Elementos-Chave da Prototipagem Física para Desenvolvimento de Produtos

O desenvolvimento de qualquer produto começa com o design do produto. O design conceitual é então convertido em um protótipo físico. O desenvolvimento de protótipo físico é uma etapa essencial do desenvolvimento de novo produto ou nova tecnologia. Geralmente é feito para avaliar e testar o design pelos analistas de sistema.

Um protótipo físico pode ser qualquer coisa, desde um modelo artesanal simples até um modelo totalmente operacional representando como o design conceitual corresponderá às condições do mundo real. Hoje em dia, protótipos físicos são fáceis de fabricar pela introdução de várias técnicas de prototipagem rápida que economizam tempo e são custo-efetivas, tornando um grande número de protótipos físicos eficazes em menos tempo, atraindo muitos clientes devido à melhor estética e acabamento de um protótipo físico.

Tipos de Protótipos Físicos

1. Protótipo Funcional (Working Prototype)

Um protótipo funcional é um protótipo físico desenvolvido de forma a representar todas as características do design conceitual. Um protótipo funcional também é operacional e corresponderá às condições do mundo real.

2. Protótipo Visual (Visual Prototype)

Um protótipo visual é um protótipo físico desenvolvido apenas para representar a aparência, dimensões e forma do design conceitual. Um protótipo visual não se destina a representar a funcionalidade do design conceitual.

3. Protótipo Funcional (Functional Prototype)

Um protótipo funcional é semelhante ao protótipo de trabalho, exceto que o protótipo funcional pode ser desenvolvido com uma escala e técnica diferentes da do produto original.

4. Protótipo de Experiência do Usuário (User Experience Prototype)

É um tipo de protótipo físico desenvolvido de forma a fornecer informações suficientes sobre o produto sendo desenvolvido para ser usado por pesquisadores para fins de pesquisa adicionais.

Prototipagem Rápida: Desenvolvimento de Prototipagem Física

O desenvolvimento de protótipos geralmente é feito pelo emprego de técnicas de prototipagem rápida pelos fabricantes. Essas técnicas de prototipagem rápida são custo-efetivas e economizam tempo. Além disso, os protótipos produzidos por essas técnicas são eficazes e atraentes devido à sua estética. Essas técnicas de prototipagem rápida estão marcando presença nas indústrias e são uma revolução. A fabricação do produto geralmente é feita por impressora 3D ou outra tecnologia de manufatura aditiva por camadas, utilizando dados do modelo CAD.

A impressão 3D é uma técnica comum de prototipagem rápida hoje em dia, na qual o material é solidificado sob a ação de um computador usando dados de um modelo CAD para formar o protótipo físico. A impressora 3D está se tornando popular entre clientes domésticos e industriais porque o material usado na impressão 3D está prontamente disponível e é mais barato em comparação com outras técnicas de fabricação.

O software de modelagem moderno também está auxiliando a prototipagem rápida. Este software salva o modelo CAD no formato AMF em vez do formato STL, que produz menos erros em comparação com o formato STL. A interface deste software também é amigável, tornando fácil para os usuários projetarem neles.

Máquinas CNC também estão sendo empregadas pelos fabricantes para converter o modelo conceitual em um protótipo físico. É uma máquina de controle numérico que usa G-codes e M-codes para corte, furação, alargamento e outras operações de fabricação. O modelo CAD é convertido em diretivas de fabricação usando software CAM. A transformação de diretivas em G-codes e M-codes permite que a máquina produza um protótipo físico altamente preciso. Máquinas CNC modernas usadas hoje são de 5 eixos, o que permite que a ferramenta se mova ao longo de 5 eixos diferentes ao mesmo tempo, permitindo que a máquina produza peças altamente eficazes e precisas.

A diferença entre a impressora 3D e CNC é marcada pelo material usado para fabricação. CNC é geralmente usado para protótipos metálicos, enquanto a impressora 3D geralmente utiliza ABS, PLA e PLA macio para desenvolvimento de protótipos físicos. Além disso, uma impressora 3D típica utiliza muito menos espaço em comparação a uma CNC, torno ou máquina de retificação de precisão, tornando-a uma opção muito mais adequada para os fabricantes. Mas, geralmente, a escolha da técnica de prototipagem rápida geralmente depende da escolha do material para o protótipo físico. Outras técnicas de prototipagem rápida sendo empregadas hoje são:

• Manufatura por Deposição de Forma (SDM) (e Mold SDM)
• Cura Sólida de Base (SGC)
• Sinterização a Laser Seletiva (SLS)
• Fusão a Laser Seletiva (SLM)
• Estereolitografia (SLA)
• Manufatura de Partículas Balísticas (BPM)
• Fabricação por Luz Direcionada (DLF)
• Fundação Direta de Produção de Casca (DSPC)
• Modelagem por Deposição Fundida (FDM)
• Manufatura de Objetos Laminados (LOM)
• Impressão de Resina Laminada (LRP)

Importância do Protótipo Físico

O desenvolvimento do protótipo físico é necessário antes do desenvolvimento de um produto. Um protótipo ajuda a determinar muitos fatores do futuro produto a ser desenvolvido, conforme descrito abaixo:

1. Determinação do Custo de Produção e Problemas

Através do desenvolvimento de protótipo físico antes do início da produção real, permite que os fabricantes olhem qualquer dificuldade que possa surgir durante as operações de fabricação. Assim, qualquer operação de fabricação pode ser editada ou removida. Isso torna o custo de produção mínimo. E permite que o fabricante escolha o método ótimo para desenvolvimento do produto que lhe custará menos e produzirá produtos precisos e sem erros.

2. Avaliação e Teste do Produto

Um design conceitual pode diferir do produto real, o que pode criar muitos problemas para o fabricante. Isso pode ser resolvido criando primeiro um protótipo físico por qualquer técnica de prototipagem rápida para que o design conceitual possa ser testado em condições do mundo real. Isso permite que o fabricante revise todas as peças e emendas no design podem ser feitas de acordo. Além disso, cada peça pode ser avaliada e testada em condições do mundo real, o que torna fácil para o fabricante olhar qualquer dificuldade que possa surgir após a fabricação do produto.

3. Venda do Produto

Um protótipo físico atrairá mais clientes em comparação a um mero design. O cliente pode entender o produto melhor com o protótipo em comparação com o design. O cliente conhecerá os recursos ocultos do produto por um protótipo funcional. Além disso, a estética do protótipo físico devido ao emprego de técnicas de prototipagem rápida pode facilmente atrair mais clientes. Portanto, as vendas do produto podem ser previstas antes da produção do produto.

4. Patente

Um novo design ou produto pode ser facilmente patenteado. Com um protótipo físico em mãos, é fácil ver quais características do design podem ser patenteadas e quais partes precisam ser editadas para serem patenteáveis. Isso protege os fabricantes de qualquer processo que possa ser movido contra eles em caso de semelhança com um produto já patenteado. Além disso, é muito mais fácil descrever as características-chave a um advogado de patentes com um protótipo físico do que com um design conceitual, para que a patente possa ser registrada.

Diferença entre Protótipo e Produto Real

Embora engenheiros e desenvolvedores tentem o seu melhor para minimizar as diferenças entre o protótipo e o produto real. Mas, em geral, um protótipo pode diferir do produto real em termos de material usado, processo de usinagem, aparência, etc.

O material usado para o produto final é caro e difícil de fabricar, então um protótipo geralmente é feito de material que é fácil de fabricar, mas com material cujas propriedades são idênticas às do produto final. Em alguns casos, o material usado para o produto final não está disponível, então o protótipo é feito de material idêntico. A diferença no material pode mudar a aparência e o acabamento do produto final em comparação ao protótipo.

Produtos finais muitas vezes são produzidos em grandes números, então o processo de fabricação pode diferir, onde o produto final é frequentemente desenvolvido por algum método de produção em massa que é custo-efetivo e economiza tempo. Este processo de fabricação não pode ser frequentemente usado para o protótipo, pois o material muitas vezes não é o mesmo. Além disso, processos de fabricação do produto final podem ser complexos, então o protótipo é frequentemente produzido usando alguma técnica simples. Isso também pode levar a diferenças na aparência do produto final e do protótipo.

As técnicas de inspeção de qualidade de protótipo e produto final também podem diferir. O produto final que deve ser vendido no mercado passa por vários testes de inspeção de qualidade. Enquanto o protótipo físico não é inspecionado da mesma maneira que o produto final devido às diferenças no material e nas técnicas de fabricação.

Conclusão

É evidente que o desenvolvimento de protótipo físico é um processo necessário nas indústrias hoje em dia para avaliar e testar o design antes de entrar na fase de fabricação. Além disso, o protótipo físico prevê o custo de fabricação e quaisquer dificuldades que podem surgir durante o processo, para que o fabricante escolha o método ótimo custo-efetivo.

Um protótipo físico também atrai mais clientes em comparação ao design conceitual. E com o desenvolvimento de software e técnicas de prototipagem rápida, não é difícil produzir um protótipo em muito menos tempo e com maior precisão. Pode diferir um pouco do produto real, mas é eficaz nas vendas do produto nas indústrias modernas.