¿Qué es Rapid Prototyping?


Introducción


¿ Que es Rapid Prototyping?

El rapid prototyping o prototipado rápido es el proceso de obtención de objetos sólidos o (prototipos). Que se trata de la realización física de un producto o de algunos de sus componentes destinado a ensayar su funcionalidad y su duración a partir de modelos CAD 3D mediante el uso de un conjunto de tecnologías fundamentalmente basadas, en sistemas láser, sin la necesidad de herramientas de fabricación convencionales.

Rapid Prototyping nació fundamentalmente con la aparición de la Estereolitografía y crece con las demás tecnologías de (fabricación laminada) Son aquellas que permiten la construcción de un prototipo
a partir de la acumulación de capas, que son las secciones del modelo.
Las capas, de espesor determinado, ya sea a través de la polimerización, endurecimiento, de resinas fotosensibles punto a punto o capa a capa, sinterización de materiales termofusibles como las poliamidas, fusión de materiales plásticos como el ABS y termopolímeros, corte de papel tratado, (proyección de aglutinantes) Tecnología que trabaja mediante la deposición de material en polvo en capas y la ligazón selectiva del mismo mediante la impresión, etc.

Origen e historia
El 3 de Enero de 1988 3D Systems inició la era de los prototipos rápidos al enviar sus tres primeras máquinas de estereolitografía a las empresas Baxter Healthcare Corp. Eastman Kodak y Pratt & Whitney.
En verdad Charles Hull y un grupo de socios armados habían patentado lo que Hull había llamado Estereolitografía (SL) en California.
A partir de la aparición de dicha tecnología a lo largo de los años 90 en
diferentes lugares del mundo empezaron a desarrollarla: Alemania, Israel, Japón, Francia.

Las nuevas tecnologías Japonesas no han llegado a España debido a que la protección por patentes de estas empresas norteamericanas son muy fuertes.
Llegar a dichas tecnologías es entonces una tarea difícil, aunque por lo que podemos saber aunque no se ha visto personalmente, Mitsubishi o Sanyo ha desarrollado máquinas de estereolitografía con cubetas mayores a (1000 mm) cuando la más grande que aquí tenemos es de 508 x 508 x 600 mm


Vías de Evolución
Lo que más evoluciona en este tema son los materiales, a parte de conseguir una mejora en la tecnología, se perfecciona, es decir, se reducen los errores y se aumenta la precisión al objeto obtenido.
Pero la verdadera evolución rápida se da cuando aumenta la incorporación de nuevos materiales. La tendencia es que se pueda obtener un prototipo con el material final. Las tecnologías de Rapid
Prototyping procuran obtener el prototipo o bien con el material final, o con un material que tenga prestaciones mecánicas, químicas, etcétera muy similares al material final. Se está también desarrollando la fabricación multimaterial, que quiere decir que el prototipo lleva partes plásticas y partes metálicas, todo incluido.


A continuación están los principales tipos de prototipado rápido y principales
compañías:

· Cubital con el sistema SGC, de fabricación con resinas fotosensibles capa a capa.
3D Systems, en la estereolitografía, mediante polimerización de resinas fotosensibles por láser, punto a punto, impresoras tridimensionales de termopolímeros semejantes a la cera y en la obtención de insertos metálicos para moldes.


· DTM y EOS en sinterizado de poliamidas plásticas por láser y en sinterizados metálicos de insertos para moldes.

· Helissys en la fabricación LOM, o corte de papel laminado preparado, también mediante haz láser.

· Sander, multijet injection ( Microfusión a la cera perdida).

· Stratassys en FDM es decir, deposición por hilo fundido.

· Z corp, proyección de aglutinante sobre un compuesto de almidón y celulosa Y otras muchas compañías...


¿Cuál sería el sistema mejor?


Todos los sistemas tienen ventajas e inconvenientes. Escogeremos uno u otro según los requisitos del producto, su complejidad geométrica, el propósito o ensayo que se desee efectuar con prototipo,...
Podríamos decir que:


· La estereolitografía, cuando se trabaja con resinas de propósito
general, se aplica a modelos conceptuales, a la obtención de patrones para la obtención de series cortas en moldeo al vacío o microfusión y a modelos funcionales siempre que los ensayos no sean muy exigentes en requerimientos mecánicos y térmicos, aunque para estos casos existen resinas específicas. A destacar la alta precisión de los prototipos obtenidos mediante esta tecnología y la facilidad con que se pueden obtener acabados superficiales de alta calidad, como el pulido espejo.

· El sinterizado de poliamida es admirable en la obtención de prototipos funcionales desde el punto de vista mecánico y de comportamiento térmico. También tiene aplicaciones en la obtención de modelos conceptuales y patrón. Una ventaja considerable es la gran variedad de materiales con los que puede trabajar.

· El LOM se usa en la obtención de piezas de gran
volumen y para patrones de microfusión.

video

Actualizando tecnologias.....................


Sectores en los que se aplica el prototipado rápido:

Hay muchos. El más importante por volumen de facturación es, sin duda, el de la automoción. También destaca el de la herramienta portátil, el pequeño aparato electrodoméstico, el sector eléctrico, telefonía y telecomunicación, Industria Médica-Sanitaria, envases, juguetes, iluminación, hidráulica,... Todo sector industrial que disponga de departamento para el desarrollo de producto es un potencial usuario de estas tecnologías.


Equipos instalados según países:



Actualizando datos....................


Situación del Rapid Prototyping en un proceso general:


Actualizando datos................


Avances que ha supuesto para dichas empresas con la tecnología del prototipado rápido

Como avances podría destacar la reducción de plazos de desarrollo de sus productos y reducir costes de desarrollo, evitando errores y obteniendo diseños óptimos en tiempos más cortos.

Voy a poner un ejemplo. Para la obtención de una pieza de inyección, el proceso seguido convencionalmente, era y es todavía en algunos casos:

· Un diseñador plasma la idea mediante un dibujo, normalmente realizado a mano.

· Un maquetista mediante materiales como el yeso, escayola, madera, arcilla, realiza un modelo sólido.

· Plasma los planos en 2D con o sin ayuda de sistemas CAD el modelo aceptado.

· Se pasa el plano al proyectista de moldes y se presupuesta el molde prototipo

· Se proyecta el molde, se mecaniza, se ensambla, se prueba y se inyecta un conjunto de piezas.

· Con estas piezas se hacen los ensayos.

El proceso realizado con modeladores CAD 3D y tecnologías de prototipado rápido nos permite obtener estas primeras piezas en sólo unos días con la ventaja que supone poder realizar en un período muy corto de tiempo un conjunto de iteraciones que nos permitan obtener un diseño óptimo desde todos los puntos de vista de todos los implicados en poner un producto en el mercado, es decir: las personas encargadas del proceso de industrialización, control de calidad, producción, embalaje, distribución y servicios posventa.


Aspectos que evolucionan más en el prototipado rápido

Los principales aspectos hacia los que evoluciona el prototipado rápido son:
Consecución de prototipos con dimensiones mayores y más precisión.
Desarrollo de nuevos materiales que reflejen la realidad de la pieza final. Y, fundamentalmente, desarrollo de tecnologías que permitan directamente, de forma rápida y precisa, obtener herramientas, moldes, utillajes y prototipos de fabricación.


Modalidades de los prototipos

Como hemos comentado antes las tecnologías de RP (Rapid prototyping) nos permiten obtener cualquiera de las modalidades de prototipos que se han expuesto, en un período corto de tiempo que va desde unas horas, a unos pocos días.

Ahora explicaré los diferentes tipos de modalidades:


· Prototipos Conceptuales: Referidos siempre al espacio físico, estos prototipos se utilizan para verificar la bondad de la idea básica del proyecto. Son fundamentalmente elementos de comunicación para los integrantes de un equipo de diseño en las fases más iniciales o de esbozo.

· Prototipos formales: Estos prototipos reproducen básicamente la forma del elemento diseñado. Permiten el análisis de volumen. Estética, interferencias mecánicas con otros elementos del proyecto, métodos de montaje, definición de embalaje, espacios para la manipulación, introducción de herramientas, etc. El aspecto más importante de estos prototipos es por tanto la forma y no el material con el que se han elaborado.

· Prototipos patrón: Los prototipos patrón sirven como paso previo a la obtención de otros prototipos que aporten una mayor aproximación a la realidad. El objetivo de estos prototipos es, por tanto, facilitar su reproducción. El material con el que han sido elaborados es importante en función de la técnica de reproducción que se pretende utilizar. La obtención de prototipos mediante moldeo al vacío por moldes de silicona, por ejemplo, exige un patrón o master que además de reproducir perfectamente la forma y dimensiones, con sus elementos detallados, presente a superficies con acabados lo más parecidos posible al que deberá presentar el producto final, con ángulos que faciliten el desmoldeo, etc. Para la reproducción en metal mediante microfusión, el patrón deberá ser de un material que presente un comportamiento semejante al de la cera, es decir, coeficiente de dilatación prácticamente nulo y combustión sin cenizas o muy bajo punto de fusión.

· Prototipos funcionales: Los prototipos funcionales son los que nos permiten validar o verificar alguna de las funcionalidades de la pieza final. En este caso es más importante que el prototipo tenga unas propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas... razonablemente parecidas a las que se exigen al producto final, a pesar del hecho de reducir aspectos, texturas e incluso formas y dimensiones exactas del producto.

· Prototipos técnicos o reales: Por ultimo, los prototipos reales o técnicos reproducen no sólo la forma y dimensiones, sino que además han de ser realizados en material final y, muy importante en el mundo de los plásticos, también deben obtenerse mediante el proceso final de fabricación. En este caso, los elementos cosméticos del producto no son tan importantes. Las expresiones “buen material” y “buen proceso” definen a los prototipos que aportan resultados con mayores garantías frente a ensayos funcionales reales. Estos prototipos permiten en la mayoría de los casos la homologación de las piezas.



Sectores en los que se aplica el
prototipado rápido:


Hay muchos. El más importante por volumen de facturación es, sin duda, el de la automoción. También destaca el de la herramienta portátil, el pequeño aparato electrodoméstico, el sector eléctrico, telefonía y telecomunicación, Industria Médica-Sanitaria, envases, juguetes, iluminación, hidráulica,... Todo sector industrial que disponga de departamento para el desarrollo de producto es un potencial usuario de estas tecnologías.


Equipos instalados según países:


Actualizndo datos...................................................

Situación del Rapid Prototyping en un proceso general:

Actualizando datos...........................


Avances que ha supuesto para dichas empresas
con la tecnología del prototipado rápido


Como avances podría destacar la
reducción de plazos de desarrollo de sus productos y reducir costes de
desarrollo, evitando errores y obteniendo diseños óptimos en tiempos más cortos.
Voy a poner un ejemplo. Para la obtención de una pieza de inyección, el
proceso seguido convencionalmente, era y es todavía en algunos casos:

· Un diseñador plasma la idea mediante un dibujo, normalmente realizado a mano.

· Un maquetista mediante materiales como el yeso, escayola, madera,
arcilla, realiza un modelo sólido.

· Plasma los planos en 2D con o sin ayuda de sistemas CAD el modelo aceptado.

· Se pasa el plano al proyectista de moldes y se presupuesta el molde prototipo.

· Se proyecta el molde, se mecaniza, se ensambla, se prueba y se inyecta un conjunto de piezas.

· Con estas piezas se hacen los ensayos.



El proceso realizado con modeladores CAD 3D y tecnologías de prototipado rápido nos permite obtener estas primeras piezas en sólo unos días con la ventaja que supone poder realizar en un período muy corto de tiempo un conjunto de iteraciones que nos permitan obtener un diseño óptimo desde todos los puntos de vista de todos los implicados en poner un producto en el mercado, es decir: las personas encargadas del proceso de industrialización, control de calidad, producción, embalaje, distribución y servicios posventa.


Aspectos que evolucionan más en el prototipado rápido

Los principales aspectos hacia los que evoluciona el prototipado rápido son:
Consecución de prototipos con dimensiones mayores y más precisión.
Desarrollo de nuevos materiales que reflejen la realidad de la pieza final. Y fundamentalmente, desarrollo de tecnologías que permitan directamente, de forma rápida y precisa, obtener herramientas, moldes, utillajes y prototipos de fabricación.


Modalidades de los prototipos

Como hemos comentado antes las tecnologías de RP (Rapid prototyping) nos permiten obtener cualquiera de las modalidades de prototipos que se han expuesto, en un período corto de tiempo que va desde unas horas, a unos pocos días.

Ahora explicaré los diferentes tipos de modalidades:


· Prototipos Conceptuales: Referidos siempre al espacio físico, estos prototipos se utilizan para verificar la bondad de la idea básica del proyecto.
Son fundamentalmente elementos de comunicación para los integrantes de un equipo de diseño en las fases más iniciales o de esbozo.

· Prototipos formales: Estos prototipos reproducen básicamente la forma del elemento diseñado. Permiten el análisis de volumen.
Estética, interferencias mecánicas con otros elementos del proyecto, métodos de montaje, definición de embalaje, espacios para la manipulación, introducción de herramientas, etc. El aspecto más importante de estos prototipos es por tanto la forma y no el material con el que se han elaborado.

· Prototipos patrón: Los prototipos patrón sirven como paso previo a la obtención de otros prototipos que aporten una mayor aproximación a la realidad. El objetivo de estos prototipos es, por tanto, facilitar su reproducción. El material con el que han sido elaborados es importante en función de la técnica de reproducción que se pretende utilizar. La obtención de prototipos mediante moldeo al vacío por moldes de silicona, por ejemplo, exige un patrón o master que además de reproducir perfectamente la forma y dimensiones, con sus elementos detallados, presente a superficies con acabados lo más parecidos posible al que deberá presentar el producto final, con ángulos que faciliten el desmoldeo, etc. Para la reproducción en metal mediante microfusión, el patrón deberá ser de un material que presente un comportamiento semejante al de la cera, es decir, coeficiente de dilatación prácticamente nulo y combustión sin cenizas o muy bajo punto de fusión.

· Prototipos funcionales: Los prototipos funcionales son los que nos permiten validar o verificar alguna de las funcionalidades de la pieza final. En este caso es más importante que el prototipo tenga unas propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas... razonablemente parecidas a las que se exigen al producto final, a pesar del hecho de reducir aspectos, texturas e incluso formas y dimensiones
exactas del producto.

· Prototipos técnicos o reales: Por ultimo, los prototipos reales o técnicos reproducen no sólo la forma y dimensiones, sino que además han de ser realizados en material final y, muy importante en el mundo de los plásticos, también deben obtenerse mediante el proceso final de fabricación. En este caso, los elementos cosméticos del producto no son tan importantes. Las expresiones “buen material” y “buen proceso” definen a los prototipos que aportan resultados con mayores
garantías frente a ensayos funcionales reales. Estos prototipos permiten en la mayoría de los casos la homologación de las piezas.




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