Fabricação de protótipos de plástico:explorando quatro técnicas de prototipagem de plástico

As peças de plástico nem sempre recebem o crédito que merecem pelo papel desempenhado em nosso mundo. Dificilmente você entrará em um lugar sem encontrá-los, desde o teclado do seu computador até a tampa da sua xícara de café. No entanto, todo produto de plástico começou como um protótipo. É por isso que estamos aqui para analisar os métodos disponíveis para fazer protótipos de peças plásticas. Vamos direto a isso!

A importância de um Protótipo de plástico

A prototipagem, como você deve saber, é uma ferramenta poderosa para empreendedores e empresas. Ajuda a avaliar um produto físico antes do início da produção em grande escala. Um protótipo de plástico permite que você trabalhe com a representação física do seu produto plástico o mais rápido possível.

Você também tem a oportunidade de apresentar suas ideias a potenciais investidores e permitir que eles as testem. As peças de plástico protótipo são aquelas que você coloca para seus clientes em potencial para ajudá-lo a avaliar o interesse deles no produto antes do lançamento.

Este processo dá aos designers com o apoio de empresas de prototipagem a chance de fazer as mudanças apropriadas antes de fabricar produtos plásticos. No final, tanto o fabricante quanto o usuário do produto final se beneficiam. Outras vantagens incluem:

• Testa vários recursos de design no protótipo de plástico
• Verifica a funcionalidade do design
• Cria uma referência de teste para desenvolver recursos adicionais
• Facilita o feedback do cliente
• Identifica possíveis defeitos e irregularidades com peças de plástico protótipo antes da produção em massa
• Permite o refinamento da definição para eficiência da fabricação

Coisas a serem implementadas antes de desenvolver um Protótipo de plástico

A primeira coisa a raciocinar antes da fabricação do protótipo de plástico é o seu modelo CAD. O modelo Computer-Aided Design (CAD) é uma representação digital do produto pretendido, mostrando a você e ao fabricante como o produto deve ser.

Um modelo CAD também mostra como as peças plásticas se encaixam e o funcionamento do produto como um todo. Preparando um modelo CAD irá ajudá-lo a criar um modelo de protótipo físico, seja visual ou funcional.

• Visual – um protótipo visual dá uma ideia da aparência final do produto. Você não precisa de protótipos visuais para funcionar como produto final. Portanto, a impressão 3D oferece a maneira mais barata e rápida de desenvolvê-los.
• Funcional – Por outro lado, os protótipos funcionais representam o produto final desejado desde os materiais até a mecânica. Esses são os tipos de protótipos que você pode usar para testar designs de produtos antes de passar para o estágio de produção em massa.

Independentemente do tipo de protótipo de plástico que você deseja fazer, existem vários métodos disponíveis. No entanto, quatro desses métodos são mais amplamente utilizados. Eles incluem:

• Fundição a vácuo
• Impressão 3D
• Usinagem CNC
• Moldagem por injeção

Os processos de fabricação de protótipos de plástico

A fabricação de protótipos plásticos é um dos processos mais flexíveis na prototipagem rápida. Você pode escolher entre uma ampla variedade de procedimentos para fabricar com eficiência suas peças plásticas de protótipo. Nesta seção, discutiremos quatro dos métodos mais eficazes para prototipagem plástica.

Fundição a vácuo

Com a fundição a vácuo, os fabricantes podem duplicar vários protótipos de peças plásticas. Envolve o uso de um modelo mestre para criar peças adequadas para teste. Ao usar a fundição a vácuo para a fabricação de protótipos de plástico, o processo envolve a injeção da matéria-prima em um molde de silicone. No entanto, antes de criar um molde de silicone, é necessário que haja um modelo mestre.

Os modelos mestres podem ser criados usando impressão 3D ou usinagem CNC. Após a conclusão do modelo mestre, há o desenvolvimento de moldes de fundição à base de silicone. As matérias-primas são injetadas na cavidade do molde usando uma redoma a vácuo. Muitas vezes leva cerca de 30 a 40 minutos para endurecer o molde resultante para dar uma duplicação precisa do protótipo.

A fundição a vácuo é compatível com uma ampla gama de materiais, desde transparentes a opacos. Além disso, os fabricantes podem reutilizar o molde de silicone para produzir até 25 protótipos. Este processo ajuda você a atualizar seu projeto rapidamente para ter o desenvolvimento do produto e a produção em massa mais próximos.

Benefícios de escolher a fundição a vácuo para seu protótipo de plástico

Aqui estão algumas principais razões para usar a transmissão a vácuo para prototipagem rápida:

• Ajuda os fabricantes a fazer protótipos de peças plásticas de alta precisão com detalhes finos.
• O molde de silicone pode recriar vários protótipos idênticos em um curto período.
• É um processo ideal para fabricar peças com formas complexas.
• Um material de molde adequado fornecerá um protótipo com qualidade idêntica ao produto final pretendido.
• É compatível com uma ampla variedade de materiais plásticos com rigidez, flexibilidade e textura variadas.

Impressão 3D

Manufatura aditiva ou impressão 3D engloba várias tecnologias de fabricação. É uma das técnicas inovadoras da indústria 4.0 que transformam o mundo da manufatura. Como mencionamos, a impressão 3D é um termo geral. Três dos métodos mais populares para a fabricação de peças plásticas de protótipos 3D são:

Modelagem de Deposição Fundida (FDM)

A impressão 3D FDM é a forma mais popular de impressão 3D usada na fabricação de protótipos de plástico. Este processo envolve o uso de extrusão para uma deposição camada por camada de materiais plásticos até a formação do produto final.

Quando impressoras FDM de nível industrial são usadas, os fabricantes podem criar protótipos com maior resistência e resolução, dependendo dos materiais envolvidos. É também um procedimento flexível, compatível com diversos materiais incluindo PLA, ABS, Nylon, PETG, Policarbonato, etc.

Estereolitografia (SLA)

A FDM emite filamentos, mas a impressão 3D SLA emprega materiais de resina plástica para criar peças plásticas de protótipos 3D. Envolve o uso de um laser de alta potência que ajuda a solidificar o modelo que vem usando uma cuba de resina. Os fabricantes usam esse método para vários propósitos de prototipagem, incluindo componentes odontológicos, médicos e de consumo geral.

Sinterização seletiva a laser (SLS)

A tecnologia SLS também utiliza um laser de alta potência. No entanto, ao contrário do SLA, ele sinteriza materiais em pó para formar um modelo 3D. Este processo apresenta qualidade de impressão superior ao FDM. Você encontrará peças plásticas de protótipo criadas por esse método sendo mais funcionais e com resoluções mais altas. Geralmente são mais duráveis ​​e flexíveis do que as impressões FDM.

Benefícios de escolher a impressão 3D para seu protótipo de plástico

Você desfrutará dos seguintes benefícios ao usar a impressão 3D para fazer seus protótipos de plástico:

• A impressão 3D pode ajudar você a criar protótipos de plástico com mais rapidez, reduzindo o custo geral do processo de fabricação.
• Permite o upload direto de arquivos CAD no software da impressora 3D e leitura eficaz pela máquina, permitindo um fluxo de trabalho mais suave.
• Ele permite escolhas flexíveis de materiais para que os fabricantes possam testar diferentes materiais ao fazer protótipos de peças plásticas.
• Com a impressão 3D, você pode fazer alterações facilmente atualizando o arquivo CAD de um produto antes de enviá-lo para a impressora. Assim, o maior número possível de iterações pode ser feito no projeto em um tempo muito curto.
• Os fabricantes com impressoras 3D normalmente podem criar protótipos a partir de designs de produtos em 24 horas ou menos.

Usinagem CNC

Usinagem CNC oferece outro método viável e rápido para a fabricação de protótipos de plástico. Essa tecnologia usa uma ampla gama de ferramentas para criar modelos 3D de seu projeto a partir de blocos sólidos de materiais. A criação de um protótipo CNC de plástico envolve um processo subtrativo. Ou seja, os materiais estão sendo retirados do bloco sólido, diferentemente da impressão 3D, que é um processo aditivo. No entanto, isso não significa que os fabricantes não possam fazer protótipos de plástico com materiais diferentes.

As fresadoras digitais ajudam a tornar o processo mais eficaz. Os fabricantes garantem a automação adequada do processo com um computador disponível para direcionar a fresadora usando arquivos 3D carregados. A confecção de protótipos de peças plásticas CNC não requer o uso de moldes. Portanto, é econômico e você só precisa de uma renderização CAD para iniciar a prototipagem de plástico CNC.

Benefícios de escolher a usinagem CNC para seu protótipo de plástico

A usinagem CNC é uma das técnicas de prototipagem rápida mais eficazes, oferecendo as seguintes vantagens:

• Permite que você teste o ajuste, a forma e a função de protótipos de peças plásticas sem produzir ferramentas para moldes de injeção.
• A usinagem CNC oferece maior potencial para tolerâncias apertadas, rebaixos e roscas e limitações de tamanho.
• Essa técnica também permite a criação de vários acabamentos de superfície no protótipo, desde polimento a pintura, pintura a pó e muito mais.
• A usinagem CNC também oferece tempos de resposta rápidos, dependendo da complexidade do modelo do protótipo de plástico.
• Permite o uso de uma ampla gama de materiais, facilitando a escolha de um material para sua fabricação.
• O protótipo resultante tende a ter suas propriedades mecânicas próximas à peça injetada, com o resultado variando de acordo com a aparência e a funcionalidade desejada.

Moldagem por injeção

Quando você precisar de um método de fabricação de protótipos de plástico para execuções limitadas de produção de protótipos, você deve escolher moldagem por injeção de plástico . Embora a moldagem por injeção seja popular para produção em massa, ela também oferece um meio valioso de produzir protótipos de plástico. A técnica envolve a criação de um molde de metal. Em seguida, o fabricante envia a resina plástica para um barril aquecido, onde é misturada e injetada com força na matriz de metal.

A etapa final é o resfriamento rápido do plástico em um componente sólido. O resultado é um protótipo com excelentes propriedades mecânicas e acabamento superficial de alta qualidade. É compatível com as populares opções de material plástico como ABS, Polietileno, Policarbonato, Nylon, HIPS, etc. A moldagem por injeção de plástico protótipo estabelece a base para os moldes subsequentes que você precisa para ciclos de produção completos. Muitas indústrias aproveitam esse método, incluindo indústrias automobilísticas, eletrônicas, médicas e de embalagens.

Benefícios de escolher a moldagem por injeção para seu protótipo de plástico

A moldagem por injeção de plástico protótipo oferece as seguintes vantagens:

• Ele permite testes rápidos e econômicos de conceitos de produtos sem comprometer a qualidade.
• A moldagem por injeção ajuda a obter insights rápidos sobre os recursos operacionais de protótipos de plástico, criando uma replicação quase perfeita de produtos finais na vida real.
• Este método pode ajudar a fabricar peças complexas que variam em forma e peso.
• A moldagem por injeção de plástico é ideal para indústrias que precisam de testes e certificações consideráveis, como o setor médico.
• É o método mais eficaz para execuções de produção mínimas.

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Principais considerações para prototipagem rápida de plástico

É vital que os projetistas escolham os métodos de prototipagem de plástico mais adequados para suas aplicações. Os protótipos têm diferentes qualidades exigidas. Embora você possa ter uma semelhança aproximada de protótipos e peças de produção nos estágios iniciais, eles devem corresponder quando o desenvolvimento se aproximar do lançamento.

Assim, seria melhor considerar alguns fatores antes de escolher um método de fabricação de protótipos plásticos. Esses principais incluem:

1. Objetivo do Protótipo de plástico

A aplicação do seu protótipo deve ser sua primeira consideração. Protótipos de plástico são usados ​​em várias indústrias e por diferentes razões. Seu protótipo pode ser para testes não funcionais para marketing ou vendas. Por outro lado, você pode precisar do protótipo para testes funcionais com potenciais consumidores. Você deve escolher um método que produza peças de protótipo com cores exatas, geometria e acabamento de superfície do produto final pretendido.

2. Formulário

Seu projeto inclui tolerâncias rígidas ou recursos internos complexos? A resposta a esta pergunta irá ajudá-lo a escolher a técnica de prototipagem correta para o seu protótipo. Algumas opções de fabricação são limitadas quando se trata da geometria dos projetos. Alguns deles podem exigir projeto para fabricação de alto nível (DfM) antes que eles possam ser econômicos ou econômicos. As tecnologias que podem atender efetivamente à geometria pretendida de sua peça plástica são as melhores escolhas.

3. Volume e custo

O tamanho e o volume da peça estão intimamente relacionados ao custo final do processo. O volume total do protótipo que você deseja produzir desempenha um papel importante para ajudá-lo a escolher a técnica de prototipagem correta. Alguns processos podem ter custos iniciais mais altos para configurações e ferramentas, enquanto produzem peças baratas. Em contraste, outros processos podem ter custos de inicialização baixos, mas custos de peças aumentados devido à menor automação, tempos de ciclo mais lentos e custos de mão de obra. Mesmo com volumes aumentados, os custos de tais processos reduzem apenas marginalmente.

4. Tempo de execução

A rapidez com que você precisa do protótipo também afetará sua escolha de técnica. Alguns métodos de prototipagem usam ferramentas sofisticadas juntamente com automação para criar protótipos em 24 horas. No entanto, ferramentas e configurações para alguns métodos podem levar os prazos de entrega em até semanas. Se você precisa de testes feitos muito rapidamente, deve escolher métodos que produzam peças rapidamente.

5. Material

Seu protótipo precisará ser submetido a tensões ou deformações específicas? Você precisa equilibrar o custo com os requisitos estéticos e funcionais do seu protótipo antes de selecionar o material ideal. Compare suas características de aplicação ideais com as técnicas de prototipagem de plástico disponíveis antes de fazer uma escolha.

O que é Protótipo de plástico Custo?

Vários fatores afetam o custo dos protótipos de plástico. Esses fatores incluem os materiais utilizados, a complexidade da peça e a técnica de fabricação do protótipo de plástico utilizada. No entanto, a impressão 3D é geralmente mais barata do que a usinagem CNC. A moldagem por injeção é um pouco mais cara do que os processos mencionados inicialmente devido aos custos de moagem do molde.

The low fixed costs of 3D printing ensure zero economies of scale. That is, the first copy has the same cost as the last. The fixed costs of CNC machining is also low, with total cost rising at a steady rate. So, you’d expect the cost of each part to be a little higher than similar parts produced with 3D printing.

For prototype plastic injection molding cost, it is relatively high for the first few parts. However, the price steeps lower as the volume increases. It is clear that the plastic prototype cost is relative and depends largely on the method used and volume required.

Plastic Prototyping Techniques	Cost
3D Printing	Inexpensive
CNC Machining	Low, but higher than 3D printing
Injection Molding	Costly, but depending on the volume

Conclusion

Plastic prototyping is an effective means of ensuring quality outcomes of your manufacturing process. However, the success of your plastic prototype will depend on your understanding of the prototyping technologies available and selecting the most effective one for your application. Now that you know more about developing plastic prototypes, it’s time to gain a competitive advantage by choosing the right manufacturing partner.

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Perguntas frequentes

How do you make a plastic prototype?
There are various techniques available for making plastic prototypes. They include vacuum casting, injection molding, 3D printing, CNC machining, and more. Your choice will depend on your prototype’s application, volume, form, material, and cost.
Why is a plastic prototype important?
The essential benefit of a plastic prototype is that it stimulates the actual product features. This way, you can quickly test the design’s correctness and product functionality before going into mass production.
How much does it cost to make a plastic prototype?
The relative pricing of plastic prototype manufacturing will depend on the chosen manufacturing technique and the volume of parts required. Generally, 3D printing presents the most cost-effective option, while CNC machining is also relatively cheap. The injection molding price is a little on the high side because of the mold tooling.