Guía de Prototipado Rápido ¿Qué es? Las 6 tecnologías más usadas

Hoy en día el prototipado rápido está en auge en la industria y no es para menos, les ahorra miles de euros en fallos de diseño o testeos de piezas finales y no es tan caro como las empresas piensan.

Existen métodos de prototipado rápido para todas las calidades, necesidades y bolsillos y la gran mayoría tiene disponible una amplia gama de materiales que van desde plásticos, fotopolímeros hasta metales de gran resistencia. Podrás hacer desde un primer prototipo hasta las primeras series cortas de producción.

Desde Bitfab te vamos a contar todo lo que necesitas saber para prototipar en 3D tus productos. ¿Qué es el prototipado rápido? ¿Cuánto cuesta? ¿Qué tecnologías puedo elegir? Te presentamos todo lo que sabemos sobre prototipado rápido, si al final tienes alguna pregunta no dudes en contactar con nuestro servicio técnico para que te asesoremos con tu proyecto.

¿Qué es el prototipado rápido, cuándo se usa y qué aplicaciones tiene?

El prototipado rápido es un proceso mediante el cual creamos objetos con características similares a otros (forma, resistencia mecánica, color) para poder testear nuestro producto antes de sacarlo al mercado de forma fácil y barata.

Su uso suele ser industrial y antes de hacer varias tiradas de productos. Crear un prototipo, por ejemplo, de una pieza metálica para que encaje en un utillaje suele costar unos cientos de euros y horas en el taller. Con el prototipado 3D podemos tener nuestro prototipo listo el mismo día y a menos de la mitad de precio.

Sus aplicaciones son diversas, desde prótesis en medicina o el sector dental, piezas de grande tirada de coches, producción de objetos para marketing o incluso para la fabricación y testeo de piezas en el sector aeroespacial.

Lo mejor de todo es que hoy en día existen tecnologías de fabricación flexible que aúnan el prototipado rápido y las series cortas. Es decir, que usando algunas de las técnicas de las que vamos a hablar en este artículo podrás producir desde el primer prototipo 3D a las primeras tiradas de testeo, producción y comercialización de tu producto. Eligiendo bien las tecnología de fabricación y el con un diseño 3D de producto adaptado puedes saltarte el costoso paso de prototipado a producción.

Prototipado rápido con impresión 3D

La impresión 3D, también conocida como Fabricación Aditiva (Additive Manufacturing) es la técnica más usada para hacer prototipaje rápido. Te presentamos 4 procesos diferentes de impresión 3D para que elijas el más adecuado para fabricar tu prototipo.

Estereolitografía (SLA) y Procesamiento de Luz Selectiva (DLP), impresión 3D en resina

La Estereolitografía o SLA (sterelolitography en inglés), es una técnica de prototipado rápido 3D para la fabricación de piezas a través de resina fotosensible que se cura mediante un haz de luz ultravioleta.

Si en vez de un láser se usa una lámpara ultravioleta para curar la resina, esta tecnología recibe el nombre de Procesamiento de Luz Selectiva (DLP). Ambas tecnologías se basan en los mismos principios y producen piezas muy similares.

La base se introduce en un tanque de resina especial y a medida que va subiendo hacia arriba el haz de luz va solidificando poco a poco la resina en pequeñas capas, creando poco a poco la pieza, la cual tendrá una resolución igual a la altura de capa que tengamos. Posteriormente (y tras retirar el exceso de resina) se deja curando en un horno de luz ultravioleta.

Es prácticamente el doble de cara que la fabricación mediante FDM (que veremos más adelante) pero también tiene el doble de calidad (alrededor de 100 micras por capa o menos). En la actualidad existen impresoras 3D de uso común de este tipo y a pesar de ser un método un tanto ‘engorroso’ es muy barato y los acabados son excelentes. También permite usar materiales especiales resistentes a la temperatura o biocompatibles.

Sinterización por Laser Selectiva (SLS), sin soportes

Esta forma de prototipado 3D, también crea la pieza por capas, pero esta vez a través de la fusión de polvos, los cuales se fundirán, creando un aglomerado muy resistente. El material final será dependiente del tipo de polvos que se usen, pero hay desde materiales metálicos, plásticos, cerámica o incluso cristal.

Para fundir dichos polvos se necesita un haz muy potente láser que los derrita. Dicho haz, a través de un archivo tridimensional generado por ordenador recorre capa por capa el lecho de polvos aglomerándolos y creando el objeto poco a poco. Cuando funde una capa, el lecho genera una nueva capa para fundir.

La característica más popular de este tipo de fabricación es que no tiene necesidad de soportes en las piezas, ya que el propio lecho de polvo hace de soporte de la pieza. Una vez acabe el sinterizado, dicha pieza se sacará de la cubeta, retirando todo el polvo de material que tenía alrededor y dejando una pieza perfectamente acabada.

Su tolerancia de fabricación está también entre 75 y 100 micras, similar a la fabricación SLA, pero sin la incomodidad de los soportes. El acabado de las piezas sin embargo es rugoso y poroso en vez de completamente liso.

Dentro del SLS la técnica más extendida es la fabricación con polvo de poliamida (nylon). Esta es una tecnología que se adapta muy bien a la fabricación de series cortas y piezas funcionales porque es una de las más económicas dentro de la impresión 3D y porque permite obtener piezas muy resistentes.

Deposición de Material Fundido (FDM), prototipado rápido de impresión 3D

Esta técnica de prototipado por impresión 3D es una de las técnicas más usadas en general y es que el 99% de las impresoras 3D para usuarios tiene este mecanismo de fabricación. El material termoplástico va enrollado en una bobina en forma de un fino filamento de 1,75mm (también puede ser de 3mm).

Dicho filamento se funde en una parte de la impresora llamada ‘hotend‘ y se extruye a través de una boquilla que puede ir de los 0,3mm a 1mm. Dicho cabezal, mientras se va moviendo en los tres ejes del espacio deposita el filamento sobre una base y poco a poco va creando la pieza. El grosor de capa mínimo en este tipo de impresoras es de 0,1mm aunque se suele usar 0,2mm.

Los materiales que se suelen utilizar en FDM son: PLA (Ácido poliláctico), ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno), PETG (Una variante glicolada del PET), ASA, Nylon o TPU/TPE (filamento flexible). Acoplada con un doble extrusor este tipo de impresoras 3D pueden imprimir soportes solubles para poder quitarlos fácilmente sin que peligre la calidad de la pieza. De hecho, desde Bitfab la hemos utilizado hasta para hacer biomodelos de órganos humanos para ayudar a planificar cirugías.

El FDM es la tecnología de prototipado rápido más económica, apta desde los primeros prototipos hasta tiradas de producción de componentes funcionales. Sus mayores limitaciones son el acabado y la resistencia de las piezas resultantes. Si diseñas tus productos para impresión 3D (tenemos una guía para ello) y superas estos obstáculos, puede ser una tecnología de fabricación flexible muy potente.

Inyección triple o Polyjet, la revolución multicolor

El Polyjet o Inyección triple es un proceso que permite la creación de objetos combinando diferentes materiales y colores a través de la combinación de la tecnología Inkjet y el uso de foto-polímeros dos materiales se solidifican al contacto con la luz ultravioleta, lo más sorprendente es que no tiene necesidad de crear capas como los otros modelos anteriores.

Las cabezas de impresión poseen cada una decenas de boquillas que proyectan micro-gotas de materia sobre una plataforma de fabricación. Durante cada proyección de capa, una luz ultravioleta es emitida y solidifica la materia que creará el producto final.

Lo mejor de todo es que la pieza final no necesita ninguna etapa de postprocesado (cocido, lijado o pulido). Para la creación de geometrías complejas, un material de soporte (un gel fácil a retirar manualmente o con agua) es ajustado en uno de los cabezales de impresión. Las piezas impresas con Polyjet, sin embargo, no son funcionales, sino que están destinadas a ser prototipos estéticos.

Prototipado rápido con corte láser

El corte láser es una de las tecnologías más flexibles para prototipado y que se suele pasar por alto. Si una pieza se puede cortar con láser a partir de planchas de madera, plástico o metal seguramente el corte láser será el método de fabricación más económico.

El láser tiene a su favor la gran variedad de materiales que se pueden procesar: madera, tela, plásticos opacos, traslúcidos, bicapa y metales (aluminio, acero, etc.). En el caso de los metales, las piezas se pueden posteriormente plegar para obtener geometrías mucho más complejas. La combinación de corte láser y plegado es una de las más flexibles y económicas para desarrollar nuestros productos, y es adecuada desde un prototipo hasta para la producción en masa.

Si te interesa probarlo puedes probar nuestro servicio de corte láser y materializar tus prototipos con una de las tecnologías más versátiles y económicas.

Una de las ventajas del láser como método de prototipado rápido es que se puede usar el mismo diseño para las piezas de producción. Mediante corte con láser se pueden realizar tiradas de varios cientos o miles de piezas y por tanto no será necesario modificar nuestros producto ni buscar nuevos proveedores para empezar a comercializarlo.

Prototipado rápido con CNC

El CNC o mecanizado es una de las tecnologías de prototipado rápido que llevan años existiendo. Es una tecnología tradicional que consiste en quitar material de un bloque inicial del material de la pieza (generalmente metal) para obtener la forma deseada.

Se pueden mecanizar piezas en plazos de semanas y por eso lo hemos incluido en esta lista, pero no es una tecnología tan flexible ni con los plazos de entrega urgentes que se suelen obtener con impresión 3D o corte láser.

El CNC a veces es la única opción cuando quieres piezas de metal (la impresión 3D en metal suele tener costes muy altos para la mayoría de las piezas), pero tiene la desventaja de que suele ser más caro que la impresión 3D a menos que se trate de tiradas largas de producción.

¿Cuánto cuesta el prototipado rápido de un objeto?

El coste del prototipo depende de la tecnología que estemos utilizando y del tamaño y complejidad de este, ya que no es lo mismo una máquina de prototipado FDM que ocupa como mucho 1m de alto que una máquina SLS que puede ocupar una habitación entera.

Para que te hagas una idea una pieza del tamaño de una taza en FDM puede rondar los 15-20€, mientras que, si lo hacemos en SLS, podría subirse a los 100€ perfectamente. Por otro lado, si en vez de una taza hiciéramos una maqueta de un corazón (más compleja y con recovecos), el precio podría doblarse o triplicarse en ambas tecnologías

Después hay que contar el material. Una cama de lecho de polvo metálico cuesta más que una de polvo plástico, al igual que una bobina de filamento PLA cuesta cuatro veces menos que una de fibra de carbono.

Si tienes curiosidad sobre cuánto cuesta imprimir en 3D tu prototipo en Bitfab podemos ayudarte. Puedes pedirnos presupuesto haciendo click en el botón de contacto:

Tipos de prototipado rápido en la industria

Prototipado rápido de diseño

Este tipo de prototipado rápido sirve para ver cómo va a quedar estéticamente el producto: curvaturas, líneas rectas, orificios que pueden quedar mal, pero no únicamente en un sentido visual, sino también ergonómico.

Esto último significa que el productor hará testeos con usuarios (ya sea voluntarios o contratados) para ver cómo usan su producto y si les es cómodo hacerlo. Aplicable desde por ejemplo un ratón de ordenador con el que el usuario interactúa hasta productos con una gran carga de diseño 3D que la empresa quiere ver en directo antes de tomar la decisión de fabricación.

En los prototipos de diseño más exigentes tiene una gran importancia el postprocesado de la pieza para lograr acabados y texturas que reproduzcan de la mejor manera el objeto real.

Prototipado rápido de geometría

Este tipo de prototipado hace referencia a un uso espacial y puramente geométrico. Esto quiere decir que los fabricantes lo usarán cuando quieran ver acoples de unos objetos dentro de otros, si hay concordancia geométrica o simplemente la forma.

Es muy útil en el ajuste de tolerancias de fabricación, ya que dos productos conectados tienen que tener un ‘juego’ para poder encajarse uno en otro. Este punto es vital tenerlo controlado ya que sino un % del lote podría ser simplemente inservible con las pérdidas que ello representa.

Prototipado rápido funcional

El prototipado funcional hace referencia única y exclusivamente al uso que se va a dar al futuro objeto, el cual puede fabricarse en pequeños lotes o en grandes producciones. Tiene mucho que ver con el prototipado de diseño ya que uno de sus factores más determinantes es la ergonomía.

También se suele utilizar en la creación de mecanismos, para poder ver si realmente cumplen con las expectativas de movimiento o encaje esperados antes de desarrollar el producto o utillaje final el cual suele ser bastante más caro.

Prototipado rápido técnico

Finalmente está el prototipado tipo técnico que se usa para ver todas las funciones que va a tener nuestra pieza de producción final. Con él ya se harán las pruebas finales de producto y se afinará las veces que sea necesario, siendo siempre este parte de la etapa final de diseño.

Están constituidos por varias piezas y la calidad del prototipado suele ser mejor, debido a que es el que más se tiene que ajustar a las propiedades tanto estéticas como mecánicas del producto final. Este último punto es muy importante, y si no se pudiera llevar directamente a cabo (por la diferencia de material entre prototipo y producto final) se extrapolarían sus propiedades mediante fórmulas matemáticas.

Ventajas y Desventajas del Prototipado Rápido, cuándo recurrir a él

[✔] Te permite probar tus diseños rápidamente

Esta es la ventaja principal del prototipado rápido: las esperas. Mientras que cuando mecanizamos tenemos que esperar a que el taller lo haga (días de espera) además del sobrecoste generado, una pieza hecha en prototipado rápido puede estar el mismo día en tu mesa.

[✔] Ideal para negocios a demanda y objetos grandes

Actualmente hay empresas dedicadas solo a hacer maquetas grandes o tiradas de pequeños productos ya que el prototipo suele ser tan estable y bien hecho que puede servir él mismo como producto final o método de fabricación en tiradas bajas

[✔] Perfecto para la creación de objetos complejos

El mecanizado o el moldeo por inyección suele tener muchos hándicaps como la creación de redondeos o huecos internos. Con el prototipado 3D convencional esto se acaba, puedes fabricar lo que quieras y de la forma que quieras, dejando de lado el CAM y centrándote en el CAD.

[X] No sirven para producciones grandes

El prototipado rápido tiene una desventaja: a largo plazo y con producciónes grandes no se amortiza. Si vas a fabricar muchas piezas de plástico es mejor que recurras a la inyección de plástico que a la impresión 3D, no obstante el testeo inicial sí que debe ser con esta segunda.

[X] A veces hay que extrapolar las propiedades mecánicas

Hay veces que tenemos piezas que no pueden fabricarse directamente con prototipado rápido, sobre todo porque ese material es incompatible con el mismo. Para ello habrá que recurrir a fórmulas matemáticas para extrapolar propiedades mecánicas de nuestro prototipo a la pieza final.

¿Qué te ha parecido nuestra guía sobre prototipado rápido?

En primer lugar, queríamos darte la enhorabuena por llegar hasta aquí, pocos lo hacen, y pedirte que nos dejes en la caja de comentarios qué te ha parecido el artículo. Desde Bitfab tenemos muy en cuenta la opinión de nuestros lectores y nos encantaría saber la tuya.

Prototipar en 3D es algo que las empresas deben plantearse algún día antes de hacer una nueva tirada de producto, y estar asesorado por un buen equipo de personas puede ahorrarnos mucho dinero y muchos dolores de cabeza.

Ahora solo te queda decidirte por una, pasarnos tu archivo 3D (o pedir presupuesto para que te lo hagamos nosotros) y empezar a crear los nuevos prototipos de tus productos.

Una vez más, gracias por llegar hasta aquí. Nos vemos en el siguiente post.