

Certamente não é um nome familiar, no entanto, a Brightwake é uma empresa de pesquisa e design que está salvando vidas salvando sangue. Ou, mais precisamente, reciclar sangue que de outra forma seria perdido.

O Hemosep é a máquina de referência da empresa, capaz de reciclar o sangue perdido durante a cirurgia. Para criar o Hemosep, a Brightwake contou com a impressão 3D como seu processo de prototipagem rápida. Isso teria reduzido o processo de produção em 96%. É seguro assumir que as economias financeiras foram igualmente consideráveis.

Pára-choque

Os amantes da música reconhecerão instantaneamente a marca Fender como o fabricante de instrumentos preferido por músicos amadores e lendas do rock como Jimi Hendrix.

Para acelerar o já rápido processo de prototipagem rápida, a Fender comprou impressoras 3D industriais Stratasys e agora cria seus próprios protótipos, até botões em amplificadores. O tempo de espera para criar esses protótipos caiu de aproximadamente duas semanas para a noite. É seguro assumir que um lead time menor equivale a margens de lucro maiores.

Ford

Mesmo grandes fabricantes automotivos como a Ford precisam ter cuidado quando se trata de orçamento. A prototipagem rápida tornou “Ford resistente” e tornou a marca ainda mais resistente, economizando milhões de dólares para a empresa em protótipos de plástico e metal.

A impressão 3D também provou ser uma economia de tempo real, pois o processo cria protótipos em questão de horas, permitindo que os engenheiros da Ford decidam se a produção real será vantajosa ou não.

Estas são apenas algumas empresas que utilizam a prototipagem rápida no design de seus produtos. Outros incluem grandes marcas como BMW, Lamborghini, Valero e Volkswagen.

Lockheed Martin

A prototipagem CNC de alta velocidade é fundamental para o desenvolvimento de produtos na Lockheed Martin, a gigante corporativa global comprometida com tecnologias avançadas em busca de iniciativas aeroespaciais, de defesa e segurança, que afirma:“Estamos ampliando os limites da tecnologia aditiva e trazendo engenheiros de projeto para o chão de fábrica para produzir peças, camada por camada, que antes não podiam ser construídas.”

Epson

O aproveitamento da usinagem CNC rápida permitiu que a japonesa Seiko Epson Corporation atendesse à demanda do consumidor por óculos inteligentes Moverio de realidade aumentada (AR) mais leves e confortáveis.

“Com o antecessor, tivemos muitos pedidos de usuários em relação ao peso e tamanho, então definimos nossas metas de desenvolvimento para melhorar o conforto e tornar os óculos inteligentes mais compactos e leves”, que é onde entrou a prototipagem CNC de alta velocidade, de acordo com Kazuya Kamakura, Senior Staff, HMD Business Management Department, Visual Products Operations Division da Epson.

Essas marcas exemplificam as possibilidades oferecidas pela manufatura avançada, mas quando se trata de prototipagem rápida, o que é melhor:subtrativo versus aditivo?

Uma saudação à prototipagem rápida subtrativa

Aqui na Datron, celebramos a prototipagem rápida subtrativa por sua confiança em processos de usinagem eficazes. Ao contrário de outras opções de prototipagem rápida, a prototipagem rápida subtrativa resulta em protótipos de material de uso final com maior integridade estrutural.

O processo de fresagem de prototipagem rápida subtrativa remove pedaços menores de material de um maior, deixando uma peça sólida ou intacta. A prototipagem rápida aditiva, por outro lado, cria camadas de materiais, com o resultado final não tão estruturalmente sólido.

Por que isso importa?

Além disso, a fresagem oferece uma gama mais ampla de acabamentos superficiais em comparação com o “acabamento escalonado” associado à prototipagem rápida aditiva. O uso de uma fresadora CNC (Controle Numérico Computadorizado) de alta velocidade resulta em protótipos com repetibilidade que se mostraram ideais para materiais de uso final.

“Uma das principais vantagens da manufatura subtrativa é a capacidade de usinar um pedaço extremamente fino de plástico em uma dobradiça viva. Esse tipo de processo simplesmente ainda não é possível em uma impressora 3D”, de acordo com a Creative Mechanisms. “Máquinas CNC avançadas utilizam várias ferramentas e cortam pelo menos três eixos (x, y e z) de modo a minimizar a necessidade de os projetistas virarem o bloco.”

Em última análise, “é uma escolha adequada para peças usadas para produções de pequeno e grande volume, para obter acabamentos específicos ou para obter propriedades mecânicas específicas”.

É claro que não poderíamos apoiar projetos de prototipagem rápida subtrativa sem o equipamento certo.

O que esperar da usinagem CNC de alta velocidade

As máquinas CNC de alta velocidade são a alternativa ideal para engenheiros quando as impressoras 3D ficam aquém e normalmente ficam aquém do material usado para um protótipo específico. Atualmente, os engenheiros não podem imprimir em 3D metais como o alumínio.

Outros benefícios da usinagem CNC de alta velocidade incluem a capacidade de produzir peças menores, como usinagem de gabinetes eletrônicos, usando ferramentas de corte com diâmetros máximos de 0,50” com base no aumento da demanda. Essas máquinas agora estão equipadas com fusos de 60.000 RPM, acomodando avanços mais altos e corte rápido sem comprometer os componentes críticos. Juntamente com ferramentas otimizadas, essas máquinas melhoram o escoamento de cavacos para reduzir o calor e cortes mais limpos.

Operacionalmente, talvez a melhor parte das máquinas CNC de alta velocidade seja a tela sensível ao toque amigável, que permite que qualquer pessoa capaz de usar um telefone celular opere a máquina.

Explorando as opções atuais de máquinas CNC

Historicamente, as máquinas CNC precisavam ser adaptadas às ferramentas existentes; no entanto, à medida que a tecnologia evoluiu, novas máquinas foram projetadas exclusivamente para fins CNC. Exemplos de máquinas adaptadas incluem tornos e fresadoras. Em ambos os casos, os mecanismos integrados da máquina são substituídos por componentes de alta precisão e novos suportes para os atuadores.

As novas máquinas CNC incluem impressoras 3D, cortadores a laser CNC, cortadores de plasma CNC, fresadoras, máquinas de coleta e colocação, bem como roteadores.

Impressora 3D

Semelhante em design a um cortador a laser ou roteador CNC, as impressoras 3D exigem uma extrusora de plástico, que empurra o plástico quente através de um pequeno orifício, colocando o material em camadas até que o protótipo seja construído.

Cortador a Laser CNC

Ideal para cortar metal, plástico e madeira, os cortadores a laser CNC usam lasers específicos para o material necessário.

Cortador de plasma CNC

Os cortadores de plasma apresentam uma tocha de plasma que é perfeita para cortar formas bidimensionais em chapas de metal.

Máquina de fresagem CNC

Antes disponíveis apenas em um tamanho enorme, as fresadoras construídas especificamente para fins CNC hoje são menores e podem incluir mecanismo de alimentação automática, trocadores de ferramentas integrados e sensores elétricos para garantir um monitoramento cuidadoso para um corte seguro.

Pegar e colocar a máquina

Equipadas com muitos bicos pequenos, as máquinas pick and place movem os componentes elétricos rapidamente, colocando-os em placas de circuito necessárias para dispositivos pessoais, como telefones e tablets.

Roteador

Construído para trabalhos maiores, os roteadores trabalham com materiais como plásticos, chapas metálicas e madeira usando uma configuração de 3 eixos, o que facilita o corte de perfis e a usinagem de relevo 3D. Para formas mais complexas, as máquinas de 4, 5 ou 6 eixos são o caminho a percorrer.

Prototipagem rápida eleva engenheiros e maquinistas de CNC

Como engenheiro ou maquinista CNC, o que a prototipagem rápida em geral significa para você a longo prazo?

Para começar, você está no caminho certo.

Atualmente, “a indústria global de fabricação de protótipos está avaliada em cerca de US$ 12 bilhões, mas está experimentando um rápido crescimento de mais de 22,6% por cento ao ano de 2010 a 2015”, de acordo com a Robotics Business Review, com a fabricação de protótipos “prevista para atingir US$ 20 bilhões em avaliação até 2020. As previsões para os próximos 15 a 20 anos preveem um crescimento de até US$ 40 bilhões, à medida que a inovação tecnológica contínua alimenta a indústria — e os mercados que dependem dela”.

A projeção de empregos é excelente; “Os vários serviços de CNC têm uma demanda tão alta que as pessoas treinadas na área de usinagem de precisão estão entre os cinco principais funcionários mais necessários nos Estados Unidos.”

Em outras palavras, para a frente e para cima!

Indústrias a serem observadas quanto ao potencial de prototipagem rápida

Uma das vantagens de viver em uma sociedade que continua a ultrapassar os limites das taxas de mortalidade tradicionais é a demanda por itens de saúde inovadores. No momento, mais de 98% dos aparelhos auditivos produzidos em todo o mundo agora são impressos em 3D, devido à economia significativa de tempo, custo e precisão resultantes da produção de cada modelo exclusivo dessa maneira.

E a boa notícia para a fabricação CNC continua com a prototipagem rápida, tornando possível a produção de engenhosos dispositivos médicos pessoais projetados para aliviar doenças que antes eram consideradas intratáveis.

Outras verticais que estão colhendo os benefícios da prototipagem rápida, especificamente por meio da fabricação CNC, incluem as indústrias de aviação e robótica.

Na verdade, Robotics Business Review afirma que:

A evolução da fabricação avançada continua com notícias empolgantes anunciando que o Exército dos EUA e a Lockheed Martin se associam para desenvolver métodos de prototipagem rápida, “usando bioprodução e automontagem para criar os blocos de construção de novos materiais que têm aplicações para tecnologia óptica de defesa e revestimentos de proteção”.

O Exército dos EUA gastou dez milhões de dólares para financiar a Automontagem de Nanoestruturas para Materiais Tunáveis, projetada para considerar as capacidades de integração da bioprodução de materiais inovadores para esforços de defesa.

Melissa Rhoads, gerente sênior de pesquisa da Lockheed Martin e líder do projeto, explicou:“As células criam com eficiência todos os tipos de materiais, como a seda de uma aranha ou as asas iridescentes de uma borboleta”.

Já testemunhamos o que a prototipagem rápida aditiva e subtrativa pode fazer para a fabricação avançada. Esta última parceria sem dúvida encontrará novas fronteiras para o desenvolvimento de produtos ainda a serem imaginadas.

Então, o que é prototipagem rápida? Do nosso ponto de vista, é o caminho mais rápido a seguir.

Se você estiver interessado em adicionar prototipagem rápida ao seu piso de fabricação industrial ou laboratório de inovação, inicie uma conversa conosco hoje.