Como Construir Protótipos Metálicos Superiores: Métodos Comprovados e Melhores Práticas

Protótipos metálicos são importantes para empresas em muitas indústrias, da aeroespacial à eletrônica, porque um protótipo metálico eficaz pode levar a um produto final melhor.

Este artigo discute a importância dos protótipos metálicos e analisa situações em que a prototipagem metálica é favorável sobre a prototipagem plástica.

Também discute vários métodos eficazes para criar protótipos metálicos: usinagem CNC, impressão 3D (manufatura aditiva), conformação de chapa metálica, fundição e extrusão. A 3ERP tem a capacidade de combinar múltiplos processos e oferecer a melhor solução para suas necessidades de protótipo metálico.

O que é um protótipo metálico?

No mundo da manufatura, um protótipo é um mock-up ou rascunho de uma peça. Protótipos são construídos muito antes do início da fabricação, permitindo que designers testem e desenvolvam a peça.

Dependendo do processo de fabricação usado para prototipagem, protótipos podem ser feitos de uma variedade de materiais.

Protótipos metálicos são protótipos feitos usando uma técnica de fabricação metálica como usinagem CNC, fundição ou conformação de chapa metálica. Podem ser feitos de alumínio, aço ou qualquer outro material escolhido pela equipe de engenharia.

Embora o metal seja frequentemente usado para protótipos de pré-produção — protótipos avançados que imitam de perto a peça final — também pode ser usado para protótipos de estágio inicial.

O metal pode ser preferível por razões funcionais ou estéticas, ou ambas.

Por que fazer um protótipo metálico em vez de um protótipo plástico?

Em algumas situações, engenheiros podem criar protótipos plásticos para peças que eventualmente serão fabricadas em metal.

Isso pode acontecer por muitas razões. Para começar, muitos protótipos não têm papel funcional ou mecânico, então não importa se eles possuem certas características como resistência, ductilidade e condutividade.

E se as características do material de um protótipo são irrelevantes, faz sentido criar o protótipo usando um material barato e prontamente disponível. Em muitos casos, o plástico é a opção mais barata.

Mas alguns protótipos têm funções especiais.

Protótipos funcionais, protótipos híbridos e protótipos de pré-produção todos precisam realizar algum tipo de papel, o que pode requerer características de material particulares. O metal é frequentemente o melhor provedor dessas características.

E até protótipos não funcionais podem se beneficiar do metal. Protótipos de aparência, que são usados para demonstrar um conceito, frequentemente ficam melhores quando feitos de metal — especialmente se a peça será produzida em massa em metal também.

A prototipagem metálica pode, portanto, aumentar as chances de investimento inicial e sucesso comercial.

Construir um protótipo metálico também tem importantes benefícios de custo a longo prazo.

Se a peça será eventualmente produzida em massa em metal, é relativamente fácil transformar um protótipo metálico em um produto final metálico. Por outro lado, um protótipo impresso em 3D de plástico não pode ser facilmente transformado em uma peça de produção metálica.

Benefícios dos protótipos metálicos:

• Melhor desempenho mecânico/funcional
• Testes mais precisos
• Melhor estética
• Maior chance de interesse de investidores
• Transição mais fácil para produção

Qual é o melhor método para fazer seus protótipos metálicos?

Devido à sua geometria, tolerância ou quantidade, alguns protótipos metálicos podem se adequar a apenas um processo de fabricação, como usinagem CNC ou impressão 3D.

A maioria das peças, no entanto, pode ser feita usando uma gama de diferentes métodos.

Neste caso, precisamos descobrir qual método é o melhor — em termos de alcançar o melhor resultado mecânico, bem como manter custos e tempo de fabricação no mínimo. Aqui estão breves introduções a algumas técnicas comuns para fazer protótipos metálicos:

Protótipos de usinagem metálica

A usinagem CNC é um meio bastante acessível de criar protótipos metálicos.

Uma máquina CNC usa instruções de computador para guiar uma ferramenta de corte de metal, que remove precisamente seções de material de um bloco de metal.

A usinagem é uma ferramenta de prototipagem útil porque designs CAD digitais podem ser facilmente alterados entre protótipos, resultando em um fluxo de trabalho eficiente. Também é fácil fazer duplicatas ou distribuir o design para outras partes.

O processo também é compatível com uma gama de metais — embora certos graus de alumínio possam oferecer a melhor combinação de valor e usinabilidade.

Protótipos usinados em CNC são bastante acessíveis porque não requerem ferramental e, portanto, não têm quantidade mínima de pedido. No entanto, há algum desperdício de material devido à natureza subtrativa do processo.

Em termos de liberdade de design, máquinas CNC de 4 e 5 eixos oferecem flexibilidade excepcional para criar peças complexas com características detalhadas.

Prós:

Baixo custo, Liberdade de design, Seleção de materiais

Contras:

Algum desperdício de material

Aqui estão alguns exemplos de protótipos de usinagem metálica feitos pela 3ERP. Isso é apenas para dar uma ideia aproximada dos tipos de peças adequadas para usinagem CNC.

Protótipos de impressão 3D metálica

A impressão 3D é outra maneira bastante acessível de criar protótipos metálicos, embora máquinas de manufatura aditiva metálica sejam muito mais caras que impressoras 3D FDM, que só imprimem plásticos.

Protótipos metálicos impressos em 3D podem ser feitos usando tecnologias AM como fusão seletiva a laser (SLM) e sinterização direta a laser de metal (DMLS).

Como a usinagem CNC, a impressão 3D usa designs digitais como entrada, permitindo alterações rápidas no design.

Mas uma das maiores vantagens da impressão 3D metálica é a flexibilidade geométrica. Protótipos metálicos impressos em 3D podem ter características muito complexas, incluindo seções internas complexas, já que são construídos camada por camada, não cortados de um bloco sólido.

Protótipos metálicos podem ter um acabamento superficial menos impressionante que outras formas de protótipos metálicos, embora bons tratamentos de acabamento superficial possam mitigar esse problema.

Vários metais estão disponíveis em forma de pó AM, mas as opções são menos diversas que as disponíveis para outros processos.

Prós:

Baixo custo, Liberdade de design

Contras:

Resistência da peça, Seleção de materiais

Devido aos undercuts e canais internos, estas são peças típicas para as quais você não tem opções melhores do que impressão 3D.

Protótipos de chapa metálica

A fabricação de chapa metálica é um grupo de processos preocupados com corte, deformação e montagem de chapas de metal. É usada para fazer itens funcionais como suportes, gabinetes e peças industriais.

Para projetos de chapa metálica, pode valer a pena criar um protótipo metálico funcional usando as mesmas técnicas de chapa metálica que serão usadas durante a produção.

Processos de conformação de chapa metálica incluem corte a laser, punção, dobra, rotação e soldagem.

Protótipos de chapa metálica são garantidos como fortes e de alta qualidade. No entanto, podem ser mais caros que alternativas se múltiplos processos de conformação forem necessários.

Um protótipo de um suporte de ângulo reto com furos, por exemplo, pode exigir três máquinas separadas: um cortador a laser, dobradeira e máquina de punção, enquanto um protótipo similar poderia ser feito usando apenas uma máquina CNC ou impressora 3D.

A fabricação de chapa metálica pode ser particularmente útil se várias cópias do protótipo forem necessárias.

Prós:

Qualidade de produção, Gama de processos de fabricação

Contras:

Tempo necessário, Liberdade de design limitada

Protótipos de fundição metálica

A fundição é o processo de verter metal líquido em um molde para formar uma peça.

A fundição metálica não é geralmente considerada um processo de prototipagem, pois requer equipamento especializado e criar um molde é um processo trabalhoso e caro. Portanto, não é economicamente viável criar um molde para apenas um ou dois protótipos.

Mas existem maneiras especiais de criar protótipos metálicos via fundição.

Com fundição de investimento, por exemplo, podemos usar uma impressora 3D para criar um modelo de cera, e este modelo pode então ser usado para criar um molde acessível para fundição de protótipos metálicos.

Com fundição sob pressão, podemos reduzir o custo do ferramental de várias maneiras. Um método é criar um molde simples, então adicionar características finas após a fundição usando uma máquina CNC. (Este método só funciona em pequenas quantidades; usinar milhares de peças pós-fundição levaria muito tempo.)

Protótipos fundidos em metal são relativamente caros, mas o ferramental pode ser retido para produção de ponte, o que pode acabar economizando dinheiro do cliente a longo prazo.

Prós:

Peças extremamente fortes, Qualidade de produção

Contras:

Requer ferramental caro, Equipamento especializado necessário

Protótipos de extrusão metálica

A extrusão metálica é outra técnica de trabalho em metal que não é tipicamente considerada um processo de prototipagem.

Durante o processo de extrusão, o material é forçado através de uma abertura moldada em uma matriz, produzindo uma peça alongada com seção transversal uniforme.

A maioria das empresas de extrusão lida apenas com pedidos de produção de alto volume, e protótipos únicos não valem seu tempo.

No entanto, às vezes vale a pena usar extrusão metálica para prototipagem metálica, e a 3ERP é uma das poucas provedoras de tais serviços.

A extrusão é realizada quase exclusivamente em ligas de alumínio e é um processo adequado para peças simples como barras metálicas, suportes e juntas.

O processo é adequado para testes e protótipos de pré-produção onde o protótipo de extrusão metálica imita de perto a peça final. Não é recomendado para peças que serão produzidas usando qualquer outra técnica.

Prós:

Qualidade de produção

Contras:

Gama limitada de materiais

A 3ERP construiu uma forte cadeia de suprimentos para a maioria dos processos de fabricação, e também temos a capacidade de combinar múltiplos processos. Podemos, portanto, fornecer a melhor solução para seus protótipos metálicos. Contate a 3ERP hoje para um orçamento gratuito.