Construa um Protótipo Vencedor: Guia Passo a Passo para Desenvolvimento Rápido de Produto

Ao desenvolver um produto, fazer um protótipo físico pode ajudar você com pesquisa, testes, financiamento e muito mais. E graças a provedores de serviços de prototipagem rápida como a 3ERP, é fácil fazer um protótipo acessível em um curto prazo.

No entanto, algumas empresas atrasam a prototipagem simplesmente porque não sabem por onde começar; não sabem quais tecnologias ou materiais usar, ou não sabem que tipo de parceiro de prototipagem trabalhar.

Felizmente, fazer um protótipo com um parceiro como a 3ERP é direto e indolor. Este guia analisa os fundamentos de como fazer um protótipo e analisa duas amplas categorias de protótipos: modelos de conceito e protótipos funcionais. Também dá uma visão geral de como o processo de prototipagem rápida funciona em uma instalação de manufatura de protótipos.

O que é prototipagem rápida?

Um protótipo é um modelo, rascunho, mockup ou versão em estágio inicial de um produto físico que é construído antes da produção, e prototipagem rápida é o processo de desenvolver um protótipo no menor prazo possível.

Existem diferentes razões pelas quais empresas podem precisar desenvolver um protótipo, e diferentes tecnologias podem ser usadas para construí-lo: na 3ERP, focamos em usinagem CNC, impressão 3D, moldagem, fundição e fabricação de chapas metálicas, e alguns protótipos requerem uma combinação de processos se contiverem múltiplos componentes.

A prototipagem rápida ajuda empresas a levar seu produto ao mercado mais rápido. Ao construir o protótipo rapidamente, a empresa pode acelerar processos como pesquisa de mercado e testes mecânicos, nos quais protótipos são geralmente requeridos, e chegar às etapas finais do desenvolvimento do produto mais cedo do que tarde.

Modelos de conceito

Foco: Atrativo visual, comunicação de ideias básicas, menor custo possível

Processos típicos: Impressão 3D, usinagem CNC, fundição a vácuo, chapas metálicas, outros

Muitos protótipos são construídos para fornecer uma função visual ou estética. Protótipos deste tipo não precisam funcionar, mas precisam dar uma impressão visual precisa do produto final.

Um protótipo construído para propósitos visuais pode ser chamado de modelo de conceito, protótipo de exibição ou protótipo looks-like. Pode ser usado para demonstrar um produto futuro a investidores potenciais, ou para conduzir pesquisa de mercado em clientes potenciais. Também pode ser usado para transmitir ideias a outros departamentos internos em uma empresa.

Como modelos de conceito não precisam ser funcionais, é possível usar certos processos de fabricação que podem não ser usados para produção de peças finais. O foco é simplesmente fazer um protótipo bonito no menor preço possível.

Por esta razão, a impressão 3D é às vezes usada para modelos de conceito: peças impressas podem não ser fortes o suficiente para uso final, mas podem ser feitas rapidamente com um alto padrão visual. Fundição a vácuo também é usada principalmente para protótipos visualmente atraentes de baixa resistência. Dito isso, usinagem CNC e fabricação de chapas metálicas podem frequentemente ser mais baratas e/ou mais adequadas para certos projetos, e há um grande grau de flexibilidade.

Empresas também podem usar materiais mais baratos para seu modelo de conceito, já que o material não precisa suportar forças ou realizar uma função mecânica. No entanto, para manter uma aparência impressionante — para fazer um plástico de baixo custo parecer metálico, por exemplo — acabamento superficial profissional pode ser aplicado.

Um exemplo de modelo de conceito

Protótipos funcionais

Foco: Validação, testes mecânicos, pré-produção

Processos típicos: Usinagem CNC, injeção plástica, chapas metálicas, outros

Protótipos também podem ser funcionais, em oposição a meramente visuais. Protótipos funcionais são tipicamente construídos para validar aspectos físicos de um produto — seleção de material, por exemplo — ou para realizar testes mecânicos. Eles também podem ser usados para demonstrar a função do produto para equipe interna, clientes, investidores, etc.

Se usados para testes, um protótipo funcional pode ter pouca consideração pela estética. Por exemplo, protótipos funcionais podem ser sem cor, sem acabamento, ou faltar certas características e detalhes. No entanto, protótipos de estágio final ou pré-produção podem conter características tanto funcionais quanto estéticas para serem o mais próximo possível do produto final.

Protótipos funcionais passando por testes mecânicos geralmente precisam ser feitos usando materiais e processos próximos aos usados em produção, senão o teste não será útil.

Se o protótipo também precisa passar por testes de composição de metal, então escolher um material de grau de produção é crítico. Processos de produção como usinagem CNC e injeção plástica são frequentemente usados para protótipos funcionais, já que peças impressas em 3D frequentemente carecem da resistência necessária e não refletirão a peça de produção em termos de desempenho mecânico.

Para protótipos funcionais não demonstrativos, acabamentos superficiais só precisam ser aplicados se contribuírem para a função do produto, e pintura, aplicação de marca etc. podem ser omitidos.

Um exemplo de protótipo funcional

O processo de prototipagem rápida

Na 3ERP, o processo de prototipagem rápida começa uma vez que finalizamos um pedido e recebemos todas as informações necessárias e arquivos digitais.

O que acontece a seguir depende finalmente do processo de fabricação escolhido, que depende do tipo de protótipo (modelo de conceito vs funcional), o material requerido, e o número de unidades necessárias. Cada caso é diferente, e podemos trabalhar com o cliente para determinar a melhor abordagem para cada pedido de prototipagem rápida.

Independentemente do processo, os protótipos são submetidos a procedimentos de controle de qualidade e então recebem quaisquer etapas de pós-processamento necessárias, como remoção de material de suporte e aplicação de quaisquer tratamentos de acabamento superficial desejados, como anodização ou pintura.

Protótipos são então enviados ao cliente o mais rápido possível, para que possam prosseguir com seu desenvolvimento de produto.

Abaixo está um esboço dos diferentes processos que usamos para prototipagem rápida.

Usinagem CNC

Para protótipos usinados CNC, podemos começar rapidamente, obtendo os materiais corretos e enviando o arquivo digital para a máquina CNC para fresamento, torneamento, EDM, etc.

A usinagem CNC é boa para prototipagem rápida porque é um processo de uma etapa: nenhuma ferramentaria é necessária; a matéria-prima entra e o protótipo sai. Isso torna o processo muito rápido, além de produzir protótipos de alta qualidade com alto nível de detalhe.

A usinagem também é versátil em materiais. O processo é adequado para metais e plásticos de desempenho, e peças usinadas podem passar por vários tratamentos de acabamento superficial.

Impressão 3D

Impressão 3D, um processo aditivo camada por camada, é frequentemente usada para modelos de conceito mas raramente para protótipos funcionais.

No entanto, existem diferentes formas de impressão 3D a considerar: FDM, SLS e SLA para peças plásticas, SLM e DMLS para peças metálicas. Processos AM de metal podem produzir peças de alta resistência com bom desempenho mecânico, e portanto podem ser usadas para protótipos funcionais.

Vantagens da impressão 3D incluem geometrias complexas, baixos custos e prazos rápidos. É mais adequada para protótipos únicos em vez de lotes.

Fundição a vácuo

Fundição a vácuo, também chamada de fundição de uretano, é uma alternativa de baixo custo à injeção plástica que é muito mais acessível que injeção plástica em baixas quantidades. É portanto adequada para prototipagem rápida, apesar do baixo desempenho mecânico das peças.

O processo é usado principalmente para modelos de conceito, já que produz um acabamento superficial de alta qualidade comparável ou superior à injeção plástica.

Injeção plástica

Se protótipos estão sendo feitos por injeção plástica, temos que fazer um molde primeiro, e isso requer algum design CAD complexo de nossa parte, onde fazemos uma versão invertida do protótipo com as linhas de separação, canais de entrada, etc. necessários.

Uma vez que construímos este molde de metal, por ferramentaria rápida com um centro de usinagem CNC, podemos começar a fazer os protótipos plásticos moldados.

Por causa desta etapa extra de manufatura, a injeção plástica só é realmente econômica quando uma grande quantidade de protótipos é necessária (veja Considerações de economia de escala abaixo). No entanto, tem muitas vantagens: excelente acabamento superficial, boa resistência, e similaridade com peças finais.

Fabricação de chapas metálicas

Protótipos de chapas metálicas podem ser feitos em uma variedade de metais com prazos curtos. Estes protótipos são frequentemente similares a peças de uso final e podem ser usados para testes.

Fabricação de chapas metálicas é adequada para produtos específicos como suportes, gabinetes e painéis e não é tipicamente usada intercambiavelmente com outros processos de manufatura de metal.

Considerações de economia de escala

Escolher um processo de fabricação é frequentemente dependente do número de unidades necessárias. Às vezes é necessário comprometer e escolher um processo diferente se a quantidade de unidades não fizer sentido econômico.

Embora haja muitas exceções, esta tabela dá uma ideia aproximada do número de unidades adequadas para certos processos. (Fabricação de chapas metálicas é excluída, já que peças e protótipos de chapas metálicas são geralmente projetados especificamente para processos de chapas metálicas.)

	Protótipos metálicos	Protótipos plásticos
Usinagem CNC	1–100	1–100
Impressão 3D	1–10	1–10
Injeção plástica	100+	100+
Fundição a vácuo	n/a	1–100
Fundição de metal	100+	n/a

Como fazer um protótipo, passo a passo

Conceitualize

A primeira etapa de fazer um protótipo, antes de projetá-lo, é decidir o que é necessário. Esta etapa pode envolver pesquisa de mercado e brainstorming de requisitos potenciais.

Projete

A menos que um mockup artesanal grosseiro seja tudo o que é necessário, software CAD é necessário para projetar um protótipo. CAD permite repetição exata e fácil modificação, e arquivos podem ser convertidos em formato legível por máquina para produção instantânea. Aqueles sem experiência em design podem requerer serviços profissionais de design de produto.

Escolha material, tecnologia, acabamento

Material, tecnologia e acabamento superficial devem todos ser considerados desde o início, já que estes fatorão informarão o design CAD. No entanto, as seleções finais podem ser feitas após a etapa de design.

Construa

Um arquivo CAD viável e uma lista de materiais, tecnologias e acabamentos superficiais devem ser enviados ao especialista em prototipagem, que pode então iniciar a fabricação do protótipo.

Prototipe novamente

Uma vez que o protótipo cumpriu seu propósito, pode ser necessário desenvolver outro, dependendo do estágio atual da linha do tempo de desenvolvimento do produto. Por exemplo, um modelo de conceito, uma vez validado, pode ser sucedido por um protótipo mecânico.

A 3ERP é uma especialista em prototipagem rápida e trabalhou com uma ampla gama de clientes em muitas indústrias. Entre em contato para um orçamento gratuito.