Prototipagem Rápida: Acelerando a Inovação para Consoles de Jogos

Sem prototipagem rápida, que permite a torneiros CNC e engenheiros transformar um modelo em escala em produto físico e tangível, a Microsoft pode não estar tão animada — ou rápida — para mostrar seu console de jogos mais recente. "Anunciado como o console de jogos mais poderoso de todos os tempos, ele está definido para oferecer jogos nativos em 4K na sala de estar", de acordo com All3DP.

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

Por que a prototipagem rápida é tão crítica para marcas como a Microsoft — e incontáveis outros fabricantes menores? O que a prototipagem rápida significa para torneiros e engenheiros?

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

Então, o que é prototipagem rápida? Por que há um impulso tão grande para integrá-la cada vez mais na usinagem e engenharia?

Entender este processo é crítico para expandir as possibilidades de transformar nossos designs em produtos mais rápido do que nunca. Confira o seguinte e imagine como a prototipagem rápida poderia ajudar a transformar seu negócio e possivelmente impulsionar 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 criação no abstrato. Em vez disso, um protótipo rápido representa uma criação tangível, que você pode segurar nas mãos, física.

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

Não importa se você está fazendo aditiva, subtrativa ou alguma combinação de ambas, o fato é que a prototipagem rápida permite que designers tragam seus modelos à vida. "Isso é frequentemente feito usando design assistido por computador sofisticado ou outro software de montagem, e fisicamente implementado usando impressoras 3-D", como definido pela Techopedia.

A equipe do laboratório de criação 3D baseado no Reino Unido explica: "Avanços em prototipagem rápida 3D permitem protótipos e fabricação de modelos mais rápidos e de menor custo, eliminando mão de obra e ferramentas caras, o que permite que empresas e inventores levem seus produtos e designs ao mercado mais rápido que a concorrência."

Dada toda a possibilidade de produto que a prototipagem rápida tem a oferecer, tem-se que assumir que há uma desvantagem em algum lugar.

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

Descobriu-se que não pode.

Para todos os prós, a prototipagem rápida apresenta alguns contras, não o menor dos quais é o potencial de eliminar mão de obra, reduzindo assim o número de empregos disponíveis para torneiros CNC.

No entanto, em O Futuro da Prototipagem Rápida, Soren Petersen, Ph.D. em Pesquisa de Design e autor de Lucro do Design, prevê o seguinte:

Os benefícios são numerosos e continuam a elevar o padrão em todas as indústrias. Mas, por uma questão de equilíbrio, pesaremos ambos os lados da moeda.

Prós e Contras

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

Ganhar vantagem no mercado... que negócio 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 primárias na prototipagem rápida.

Visão de Túnel

Infelizmente, é fácil ter visão de túnel e perder de vista o projeto inteiro quando focado em um único protótipo. A armadilha aqui é o potencial de desenvolvedores de produto perderem uma solução que poderia provar ser melhor a longo prazo, focando demais no protótipo em mãos (literalmente).

Caso de Identidade Equivocada

Protótipos, nas mãos erradas do cliente, poderiam ser confundidos como o produto final e julgados injustamente ou precipitadamente como tal. O lado oposto ocorre quando um protótipo é preferido sobre um produto final. Nenhum dos casos é útil para os engenheiros e torneiros por trás desses protótipos.

Variedade é o Tempero da Vida

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

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

Cinco Marcas Representando a Proeza da Prototipagem Rápida

Embora estas cinco empresas certamente não sejam as únicas fazendo a prototipagem rápida funcionar para elas, cada uma é ilustrativa do que este processo pode fazer para os produtos de uma marca... e resultado final.

Brightwake

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

O Hemosep é a máquina principal da empresa, capaz de reciclar sangue perdido durante cirurgia. Para criar o Hemosep, a Brightwake confiou na impressão 3D como seu processo de prototipagem rápida. Fazer isso supostamente reduziu o processo de produção em 96%. É seguro assumir que a economia financeira foi similarmente considerável.

Fender

Amantes da música reconhecerão instantaneamente a marca Fender como o fabricante de instrumentos preferido tanto por músicos amadores quanto 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 os botões nos amplificadores. O tempo de espera para criar esses protótipos caiu de aproximadamente duas semanas para uma noite. É seguro assumir que um tempo de espera mais curto equivale a margens de lucro mais longas.

Ford

Mesmo grandes fabricantes automotivos como a Ford têm que ter cuidado quando se trata de orçamento. A prototipagem rápida pegou "Ford forte" e tornou a marca ainda mais forte, economizando milhões de dólares para a empresa em protótipos de plástico e metal.

A impressão 3D provou ser uma grande economizadora de tempo também, pois o processo cria protótipos em questão de horas, tornando possível para engenheiros da Ford decidirem se a produção real será vantajosa.

Estas são apenas algumas empresas que usam prototipagem rápida em seu design de produto. Outras incluem grandes marcas como BMW, Lamborghini, Valero e Volkswagen.

Lockheed Martin

Prototipagem CNC de alta velocidade é crítica para o desenvolvimento de produto na Lockheed Martin, a gigante corporativa global comprometida com tecnologias avançadas na busca de iniciativas aeroespaciais, de defesa e segurança, que afirma: "Estamos empurrando os limites da tecnologia aditiva e trazendo engenheiros de design para o chão de fábrica para produzir peças, camada por camada, que anteriormente não podiam ser construídas."

Epson

Aproveitando a usinagem CNC de prototipagem rápida, a Seiko Epson Corporation do Japão conseguiu atender à demanda do consumidor por óculos inteligentes AR Moverio mais leves e confortáveis.

"Com o predecessor, tínhamos muitos pedidos de usuários sobre peso e tamanho, então definimos nossos objetivos de desenvolvimento em melhorar o conforto e tornar os óculos inteligentes mais compactos e leves", que é onde a prototipagem CNC de alta velocidade entrou, de acordo com Kazuya Kamakura, Equipe Sênior, Departamento de Gestão de Negócios HMD, Divisão de Operações de Produtos Visuais na Epson.

Estas marcas exemplificam as possibilidades fornecidas pela manufatura avançada, mas quando se trata de prototipagem rápida, qual é melhor: subtrativa vs. aditiva?

Um Tributo 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 integridade estrutural mais alta.

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 fornece uma gama mais ampla de acabamentos superficiais em comparação ao "acabamento em degraus" associado à prototipagem rápida aditiva. Usar uma fresadora CNC de alta velocidade (Controle Numérico Computadorizado) resulta em protótipos com repetibilidade que se provou ideal para materiais de uso final.

"Uma das principais vantagens da manufatura subtrativa é a capacidade de usinar uma peça de plástico extremamente fina em uma dobradiça viva. Este tipo de processo simplesmente ainda não é possível em uma impressora 3D", de acordo com Creative Mechanisms. "Máquinas CNC avançadas utilizam múltiplas ferramentas e cortam em pelo menos três eixos (x, y e z) de forma que minimizam a necessidade de designers virarem o bloco."

Em última análise, "É uma escolha apropriada para peças usadas para pequenas e grandes produções em série, para obter acabamentos específicos, ou para obter propriedades mecânicas específicas."

Claro, não poderíamos apoiar projetos de prototipagem rápida subtrativa sem o equipamento certo.

O que Esperar da Usinagem CNC de Alta Velocidade

Máquinas CNC de alta velocidade são a alternativa ideal para engenheiros quando impressoras 3D falham e normalmente falham por causa do material usado para um protótipo específico. Atualmente, engenheiros não podem imprimir 3D metais como alumínio.

Outros benefícios da usinagem CNC de alta velocidade incluem a capacidade de produzir peças menores — como usinar invólucros eletrônicos, usando ferramentas de corte com diâmetros máximos de 12,7 mm (0,50") baseados na demanda aumentada. Essas máquinas agora são equipadas com fusos de 60.000 RPM, acomodando avanços mais altos e corte rápido sem comprometer componentes críticos. Combinadas com ferramentas otimizadas, essas máquinas melhoram a evacuação de cavacos para redução de 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 Escolhas Atuais de Máquina CNC

Historicamente, máquinas CNC precisavam ser adaptadas a 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 internos da máquina são substituídos por componentes de alta precisão e novos suportes para os atuadores.

Novas máquinas CNC incluem impressoras 3D, cortadores a laser CNC, cortadores a plasma CNC, fresadoras, máquinas pick-and-place, bem como roteadores.

Impressora 3D

Semelhante no design a um cortador a laser ou roteador CNC, impressoras 3D requerem um extrusor de plástico, que empurra plástico quente através de um pequeno orifício, colocando o material em camadas até o protótipo ser construído.

Cortador a Laser CNC

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

Cortador a Plasma CNC

Cortadores a plasma apresentam uma tocha de plasma perfeita para cortar formas 2-dimensionais em chapa metálica.

Fresadora CNC

Uma vez disponíveis apenas em tamanho enorme, fresadoras construídas especificamente para fins CNC hoje são menores em pegada e podem incluir mecanismo de auto-alimentação, trocadores de ferramenta embutidos e sensores elétricos para garantir monitoramento cuidadoso para corte seguro.

Máquina Pick-and-Place

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

Roteador

Construído para trabalhos maiores, roteadores trabalham com materiais como plásticos, chapa metálica e madeira usando uma configuração de 3 eixos, o que torna o corte de perfis e usinagem de relevo 3D fácil. Para formas mais complexas, máquinas de 4, 5 ou 6 eixos são o caminho a seguir.

Prototipagem Rápida Eleva Engenheiros e Torneiros CNC

Como engenheiro ou torneiro 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 manufatura de protótipos é avaliada em cerca de $12 bilhões, mas está experimentando crescimento rápido a mais de 22,6% anualmente de 2010 a 2015", de acordo com Robotics Business Review, com manufatura de protótipos "esperada para atingir $20 bilhões em avaliação até 2020. Previsões para os próximos 15 a 20 anos preveem crescimento até a marca de $40 bilhões, à medida que a inovação tecnológica contínua alimenta a indústria — e os mercados que dependem dela."

Projeção de empregos é excelente; "Os vários serviços CNC estão em tanta demanda que pessoas treinadas na área de usinagem de precisão estão entre os cinco funcionários mais necessários nos Estados Unidos."

Em outras palavras, em frente e para cima!

Indústrias para Observar o Potencial de Prototipagem Rápida

Um dos benefícios de viver em uma sociedade que continua a empurrar os limites das taxas de mortalidade tradicionais é a demanda por itens inovadores de saúde. No momento, mais de 98% dos aparelhos auditivos produzidos mundialmente são agora impressos em 3D, devido à economia significativa em tempo, custo e precisão que vem da produção de cada modelo único dessa maneira.

E as boas notícias para a manufatura CNC continuam com a prototipagem rápida tornando possível a produção de dispositivos médicos pessoais engenhosos projetados para aliviar doenças e males que já foram considerados intratáveis.

Outros verticais que estão colhendo os benefícios da prototipagem rápida, especificamente através da manufatura CNC, incluem as indústrias de aviação e robótica.

De fato, Robotics Business Review afirma que:

A evolução da manufatura avançada continua com notícias emocionantes anunciando o Exército dos EUA e a Lockheed Martin fazendo parceria para desenvolver métodos de prototipagem rápida, "usando bioprodução e auto-montagem para criar os blocos de construção de materiais novos que têm aplicações para tecnologia óptica de defesa e revestimentos protetores."

O Exército dos EUA gastou dez milhões de dólares para financiar a Auto-Montagem de Nanoestruturas para Materiais Ajustáveis, projetada para considerar capacidades para integrar bioprodução de materiais inovadores para esforços de defesa.

Melissa Rhoads, gerente sênior de pesquisa da Lockheed Martin e líder do projeto explicou: "Células criam eficientemente 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 manufatura avançada. Esta última parceria sem dúvida encontrará novas fronteiras para desenvolvimento de produto ainda por imaginar.

Então, o que é prototipagem rápida? Da nossa perspectiva, é o caminho mais rápido para frente.

Se você tem interesse em adicionar prototipagem rápida ao seu chão de fábrica industrial ou laboratório de inovação, inicie uma conversa conosco hoje.