Un prototipo es el primer ejemplar que se fabrica de un producto, sirviendo como punto de partida para llevar a cabo las modificaciones necesarias, como modelo para replicar o como matriz para producir un molde.
Así, el prototipado es un proceso experimental a través del cual los equipos de diseño pueden materializar sus ideas. El prototipado es un proceso de gran utilidad en diversos sectores, permitiendo realizar iteraciones hasta alcanzar el resultado deseado.
Imagen 1: Prototipo de casco impreso en 3D con Raise Pro2 Plus. Fuente: KIDO Sports.
Existen varios tipos de prototipado de productos con distintas funciones:
- Prototipos de baja fidelidad: Los prototipos de baja fidelidad se pueden llevar a cabo en un periodo corto de tiempo, con gran inmediatez, y actúan como modelo de estudio, permitiendo analizar distintos aspectos para realizar las modificaciones pertinentes en el modelo antes de llegar al diseño final del producto.
- Prototipos de diseño: Los prototipos de diseño se llevan a cabo con el objetivo de validar el diseño del producto.
- Prototipos geométricos: Este tipo de prototipo se produce para comprobar la geometría del producto y modificarla en caso de que sea necesario.
- Prototipos funcionales: Estos prototipos se llevan a cabo para analizar el comportamiento de los materiales utilizados y para testear la funcionalidad del producto.
- Prototipos técnicos: En este caso, el prototipo se utiliza como modelo de estudio global, permitiendo analizar todas sus prestaciones.
- Prototipos de alta fidelidad: Consisten en la fabricación de un prototipo idéntico al producto final. Es muy recomendable llevar a cabo este tipo de prototipos antes de realizar la producción en serie de un producto.
Actualmente existen diversos procesos para la fabricación de prototipos, como puede ser el mecanizado CNC, el moldeo por inyección, o la impresión 3D.
Prototipado rápido
La impresión 3D se relaciona directamente con el prototipado rápido por la inmediatez que ofrece este método de fabricación y las diversas posibilidades que ofrece según la tecnología empleada y los materiales utilizados, por lo que es un método de fabricación muy utilizado para la elaboración de prototipos de baja fidelidad.
Vídeo 1: Prototipado rápido de DLimit. Fuente: BCN3D.
El prototipado rápido mediante impresión 3D tiene como objetivo la fabricación de modelos para testear uno o varios aspectos del producto y así poder modificarlo en caso de ser necesario de forma ágil e inmediata hasta llegar al diseño final asegurando tanto la forma como la funcionalidad del producto.
Para la fabricación de prototipos mediante impresión 3D se debe tener en cuenta qué tecnología es la más adecuada. Cada tecnología cuenta con ventajas e inconvenientes, por lo que es necesario conocer los fundamentos en los que se basa su funcionamiento así como sus limitaciones para encontrar la más adecuada para cada necesidad.
Las tecnologías de impresión 3D más extendidas son:
- La deposición de material fundido (FDM)
- La fotopolimerización selectiva de resinas (SLA)
- El sinterizado selectivo por láser (SLS)
A continuación se puede apreciar una tabla de comparación entre ellas:
| Característica | FDM | SLA | SLS |
|---|---|---|---|
| Material utilizado | Termoplásticos | Resina fotopolimerizable | Termoplásticos |
| Variedad de materiales | Muy alta | Media | Baja |
| Inmediatez | Muy alta | Media | Baja |
| Precisión | Baja | Media | Alta |
| Tolerancia general | ±0.5% (límite inferior ±0.5 mm) | ±0.5% (límite inferior ±0.15 mm) | ±0.3% (límite inferior ±0.3 mm) |
| Soportes | >45º | Siempre | Nunca |
Tabla 1: Comparativa entre distintas tecnologías de impresión 3D. Fuente: Filament2print.
Para ver con más profundidad las características y limitaciones de cada tecnología, se recomienda leer el artículo “Cómo escoger la tecnología más adecuada: FDM, SLA y SLS”.
Algunas de las ventajas que ofrece el prototipado mediante impresión 3D son:
Rapidez: Según la tecnología de impresión 3D utilizada, la velocidad de producción será mayor o menor, pero la impresión 3D resulta, en general, un método de fabricación que ofrece inmediatez.
Ahorro de costes y recursos: Dependiendo de la complejidad de la pieza y los materiales utilizados, el uso de impresión 3D para el prototipado de piezas puede suponer un gran ahorro de costes y recursos si se compara con otros métodos de fabricación tradicionales.
Sostenibilidad: Al contar con un equipo de impresión 3D en las instalaciones de producción de la propia empresa, los prototipos se producen de forma local, lo que reduce la huella de carbono producida en comparación con la fabricación externa. Además, en muchas ocasiones es posible trabajar con materiales biodegradables, reciclados o reciclables y, por la propia naturaleza del método de fabricación, se minimizan los residuos y la merma de material.
Del prototipado a la fabricación
Inicialmente la impresión 3D solo se utilizaba para la fabricación de prototipos. Sin embargo, actualmente también se utiliza como un método de fabricación más. Esto se debe principalmente a dos factores:
Desarrollo de materiales
Uno de los factores que posibilitan la fabricación de pequeñas tiradas de piezas finales con impresión 3D es el desarrollo de materiales que permiten a cabo aplicaciones para entornos exigentes gracias a sus propiedades mecánicas o a propiedades específicas.
Un ejemplo de ello son los materiales ESD, disponibles en formato de filamento, polvo e incluso resina, y que permiten fabricar productos con protección ante descargas electroestáticas.
Avances en tecnologías de impresión 3D
Gracias a los avances acontecidos en los últimos años y a la labor de I+D de fabricantes de equipos, las características que ofrecen las impresoras 3D han mejorado notablemente, hasta el punto de poder fabricar piezas de gran complejidad con calidad industrial.
Todas las tecnologías de impresión 3D han avanzado considerablemente. Un ejemplo de ello son las impresoras 3D SLA de FormLabs para el sector médico y dental, Form 3B+ y Form 3BL, que pueden imprimir en 3D materiales biocompatibles; o las impresoras 3D SLS de Sinterit, que pueden fabricar piezas de gran complejidad sin la necesidad de utilizar soportes, contando además con modelos de equipos con formato desktop como Lisa, Lisa Pro o Lisa X.
Imagen 3: Fabricación de productos finales para el sector dental. Fuente: FormLabs.
Sin duda, la fabricación mediante impresión 3D permite a usuarios profesionales producir prototipos e incluso piezas finales de calidad industrial, siendo actualmente uno de los métodos de fabricación más utilizado para prototipado rápido en multitud de sectores. Gracias a la variedad de tecnologías, equipos y materiales, es posible encontrar soluciones para casi cualquier aplicación.
