O que é prototipagem rápida?

A prototipagem rápida, comumente realizada por meio de manufatura aditiva, permite que um designer desenvolva várias iterações de um protótipo sem o custo ou o tempo adicional que vem com o uso de técnicas tradicionais de fabricação e design.

Quais são os diferentes tipos de prototipagem rápida?

A fidelidade de um protótipo – ou seja, o quão próximo o protótipo corresponde ao produto final – varia de acordo com o projeto, em um espectro de fidelidade mais baixa a mais alta.

O que é prototipagem de baixa fidelidade?

Referimo-nos à fidelidade mais baixa quando um protótipo corresponde vagamente ao produto final. O protótipo pode ser usado para testar o ajuste ou a função geral sem otimizar o design quanto ao peso, fabricação ou acabamento. O protótipo também pode ser usado para testar o design apenas em áreas-chave de interesse do designer ou para criar uma versão reduzida do produto final. Uma vantagem dos protótipos de baixa fidelidade é que eles normalmente levam muito menos tempo para imprimir.

O que é prototipagem de alta fidelidade?

Referimo-nos a maior fidelidade quando um protótipo se aproxima do produto final – incluindo geometria, tolerância e propriedades do material. Protótipos de maior fidelidade geralmente levam mais tempo para imprimir e têm custos associados mais altos.

Qual ​​é a fidelidade certa para seu protótipo?

O nível de fidelidade apropriado para uma determinada iteração de projeto depende dos objetivos gerais do projeto, da maturidade do projeto e dos interesses do designer. Determinar o nível apropriado de fidelidade na prototipagem rápida pode economizar tempo no processo de design e também otimizar a alocação de recursos.

Para uma única iteração, diferentes atributos do protótipo, como geometria, propriedades do material, ajuste e acabamento, podem ser considerados em diferentes níveis de fidelidade. Essas considerações afetam a fidelidade geral do protótipo.

Leia nosso estudo de caso

Quais são os processos de prototipagem rápida mais comuns?

Este resumo de alto nível apresenta técnicas comuns de manufatura aditiva normalmente usadas em processos de prototipagem rápida.

A prototipagem rápida geralmente usa manufatura aditiva para criar peças de teste, modelos ou montagens. No entanto, dependendo dos recursos disponíveis e das necessidades do projetista, outros processos de fabricação mais convencionais, como fresagem, moagem ou fundição, podem ser usados.

Os processos comuns de prototipagem podem ser divididos em cinco grupos:

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  Fotopolimerização em cuba
  
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  Fusão em leito de pó
  
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  Extrusão de materiais
  
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  Jato
  
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  Jateamento de ligante
  

Mais informações para cada processo estão detalhadas abaixo. Para obter uma visão geral desses processos de prototipagem rápida, saiba mais sobre as tecnologias de manufatura aditiva .

Fotopolimerização em cuba

Uma peça é criada uma camada de cada vez usando luz para converter uma resina de fotopolímero em um sólido.
Partes impressas do SLA na mesa
A estereolitografia (SLA) pode produzir peças com precisão dimensional muito alta e detalhes intrincados. No entanto, eles geralmente são frágeis e suas propriedades mecânicas podem se degradar com o tempo, tornando as peças normalmente inadequadas para protótipos funcionais. Este processo é mais adequado para prototipagem rápida de geometria de projeto e prova de conceito de interfaces de peças. Também é adequado para detalhes durante os estágios iniciais do projeto e quando as propriedades mecânicas não são o foco principal do projeto.

Processamento de luz direta (DLP) é semelhante ao SLA, com a principal diferença sendo o nível de detalhe e as propriedades do material. As peças produzidas usando DLP não têm os mesmos detalhes intrincados que SLA, mas têm precisão dimensional semelhante e resistência da peça considerada igual ou maior que as peças moldadas por injeção tradicionais. O DLP é, portanto, mais adequado para prototipagem rápida de geometria de projeto e prova de conceito quando o foco do projeto é a geometria geral em vez de detalhes específicos, ou quando as propriedades mecânicas são uma prioridade.

DLP contínuo (CDLP) , assim como o DLP, produz peças que não têm o mesmo nível de detalhes do SLA, mas têm precisão dimensional semelhante e resistência da peça considerada igual ou maior que as peças tradicionais moldadas por injeção. O CDLP é, portanto, mais adequado para prototipagem rápida de geometria de projeto e prova de conceito quando o foco do projeto é a geometria geral em vez de detalhes específicos ou quando as propriedades mecânicas são uma prioridade do projeto.

Fusão em leito de pó

As tecnologias de fusão em leito de pó (PBF) produzem uma peça sólida usando uma fonte térmica que induz a fusão, via sinterização ou fusão, entre as partículas de um pó de plástico ou metal, uma camada por vez. As principais variações nos processos de PBF são determinadas pelas diferentes fontes de energia (por exemplo, lasers ou feixes de elétrons) e pós (plásticos ou metais).

A sinterização seletiva a laser (SLS) usa materiais poliméricos termoplásticos que vêm em forma granular. Como as peças SLS são impressas usando muitas camadas, pequenas variações podem ocorrer entre as peças. O SLS pode, portanto, ser menos eficaz para protótipos com detalhes intrincados ou pequenas tolerâncias. Também é possível obter um acabamento de superfície liso quando o pós-processamento é usado. O SLS é mais adequado para prototipagem rápida quando a geometria da peça ou o ajuste geral e a função são prioridades de projeto. O SLS também pode ser vantajoso para protótipos de marketing ou de prova de conceito se o pós-processamento for viável.

A fusão seletiva a laser (SLM) e a sinterização direta a laser de metal (DMLS) podem ser usadas para uma ampla variedade de materiais metálicos e normalmente requerem pós-processamento para acabamento superficial. Esses processos são, portanto, mais adequados para prototipagem rápida quando as propriedades do material são uma prioridade de projeto. Eles podem ser econômicos se o acabamento da peça não for uma preocupação.

Fusão por feixe de elétrons (EBM) , como SLM e DMLS, é mais adequado para prototipagem rápida quando as propriedades do material são uma prioridade de projeto e podem ser econômicas se o acabamento da peça não for uma preocupação. A principal diferença é que o EBM tem aplicações de materiais limitadas (ligas de titânio ou cromo-cobalto), embora possa ser a opção mais adequada para indústrias especializadas que requerem esses materiais, como nos setores de aviação e médico.

Fusão multijato (MJF) é muito semelhante ao SLS, mas com tempos de resfriamento e pós-processamento mais curtos e maior precisão e detalhamento. Uma comparação detalhada dos processos SLS e MJF pode ser encontrada aqui. Assim como no SLS, o MJF é mais adequado para prototipagem rápida quando a geometria da peça ou o ajuste e a função gerais são uma prioridade do projeto e também podem ser usados ​​para oferecer suporte a níveis mais altos de detalhes ou tolerâncias mais rígidas do que o SLS.

A modelagem por deposição fundida (FDM) é um processo muito versátil para uma ampla gama de materiais termoplásticos com um curto prazo de produção. Uma desvantagem é que a precisão dimensional e a resolução do FDM são menores do que as de outros processos de manufatura aditiva. O FDM é mais adequado para o início da fase de prototipagem, quando a geometria da peça ou o ajuste e a função gerais são uma prioridade do projeto. Também é mais adequado quando o material da peça final é semelhante ao protótipo, mas não há preocupação com detalhes como testes funcionais ou de confiabilidade.

O jateamento de material é considerado uma das tecnologias de impressão 3D mais precisas e pode ser usado com uma ampla variedade de materiais em cores e acabamentos variados. No entanto, as propriedades do material não são adequadas para protótipos funcionais. O jato de material é melhor usado para prototipagem rápida quando a geometria ou o ajuste da peça é uma prioridade do projeto e a resistência da peça não é necessária. Também é mais adequado quando não há preocupação com as propriedades do material, como prova de conceito ou protótipos de marketing.

Jato de nanopartículas (NJP) deposita um líquido que contém nanopartículas de metal ou nanopartículas de suporte na bandeja de construção em camadas extremamente finas de gotículas. O envelope de construção é exposto a altas temperaturas, que fazem com que o líquido evapore e deixe para trás a estrutura da peça metálica.

Drop-on-demand (DOD) As impressoras de jato de material têm dois jatos de impressão:um para depositar os materiais de construção (normalmente um líquido semelhante a cera) e outro para material de suporte solúvel. As impressoras DOD depositam o material em um caminho pontual e empregam um cortador de moscas que apara a área de construção após cada camada para preparar a superfície para a próxima camada.

Jato de pasta

As peças feitas com jateamento de ligante têm um alto acabamento e forma, embora sejam quebradiças. O jateamento de ligante é mais adequado para prototipagem rápida quando o ajuste geral ou a geometria da peça são uma prioridade de projeto e não há preocupação com as propriedades do material, como prova de conceito ou protótipos de marketing.

Quais são as vantagens e desvantagens da prototipagem rápida?

Em comparação com as técnicas tradicionais de fabricação e design, a prototipagem rápida usa técnicas modernas de fabricação que melhoram o processo de design, incluindo melhorias no custo e tempo gerais. Mas ao considerar a prototipagem rápida, evite as armadilhas do uso excessivo, uso indevido e deturpação.

Aqui está uma visão geral das vantagens e desvantagens.

Vantagens da prototipagem rápida

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  Visualização e teste 3D anteriores
  
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  Mais iterações de design a um custo menor
  
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  Ferramenta econômica para design de produtos e pesquisa e desenvolvimento
  

Desvantagens da prototipagem rápida

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  O uso excessivo pode não ter um impacto positivo na economia de custos ou tempo
  
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  Não é benéfico para todas as etapas do processo de prototipagem
  

Quais são as aplicações comerciais da prototipagem rápida?

As aplicações de prototipagem rápida para projeto e fabricação 3D são limitadas apenas pela criatividade do designer. Eles podem ser usados ​​em todas as etapas do processo de projeto e fabricação. Os casos de uso mais populares são apresentados abaixo.

Prova de conceito

Uma aplicação comum é a prova de conceito. Os protótipos 3D podem ser produzidos rapidamente e mais cedo no processo de design para avaliar a viabilidade do produto, facilitar as discussões da equipe de design, gerar interesse das principais partes interessadas (por exemplo, partes de marketing e investimento) e comparar diferentes alternativas de design. A principal vantagem que os processos de prototipagem rápida fornecem para aplicações de prova de conceito são as melhorias em custo e tempo para protótipos 3D.

Otimização de design

A prototipagem rápida também é uma maneira econômica de acelerar a otimização, incluindo design de produto e pesquisa e desenvolvimento. Uma equipe de projeto pode avaliar a funcionalidade geral do produto ou se concentrar nos principais atributos (por exemplo, geometria, ajuste, propriedades do material, capacidade de fabricação) no início do processo de projeto sem incorrer em custos associados aos processos de fabricação tradicionais.

Protótipos de alta fidelidade

Devido à versatilidade dos processos e materiais de manufatura aditiva, a prototipagem rápida pode ser usada para criar protótipos de alta fidelidade que se aproximam do produto final. Isso geralmente permite que os projetistas demonstrem a funcionalidade do produto ou realizem testes de confiabilidade a um custo menor ou mais rapidamente do que os processos de fabricação tradicionais.

Quer prototipar como um profissional? Assista a este vídeo sobre a impressão 3D FDM.