Como fazer um protótipo

Ao desenvolver um produto, fazer um protótipo físico pode ajudá-lo com pesquisas, testes, financiamento e muito mais. E graças a provedores de serviços de prototipagem rápida como o 3ERP, é fácil fazer um protótipo acessível em um curto espaço de tempo.

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

Felizmente, fazer um protótipo com um parceiro como o 3ERP é simples e indolor. Este guia aborda os conceitos básicos de como fazer um protótipo e analisa duas grandes categorias de protótipos:modelos conceituais e protótipos funcionais. Também fornece uma visão geral de como o processo de prototipagem rápida funciona em uma instalação de fabricação de protótipos.

O que é prototipagem rápida?

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

Existem diferentes razões pelas quais as empresas podem precisar desenvolver um protótipo, e diferentes tecnologias podem ser usadas para construí-lo:no 3ERP, focamos em usinagem CNC, impressão 3D, moldagem, fundição e fabricação de chapas metálicas, e alguns protótipos exigem uma combinação de processos se contiverem vários componentes.

A prototipagem rápida ajuda as empresas a colocar seus produtos no mercado mais rápido . Ao construir o protótipo rapidamente, a empresa pode acelerar processos como pesquisa de mercado e testes mecânicos, nos quais os protótipos geralmente são necessários, e chegar aos estágios finais do desenvolvimento do produto mais cedo ou mais tarde.

Modelos conceituais

Foco :Apelo 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 eles precisam dar uma impressão visual precisa do produto final.

Um protótipo construído para fins visuais pode ser chamado de modelo de conceito, protótipo de exibição ou protótipo de aparência. Ele pode ser usado para demonstrar um produto futuro para investidores em potencial , ou para realizar pesquisas de mercado em clientes em potencial. Também pode ser usado para transmitir ideias a outros departamentos internos em uma empresa.

Como os modelos conceituais não precisam ser funcionais, é possível usar certos processos de fabricação que não podem ser usados ​​para a produção da peça final. O foco é simplesmente fazer um protótipo bonito pelo menor preço possível.

Por esse motivo, a impressão 3D às vezes é usada para modelos conceituais:as peças impressas podem não ser fortes o suficiente para uso final, mas podem ser feitas rapidamente com um alto padrão visual. A fundição a vácuo também é usada principalmente para protótipos de baixa resistência e visualmente atraentes. Dito isto, a usinagem CNC e a fabricação de chapas metálicas muitas vezes podem ser mais baratas e/ou mais adequadas para determinados projetos, e há um grande grau de flexibilidade.

As empresas também podem usar materiais mais baratos para seu modelo conceitual, uma vez que o material não precisa suportar forças ou desempenhar uma função mecânica. No entanto, para manter uma aparência impressionante — para fazer um plástico de baixo custo parecer metálico, por exemplo — acabamento de superfície profissional pode ser aplicado.

Um exemplo de modelo conceitual

Protótipos funcionais

Foco :Validação, testes mecânicos, pré-produção

Processos típicos :Usinagem CNC, moldagem por injeção, chapas metálicas, outros

Os protótipos também podem ser funcionais ao invés de meramente visuais. Os protótipos funcionais geralmente são criados para validar aspectos físicos de um produto — seleção de materiais, por exemplo — ou para realizar testes mecânicos . Eles também podem ser usados ​​para demonstrar a função do produto para a equipe interna, clientes, investidores, etc.

Se usado para testes, um protótipo funcional pode ter pouca consideração pela estética. Por exemplo, protótipos funcionais podem ser sem cor, inacabados ou carecer de certos recursos e detalhes. No entanto, os protótipos de fase final ou de pré-produção podem conter características funcionais e estéticas para ficarem o mais próximo possível do produto final.

Protótipos funcionais submetidos a testes mecânicos geralmente precisam ser feitos com materiais e processos próximos aos usados ​​na produção, caso contrário o teste não será útil.

Se o protótipo também precisar passar por testes de composição de metal, a escolha de um material de nível de produção é fundamental. Processos de produção como usinagem CNC e moldagem por injeção são frequentemente usados ​​para protótipos funcionais, uma vez que as peças impressas em 3D geralmente não possuem a resistência necessária e não refletem a peça de produção em termos de desempenho mecânico.

Para protótipos funcionais não demonstrativos, os acabamentos superficiais só precisam ser aplicados se contribuírem para a função do produto, podendo ser dispensada pintura, aplicação de branding etc.

Um exemplo de protótipo funcional

O processo de prototipagem rápida

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

O que acontece a seguir depende do processo de fabricação escolhido, que depende do tipo de protótipo (modelo conceitual versus funcional), do material necessário e do 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 passam por todas as etapas de pós-processamento necessárias, como remoção do material de suporte e aplicação de quaisquer tratamentos de acabamento superficial desejados, como anodização ou pintura.

Os protótipos são então enviados ao cliente o mais rápido possível, para que ele possa prosseguir com o desenvolvimento do produto.

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

Usinagem CNC

Para protótipos usinados em 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 ferramenta é necessária; entra a matéria-prima e sai o protótipo. Isso torna o processo muito rápido, além de produzir protótipos de alta qualidade com alto nível de detalhamento.

A usinagem também é materialmente versátil. O processo é adequado para metais e plásticos de alto desempenho, e as peças usinadas podem passar por diversos tratamentos de acabamento superficial.

Impressão 3D

A impressão 3D, um processo aditivo camada por camada, é frequentemente usada para modelos conceituais, mas raramente para protótipos funcionais.

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

As vantagens da impressão 3D incluem geometrias complexas, baixos custos e entregas rápidas. É mais adequado para protótipos únicos do que para lotes.

Fundição a vácuo

A fundição a vácuo, também chamada de fundição de uretano, é uma alternativa de baixo custo à moldagem por injeção, que é muito mais acessível do que a moldagem por injeção em pequenas quantidades. É, portanto, adequado para prototipagem rápida, apesar do baixo desempenho mecânico das peças.

O processo é usado principalmente para modelos conceituais, pois produz um acabamento superficial de alta qualidade comparável ou superior à moldagem por injeção.

Moldagem por injeção

Se os protótipos estão sendo feitos por moldagem por injeção, temos que fazer um molde primeiro, e isso requer algum projeto CAD complexo de nossa parte, onde fazemos uma versão invertida do protótipo com as linhas de partição, sprues, etc.

Uma vez que construímos este molde de metal, por meio de ferramentas rápidas com um centro de usinagem CNC, podemos começar a fazer os protótipos moldados em plástico.

Devido a esse estágio extra de fabricação, a moldagem por injeção só é realmente econômica quando uma grande quantidade de protótipos é necessária (consulte Considerações sobre economia de escala abaixo de). No entanto, possui muitas vantagens:excelente acabamento superficial, boa resistência e semelhança com as peças finais.

Fabricação de chapas metálicas

Os protótipos de chapas metálicas podem ser feitos em uma variedade de metais com curtos tempos de retorno. Esses protótipos geralmente são semelhantes a peças de uso final e podem ser usados ​​para testes.

A fabricação de chapas metálicas é adequada para produtos específicos, como suportes, gabinetes e painéis, e normalmente não é usada de forma intercambiável com outros processos de fabricação de metais.

Considerações sobre economia de escala

A escolha de uma fabricação geralmente depende do número de unidades necessárias. Às vezes é necessário comprometer e escolher um processo diferente se a quantidade unitária não fizer sentido econômico.

Embora existam muitas exceções, esta tabela dá uma ideia aproximada do número de unidades adequadas para determinados processos. (A fabricação de chapas metálicas é excluída, uma vez que peças e protótipos de chapas metálicas são geralmente projetados especificamente para processos de chapas metálicas.)

	Protótipos de metal	Protótipos de plástico
Usinagem CNC	1–100	1–100
Impressão 3D	1–10	1–10
Moldagem por injeção	100+	100+
Fundição a vácuo	n / D	1–100
Fundição de metal	100+	n / D

Como fazer um protótipo, passo a passo

Conceituar

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.

Projeto

A menos que uma maquete artesanal áspera seja tudo o que é necessário, o software CAD é necessário para projetar um protótipo. O CAD permite repetição exata e fácil modificação, e os arquivos podem ser convertidos em um formato legível por máquina para produção instantânea. Aqueles sem experiência em design podem exigir serviços profissionais de design de produtos.

Escolha material, tecnologia, acabamento

Material, tecnologia e acabamento de superfície devem ser considerados desde o início, pois esses fatores informarão o projeto CAD. No entanto, as seleções finais podem ser feitas após a fase de projeto.

Construir

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

Protótipo novamente

Uma vez que o protótipo tenha cumprido sua finalidade, pode ser necessário desenvolver outro, dependendo do estágio atual do cronograma de desenvolvimento do produto. Por exemplo, um modelo conceitual, uma vez validado, pode ser sucedido por um protótipo mecânico.

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