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Guía definitiva sobre la creación rápida de prototipos para el desarrollo de productos

Right hand robotics - Creación rápida de prototipos

La creación de prototipos es una parte esencial del proceso de desarrollo de productos; sin embargo, muchas veces ha supuesto una traba.

Los diseñadores de productos y los ingenieros creaban modelos de prueba de concepto improvisados utilizando herramientas básicas. Sin embargo, la creación de prototipos funcionales y de piezas de calidad solían requerir los mismos procesos que los productos finales. Los procesos de fabricación tradicionales, como el moldeo por inyección o el CNC, requieren utillaje y configuraciones costosas, lo que implica un coste prohibitivo para la creación de prototipos de bajo volumen y a medida.

La creación rápida de prototipos ayuda a las empresas a convertir sus ideas en pruebas de concepto realistas, transformar estos conceptos en prototipos de alta fidelidad que tienen el mismo aspecto y funcionalidad que los productos finales y llevar a los productos a lo largo de una serie de etapas de validación hasta la producción en cadena.

Con la creación rápida de prototipos, los diseñadores y los ingenieros pueden crear prototipos directamente a partir de datos de diseño asistido por ordenador (CAD) más rápido que nunca, y llevar a cabo revisiones rápidas y frecuentes de sus diseños basadas en ensayos y opiniones reales.

En esta guía, descubrirás cómo la creación rápida de prototipos puede integrarse en el proceso de desarrollo de productos, cuáles son sus aplicaciones y qué herramientas de creación rápida de prototipos están disponibles actualmente para los equipos de diseño de productos.

¿Qué es la creación rápida de prototipos?

La creación rápida de prototipos es el conjunto de técnicas que se usan para fabricar rápidamente un modelo a escala de una pieza o un conjunto de piezas físico a partir de datos de diseño asistido por ordenador (CAD) tridimensionales. Ya que estas piezas o conjuntos se suelen construir mediante técnicas de fabricación aditiva, en vez de con métodos sustractivos tradicionales, el concepto ha quedado íntimamente ligado a la fabricación aditiva y la impresión 3D.

La fabricación aditiva es perfecta para la creación rápida de prototipos. Ofrece una libertad casi ilimitada en la forma, no requiere utillaje y puede producir piezas con propiedades mecánicas muy similares a la de diversos materiales hechos con métodos de fabricación tradicionales. Las tecnologías de impresión 3D existen desde los años 80, pero en la mayoría de los casos, su alto coste y complejidad limitaba su uso a grandes empresas u obligaba a empresas más pequeñas a externalizar la producción a servicios especializados y a esperar semanas entre cada iteración.

La llegada de la impresión 3D de escritorio y de trabajo ha cambiado esta situación y fomentado un aumento de la adopción de esta tecnología que no da señales de detenerse. Con la impresión 3D in situ, los ingenieros y diseñadores pueden realizar iteraciones rápidamente entre diseños digitales y prototipos físicos. Ahora es posible crear prototipos en un día y realizar múltiples iteraciones del diseño, el tamaño, la forma o el ensamblaje basándose en resultados de ensayos y análisis reales. En definitiva, el proceso de creación rápida de prototipos ayuda a las empresas a llevar mejores productos al mercado con mayor rapidez que la competencia.

Con la impresión 3D, los ingenieros y diseñadores pueden realizar iteraciones rápidamente entre diseños digitales y prototipos físicos y llegar más rápidamente a la fase de producción.

Con la impresión 3D, los ingenieros y diseñadores pueden realizar iteraciones rápidamente entre diseños digitales y prototipos físicos y llegar más rápidamente a la fase de producción.


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En este seminario web aprenderás a diferenciar las piezas fabricadas a partir de distintas tecnologías de impresión por su funcionalidad y apariencia y cómo estas diferencias influyen en el desarrollo de productos y en los procesos de trabajo de producción para ingenieros y fabricantes.

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¿Por qué elegir la creación rápida de prototipos?

Realiza y explora conceptos de forma más rápida

La creación rápida de prototipos convierte ideas iniciales en exploraciones del concepto de bajo riesgo con la apariencia de productos reales en poco tiempo. Permite a los diseñadores ir más allá de la visualización virtual y hace más fácil entender el aspecto del diseño y la sensación que produce, así como comparar conceptos.

Comunica tus ideas de manera efectiva

Los modelos físicos dan a los diseñadores la capacidad de compartir sus conceptos con compañeros, clientes y colaboradores para transmitir ideas de formas que no son posibles con la mera visualización de los diseños en una pantalla. La creación rápida de prototipos hace posible obtener información clara y útil por parte del usuario que es esencial para que los creadores entiendan las necesidades del usuario y refinen y mejoren sus diseños.

Diseña de manera iterativa e incorpora cambios al instante

El diseño es siempre un proceso iterativo que requiere varios ciclos de ensayo, evaluación y refinamiento antes de llegar a un producto final. La creación rápida de prototipos con la impresión 3D ofrece la flexibilidad de crear prototipos realistas de forma más rápida e implementar cambios de manera inmediata, lo que mejora este proceso crucial de ensayo y error.

Iteraciones consecutivas de Sutrue, un dispositivo de sutura quirúrgica automatizada cuyos prototipos se han realizado con impresoras SLA de Formlabs.

Iteraciones consecutivas de Sutrue, un dispositivo de sutura quirúrgica automatizada cuyos prototipos se han realizado con impresoras SLA de Formlabs.

Un buen modelo es el de un ciclo de diseño de 24 horas: diseñar durante el horario de trabajo, dejar que las piezas del prototipo se impriman en 3D por la noche y realizar ensayos al día siguiente, modificar el diseño y vuelta a empezar.

Ahorra tiempo y dinero

Con la impresión 3D no es necesario invertir en utillaje e instalaciones caras. El mismo equipo se puede usar para producir geometrías distintas. La creación de prototipos in situ elimina los altos costes y plazos de producción que conlleva la externalización.

Realiza ensayos exhaustivos y minimiza los fallos de diseño

En el diseño y la fabricación de productos, encontrar y arreglar con antelación los fallos de diseño puede ayudar a las empresas a evitar revisiones de diseño y cambios de utillaje costosos a lo largo del proceso.

La creación rápida de prototipos permite a los ingenieros someter a ensayos exhaustivos a piezas que tienen el mismo aspecto y funcionamiento que los productos finales, lo que reduce el riesgo de que aparezcan problemas de usabilidad o fabricabilidad antes de pasar a la fase de producción.


Introducción a la impresión 3D con la estereolitografía (SLA) de escritorio

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Aplicaciones de la creación rápida de prototipos

Gracias a las diversas tecnologías y materiales disponibles, la creación rápida de prototipos con la impresión 3D sirve de apoyo a diseñadores e ingenieros a lo largo del desarrollo de los productos, desde los modelos conceptuales iniciales hasta las fases de ingeniería, validación y producción.

Modelos conceptuales

Los prototipos de modelos conceptuales o de prueba de concepto ayudan a los diseñadores de productos a validar ideas y suposiciones y a poner a prueba la viabilidad de un producto. Los modelos conceptuales físicos sirven para mostrar una idea a los accionistas, fomentar el debate e influir en la aceptación o el rechazo de la idea mediante exploraciones del concepto de bajo riesgo.

Los diseñadores del estudio de diseño y asesoría suizo Panter & Tourron utilizaron la impresión 3D por SLA para pasar del concepto a la demostración en dos semanas.

Los diseñadores del estudio de diseño y asesoría suizo Panter & Tourron utilizaron la impresión 3D por SLA para pasar del concepto a la demostración en dos semanas.

La clave para elaborar modelos conceptuales con éxito es la velocidad. Los diseñadores necesitan generar una gran cantidad de ideas antes de construir y elaborar modelos físicos. En esta etapa, la usabilidad y la calidad son menos importantes y los equipos se valen de piezas comerciales tanto como pueden.

Las impresoras 3D son herramientas ideales para elaborar modelos conceptuales. Su tiempo de elaboración para convertir un archivo informático en un prototipo físico es imbatible, lo que permite a los diseñadores someter a ensayo más conceptos con mayor rapidez. Al contrario que la mayoría de herramientas de taller y de fabricación, las impresoras 3D de escritorio están adaptadas para las oficinas, lo que elimina la necesidad de un espacio reservado expresamente para ellas.

Prototipos funcionales

A medida que el producto pasa por las siguientes etapas, los detalles se vuelven cada vez más importantes. La impresión 3D permite a los ingenieros crear prototipos de alta fidelidad que representen con precisión el producto final. Esto facilita la verificación del diseño, el ajuste, la función y la fabricabilidad del producto antes de invertir en utillaje caro y pasar a la fase de producción en la que el tiempo y el coste que requiere realizar cambios se vuelve cada vez más prohibitivo.

El fabricante de cámaras submarinas Paralenz utilizó la impresión 3D para crear prototipos realistas que superaran los ensayos a más de 200 metros bajo el nivel del mar.

El fabricante de cámaras submarinas Paralenz utilizó la impresión 3D para crear prototipos realistas que superaran los ensayos a más de 200 metros bajo el nivel del mar.

 

Los materiales de impresión 3D avanzados son capaces de reproducir el aspecto, las sensaciones y las características de los materiales de piezas creadas mediante procesos de fabricación tradicionales como el moldeo por inyección. Diversos materiales pueden simular piezas con detalles y texturas precisos, superficies lisas y de baja fricción, carcasas rígidas y robustas y componentes transparentes y de tacto suave. A las piezas impresas en 3D se les puede dar un acabado con procesos secundarios como el lijado, el pulido, la pintura o el galvanizado para reproducir cualquier rasgo visual de una pieza final. También pueden mecanizarse para crear conjuntos de múltiples piezas y materiales.

Los ingenieros de Wohlers construyeron un prototipo estético y funcional de un humidímetro a partir de varios materiales, con una carcasa rígida y botones de tacto suave.

Los ingenieros de Wohlers construyeron un prototipo estético y funcional de un humidímetro a partir de varios materiales, con una carcasa rígida y botones de tacto suave.

Los prototipos para ingeniería requieren ensayos funcionales y de usabilidad exhaustivos para comprobar cómo funciona una pieza o un ensamblaje cuando se somete a los rigores y las condiciones de su uso real. La impresión 3D ofrece plásticos para ingeniería que se usan para realizar prototipos de alto rendimiento capaces de soportar esfuerzos térmicos, químicos y mecánicos. La tecnología también proporciona una solución eficaz para crear fijaciones de prueba a medida que simplifican los ensayos y certificaciones funcionales mediante la recopilación de datos útiles.

Preproducción y fabricación

Contar con un buen prototipo es solo el primer paso. Un diseño debe poder fabricarse de forma repetida y asequible para convertirse en un producto final con éxito. El diseño orientado a la fabricación (DFM) combina la estética y funcionalidad del diseño, a la vez que mantiene los requisitos del producto final. El DFM facilita el proceso de fabricación para reducir los costes de la misma y mantener el coste por pieza por debajo del nivel necesario.

La empresa de diseño de dispositivos médicos Coalesce utiliza dispositivos de sujeción a medida para sus ensayos internos.

La empresa de diseño de dispositivos médicos Coalesce utiliza dispositivos de sujeción a medida para sus ensayos internos.

La creación rápida de prototipos permite a los ingenieros crear lotes pequeños, soluciones puntuales a medida y subconjuntos para proyectos de ensayos de validación del diseño y de ingeniería, que ponen a prueba la fabricabilidad del prototipo.

La impresión 3D facilita someter a ensayo las tolerancias con el proceso de fabricación real en mente y llevar a cabo ensayos exhaustivos tanto en la empresa como en el entorno de uso, antes de pasar a la producción en cadena. Las piezas impresas en 3D también contribuyen a la producción aportando herramientas, moldes, sujeciones y fijaciones para la creación de prototipos y la cadena de montaje.

Sujeciones con guía impresas en 3D en una cadena de montaje automatizada de Pankl Racing Systems.

Sujeciones con guía impresas en 3D en una cadena de montaje automatizada de Pankl Racing Systems.

Con la impresión 3D, el diseño no tiene por qué acabar cuando comienza la producción. Las herramientas de creación rápida de prototipos permiten a los diseñadores e ingenieros mejorar continuamente sus productos y actuar de forma rápida y eficaz para resolver problemas en la cadena con sujeciones y fijaciones que mejoren los procesos de montaje o control de calidad.


Seminario web

Validación del diseño de las piezas para el moldeo por inyección: el caso de Cutsforth

 

Ve nuestro seminario web para aprender de la mano del director de ingeniería de Cutsforth Jason Kammerer el proceso de desarrollo de un nuevo sistema de control, desde el concepto inicial y los primeros prototipos hasta las piezas finales fabricadas mediante moldeo por inyección y el montaje.

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Herramientas para la creación rápida de prototipos y aplicaciones

Desde ensayos de tamaño y ajuste hasta la combinación de la creación de prototipos y la producción: descubre cómo varias empresas de éxito aprovechan la creación rápida de prototipos en el desarrollo de productos.

Hay tantas técnicas de creación rápida de prototipos que puede resultar difícil escoger una solución. ¿Te interesa averiguar qué herramienta de creación rápida de prototipos se ajusta mejor a tu aplicación específica?

En nuestro siguiente artículo examinaremos más de cerca las tres tecnologías más establecidas hoy en día para la impresión 3D de material plástico: el modelado por deposición fundida (FDM), la estereolitografía (SLA) y el sinterizado selectivo por láser (SLS).

Tecnología FDM vs SLA vs SLS

Herramientas para la creación rápida de prototipos