Hoje a prototipagem rápida está a crescer na indústria e não é para menos, poupa-nos milhares de euros em falhas de design ou testagem de peças finais e não é tão cara como as empresas pensam.
Existem métodos de prototipagem rápida para todas as qualidades, necessidades e bolsos, e a grande maioria tem uma ampla variedade de materiais disponíveis, que vão desde plásticos, foto polímeros a metais de alta resistência. Poderás fazer desde um primeiro protótipo até às primeiras séries curtas de produção.
Na Bitfab, vamos contar-te tudo o que precisas saber para criar um protótipo em 3D dos teus produtos. O que é prototipagem rápida? Quanto custa? Que tecnologias posso escolher? Apresentamos-te tudo o que sabemos sobre prototipagem rápida, se no final tiveres alguma dúvida, não hesites em contatar o nosso serviço técnico para que te possamos aconselhar no teu projeto.
O que é a prototipagem rápida, quando se utiliza e que aplicações tem?
A prototipagem rápida é um processo pelo qual criamos objetos com características semelhantes a outros (forma, resistência mecânica, cor) para poder testar o nosso produto antes de colocá-lo no mercado de forma fácil e barata.
A sua utilização é geralmente industrial e antes de fazer várias tiragens do produto. Criar um protótipo, por exemplo, de uma peça metálica para que encaixe numa ferramenta costuma custar algumas centenas de euros e horas na oficina. Com a prototipagem 3D, podemos ter o nosso protótipo pronto no mesmo dia e por menos da metade do preço.
As suas aplicações são diversas, desde próteses em medicina ou no setor dental, peças de grande tiragem para carros, produção de objetos para marketing ou mesmo para a fabricação e teste de peças no setor aeroespacial.
O melhor de tudo é que hoje em dia existem tecnologias de fabricação flexíveis que combinam a prototipagem rápida e tiragens curtas. Ou seja, usando algumas das técnicas das quais falaremos neste artigo, poderás produzir desde o primeiro protótipo 3D até as primeiras tiragens de teste, produção e comercialização do teu produto. Escolhendo bem a tecnologia de fabricação e com um design 3D de produto adaptado é possível saltar do custoso passo da prototipagem à produção.
Prototipagem rápida com impressão 3D
A impressão 3D, também conhecida como Manufatura Aditiva (Additive Manufacturing), é a técnica mais amplamente utilizada para fazer prototipagem rápida. Mostramos-te 4 processos diferentes de impressão 3D para que escolhas o mais adequado para fabricar o teu protótipo.
Estereolitografia (SLA) e Processamento de Luz Seletiva (DLP), impressão 3D em resina
A Estereolitografia ou SLA (sterelolitography em inglês), é uma técnica de prototipagem rápida 3D para a fabricação de peças através de resina fotossensível que é curada mediante um feixe de luz ultravioleta.
Se, em vez de um laser, se utilizar uma lâmpada ultravioleta para curar a resina, esta tecnologia recebe o nome de Processamento de Luz Seletiva (DLP). Ambas tecnologias baseiam-se nos mesmos princípios e produzem peças muito semelhantes.
A base é introduzida num tanque de resina especial e à medida que vai subindo o feixe de luz a resina vai-se solidificando em pequenas camadas, formando gradualmente a peça, que terá uma resolução igual à altura da camada que tenhamos. Posteriormente (e após remover o excesso de resina), deixa-se a curar num forno de luz ultravioleta.
É quase duas vezes mais cara do que a fabricação mediante FDM (que veremos mais à frente), mas também tem o dobro da qualidade (à volta de 100 mícrones por camada ou menos). Atualmente, existem impressoras 3D de uso comum deste tipo e, apesar de ser um método um tanto ou quanto ‘fastidioso’, é muito barato e os acabamentos são excelentes. Também permite a utilização de materiais especiais resistentes à temperatura ou biocompatíveis.
Sinterização por Laser Seletivo (SLS), sem suportes
Esta forma de prototipagem 3D também cria a peça por camadas, mas desta vez através da fusão de pós, os quais de fundirão, criando um aglomerado muito resistente. O material final dependerá do tipo dos pós que se utilizem, mas existem materiais metálicos, plásticos, cerâmicos ou até mesmo de vidro.
Para fundir ditos pós é necessário um feixe de laser muito potente para derretê-los. O referido feixe, através de um ficheiro tridimensional gerado por um computador, recorre camada por camada pelo leito de pó, aglomerando-os e criando o objeto aos poucos. Quando funde uma camada, o leito gera uma nova camada para fundir.
A característica mais popular deste tipo de fabricação é que não tem necessidade de suportes nas peças, uma vez que o próprio leito de pó atua como um suporte para a peça. Terminada a sinterização, a referida peça será retirada do balde, retirando todo o pó de material que estava à sua volta e deixando uma peça perfeitamente acabada.
A sua tolerância de fabricação está também entre 75 e 100 mícrones, semelhante à fabricação de SLA, mas sem a incomodidade dos suportes. O acabamento das peças, no entanto, é áspero e poroso em vez de completamente liso.
Dentro do SLS a técnica mais difundida é a fabricação com pó de poliamida (nylon). Trata-se de uma tecnologia que se adapta muito bem à fabricação de pequenas séries e peças funcionais, porque é uma das mais económicas na impressão 3D e porque permite a obtenção de peças muito resistentes.
Deposição de Material Fundido (FDM), prototipagem de impressão 3D rápida
Esta técnica de prototipagem de impressão 3D é uma das técnicas mais utilizadas em geral porque 99% das impressoras 3D para utilizadores pessoais possuem este mecanismo de fabricação. O material termoplástico está enrolado numa bobina em forma de um fino filamento de 1,75mm (também pode ser de 3mm).
Dito filamento funde-se numa parte da impressora chamada ‘hotend‘ e é extrudado através de um bico que pode variar de 0,3mm a 1mm. A dita cabeça, ao mover-se nos três eixos do espaço, deposita o filamento sobre uma base e aos poucos vai criando a peça. A espessura mínima da camada neste tipo de impressora é de 0,1mm, embora normalmente se costuma utilizar 0,2mm.
Os materiais que se costumam utilizar em FDM são: PLA (Ácido polilático), ABS (Acrilonitrila Butadieno Estireno), PETG (Uma variante glicólica do PET), ASA, Nylon ou TPU/TPE (filamento flexível). Acoplado a uma extrusora dupla, este tipo de impressoras 3D podem imprimir suportes solúveis para que sejam facilmente removidos sem comprometer a qualidade da peça. Na verdade, na Bitfab, até o usamos para fazer biomodelos de órgãos humanos para ajudar na planificação de cirurgias.
O FDM é a tecnologia de prototipagem rápida mais económica, apta desde os primeiros protótipos até à produção de componentes funcionais. As suas maiores limitações são o acabamento e a resistência das peças resultantes. Se projetas os teus produtos para impressão 3D e superar estes obstáculos, pode ser uma tecnologia de fabricação flexível muito poderosa.
Injeção tripla ou Polyjet, a revolução multicolor
O Polyjet ou injeção tripla é um processo que permite a criação de objetos combinando diferentes materiais e cores através da combinação da tecnologia Inkjet e a utilização de foto polímeros, dois materiais solidificam-se em contato com a luz ultravioleta, o mais surpreendente é que não tem a necessidade de criar camadas como os outros modelos anteriores.
As cabeças de impressão possuem dezenas de bicos que projetam micro gotas de material sobre uma plataforma de construção. Durante a projeção de cada camada, uma luz ultravioleta é emitida e solidifica a matéria que dará origem ao produto final.
O melhor de tudo é que a peça final não precisa de nenhuma etapa de pós-processamento (cozimento, lixado ou polimento). Para a criação de geometrias complexas, um material de suporte (um gel fácil de remover manualmente ou com água) é ajustado numa das cabeças de impressão. As peças impressas com Polyjet, no entanto, não são funcionais, mas estão destinadas a serem protótipos estéticos.
Prototipagem rápida com corte laser
O corte a laser é uma das tecnologias mais flexíveis para prototipagem e frequentemente esquecida. Se uma peça pode ser cortada a laser a partir de placas de madeira, plástico ou metal, o corte a laser certamente será o método de fabricação mais económico.
O laser tem a seu favor a grande variedade de materiais que se podem processar: madeira, tecido, plásticos opacos e translúcidos, camada dupla e metais (alumínio, aço, etc.). No caso dos metais, as peças podem ser dobradas posteriormente para obter geometrias muito mais complexas. A combinação de corte a laser e dobragem é uma das mais flexíveis e económicas para desenvolver os nossos produtos, e é adequada desde um protótipo até à produção em massa.
Se te interessa em experimentá-lo, experimenta o nosso serviço de corte a laser e materializa os teus protótipos com uma das tecnologias mais versáteis e económicas.
Uma das vantagens do laser como método de prototipagem rápida é que se pode utilizar o mesmo design para as peças de produção. Através do corte a laser podem ser feitas tiragens de várias centenas ou milhares de peças e, portanto, não será necessário modificar o nosso produto nem procurar novos fornecedores para começar a comercializá-lo.
Prototipagem rápida com CNC
O CNC ou usinagem é uma das tecnologias de prototipagem rápida que existem há anos. É uma tecnologia tradicional que consiste em retirar material de um bloco inicial de material da peça (geralmente metal) para obter a forma desejada.
As peças podem ser usinadas em semanas e é por isso que a incluímos nesta lista, mas não é uma tecnologia tão flexível nem com os prazos de entrega urgentes que normalmente se obtêm com impressão 3D ou corte a laser.
O CNC às vezes é a única opção quando queres peças de metal (a impressão 3D em metal costuma ter custos muito altos para a maioria das peças), mas tem a desvantagem de que geralmente é mais cara do que a impressão 3D, a menos que se trate de tiragens longas de produção.
Quanto custa a prototipagem rápida de um objeto?
O custo do protótipo depende da tecnologia que estamos a utilizar e do seu tamanho e complexidade do mesmo, já que uma máquina de prototipagem FDM que ocupa no máximo 1m de altura não é o mesmo que uma máquina SLS que pode ocupar uma divisão inteira.
Para que tenhas uma ideia, uma peça do tamanho de uma chávena em FDM pode rondar os 15-20€, enquanto que, se o fizermos em SLS, pode ir até aos 100€ perfeitamente. Por outro lado, se em vez de uma chávena fizéssemos um modelo de coração (mais complexo e com recortes e recantos), o preço poderia dobrar ou triplicar em ambas tecnologias.
Depois há que contar o material. Uma cama de leito de pó de metal custa mais do que uma de pó de plástico, assim como uma bobina de filamento de PLA custa quatro vezes menos do que uma de fibra de carbono.
Se tens curiosidade para saber quanto custa imprimir em 3D o teu protótipo na Bitfab, podemos ajudar-te. Podes pedir-nos um orçamento clicando no botão de contato:
Tipos de prototipagem rápida na indústria
Prototipagem rápida de design
Este tipo de prototipagem rápida serve para ver como o produto ficará esteticamente: curvaturas, linhas retas, orifícios que podem ficar mal, mas não apenas no sentido visual, mas também no sentido ergonómico.
O último significa que o produtor fará testes com os utilizadores (sejam voluntários ou contratados) para ver como usam o seu produto e se lhes é cómodo fazê-lo. Aplicável a partir, por exemplo, de um rato de computador com o qual o utilizador interage até produtos com uma grande carga de design 3D que a empresa deseja ver ao vivo antes de tomar a decisão de fabricação.
Nos protótipos de design mais exigentes, o pós-processamento da peça é de grande importância para obter acabamentos e texturas que melhor reproduzam o objeto real.
Prototipagem rápida de geometria
Este tipo de prototipagem refere-se a um uso espacial e puramente geométrico. Isto significa que os fabricantes irão utilizá-lo quando quiserem ver encaixes de alguns objetos dentro de outros, se houver concordância geométrica ou simplesmente a forma.
É muito útil para ajustar as tolerâncias de fabricação, pois dois produtos conectados precisam de ter uma ‘folga’ para se poderem encaixar. Este ponto é vital para tê-lo controlado, caso contrário, uma % do lote poderia ser simplesmente inútil com as perdas que isto representa.
Prototipagem rápida funcional
A prototipagem funcional refere-se única e exclusivamente ao uso que será dado ao objeto futuro, que pode ser fabricado em pequenos lotes ou em grandes produções. Tem muito a ver com a prototipagem de design, já que um dos seus fatores mais determinantes é a ergonomia.
Também é muito utilizado na criação de mecanismos, para poder ver se realmente cumprem às expectativas de movimento ou encaixe esperados antes de desenvolver o produto ou ferramenta final, que geralmente é muito mais caro.
Prototipagem rápida técnica
Finalmente, existe a prototipagem de tipo técnico que é usada para ver todas as funções que terá a nossa peça de produção final. Com ele, vão-se realizar os testes finais do produto e se afinarão quantas vezes forem necessárias, sempre fazendo parte da etapa final de projeto.
Estão constituídas por várias peças e a qualidade da prototipagem costuma ser melhor, pois é a que mais se deve ajustar às propriedades estéticas e mecânicas do produto final. Este último ponto é muito importante, e se não pudesse ser realizado diretamente (devido à diferença de material entre o protótipo e o produto final) as suas propriedades seriam extrapoladas mediante fórmulas matemáticas.
Vantagens e Desvantagens da Prototipagem Rápida, quando recorrer a ela
[✔] Permite-lhe testar rapidamente os seus designs
Esta é a principal vantagem da prototipagem rápida: a espera. Enquanto que na usinagem temos que esperar que a oficina o faça (dias de espera) além do custo extra gerado, uma peça feita em prototipagem rápida pode estar na tua mesa no mesmo dia.
[✔] Ideal para negócios a pedido e objetos grandes
Atualmente existem empresas que se dedicam apenas a fazer maquetes grandes ou tiragens de pequenos produtos, já que o protótipo é geralmente tão estável e bem feito que pode servir como produto final ou método de fabricação em tiragens baixas
[✔] Perfeito para a criação de objetos complexos
A usinagem ou a moldagem por injeção geralmente apresentam muitas desvantagens, como a criação de arredondados ou lacunas internas. Com a prototipagem 3D convencional, isto acabou, podes fabricar o que quiseres e da maneira que quiseres, deixando o CAM de lado e concentrando-te no CAD.
[X] Não servem para produções grandes
A prototipagem rápida tem uma desvantagem: a longo prazo e com grandes produções, não compensa. Se vais fabricar muitas peças de plástico, é melhor recorrer à injeção de plástico do que à impressão 3D, porém o teste inicial deve ser com esta última.
[X] Às vezes há que extrapolar as propriedades mecânicas
Há momentos em que temos peças que não podem ser fabricadas diretamente com prototipagem rápida, principalmente porque esse material é incompatível com ela. Para isso, teremos que recorrer a fórmulas matemáticas para extrapolar as propriedades mecânicas do nosso protótipo para a peça final.
O que achaste do nosso guia de prototipagem rápida?
Em primeiro lugar, gostaríamos de dar-te os parabéns por teres chegado até aqui, poucos o fazem, e pedir-te que deixes na caixa de comentários o que achaste do artigo. Na Bitfab temos muito em conta a opinião dos nossos leitores e adoraríamos ouvir a tua.
A prototipagem em 3D é algo que as empresas devem considerar algum dia antes de fazer uma nova tiragem de produto, e ser aconselhados por uma boa equipa de pessoas pode-nos fazer poupar muito dinheiro e muitas dores de cabeça.
Agora só falta decidir-te por uma, dar-nos o teu ficheiro 3D (ou pedir um orçamento para que o façamos nós mesmos) e começar a criar os novos protótipos dos teus produtos.
Uma vez mais, obrigado por chegares até aqui. Vemo-nos no seguinte post.