Um protótipo é o primeiro exemplo de um produto a ser fabricado, servindo como ponto de partida para a realização das modificações necessárias, como modelo a replicar ou como matriz a produzir um molde.
Assim, a prototipagem é um processo experimental através do qual as equipas de design podem materializar as suas ideias. A prototipagem é um processo muito útil em vários sectores, permitindo a realização de iterações até que o resultado desejado seja alcançado.
Imagem 1: Protótipo de capacete impresso em 3D com Raise Pro2 Plus. Fonte: KIDO Sports.
Existem vários tipos de protótipos de produtos com diferentes funções:
- Protótipos de baixa fidelidade: Os protótipos de baixa fidelidade podem ser realizados num curto período de tempo, com grande imediatismo, e funcionar como modelo de estudo, permitindo analisar diferentes aspectos a fim de fazer as modificações necessárias ao modelo antes de chegar ao desenho do produto final..
- Protótipos de design: Os protótipos de design são realizados com o objectivo de validar o design do produto.
- Protótipos geométricos: Este tipo de protótipo é produzido para verificar a geometria do produto e modificá-lo se necessário.
- Protótipos funcionais: Estes protótipos são realizados para analisar o comportamento dos materiais utilizados e para testar a funcionalidade do produto.
- Protótipos técnicos: Neste caso, o protótipo é utilizado como modelo de estudo global, permitindo que todos os seus desempenhos sejam analisados.
- Protótipos de alta fidelidade: Consistem no fabrico de um protótipo idêntico ao produto final. É altamente recomendada a realização deste tipo de prototipagem antes de se proceder à produção em massa de um produto.
Actualmente existem vários processos de prototipagem, tais como maquinação CNC, moldagem por injecção, ou impressão 3D.
Prototipagem rápida
A impressão em 3D está directamente relacionada com a prototipagem rápida devido ao imediatismo oferecido por este método de fabrico e às várias possibilidades que oferece em função da tecnologia utilizada e dos materiais utilizados, tornando-o um método de fabrico amplamente utilizado para a prototipagem de baixa fidelidade.
Vídeo 1: Prototipagem rápida do DLimit. Fonte: BCN3D.
A prototipagem rápida utilizando a impressão 3D visa fabricar modelos para testar um ou mais aspectos do produto e assim poder modificá-lo, se necessário, de forma ágil e imediata até que o desenho final seja alcançado, assegurando tanto a forma como a funcionalidade do produto.
Para o fabrico de protótipos utilizando a impressão 3D, deve ser tida em conta qual a tecnologia mais adequada. Cada tecnologia tem vantagens e desvantagens, pelo que é necessário conhecer os fundamentos em que se baseia o seu funcionamento, bem como as suas limitações, a fim de encontrar o mais adequado para cada necessidade.
As tecnologias de impressão 3D mais difundidas são as seguintes:
- Deposição de material fundido (FDM)
- Cura selectiva de resinas por luz (SLA)
- Sinterização selectiva a laser (SLS)
Uma tabela comparativa entre eles pode ser vista abaixo:
| Característica | FDM | SLA | SLS |
|---|---|---|---|
| Material utilizado | Termoplásticos | Resina fotopolimerizável | Termoplásticos |
| Variedade de materiais | Muito alta | Media | Baixa |
| Imediatariedade | Muito alta | Media | Baixa |
| Precisão | Baixa | Media | Alta |
| Tolerância geral | ±0.5% (limite inferior ±0,5 mm) | ±0.5% (limite inferior ±0.15 mm) | ±0.3% (limite inferior ±0.3 mm) |
| Suportes | >45º | Sempre | Nunca |
Quadro 1: Comparação entre diferentes tecnologias de impressão 3D. Fonte: Filament2print.
Para uma análise mais aprofundada das características e limitações de cada tecnologia, recomendamos a leitura do artigo "Como escolher a tecnologia certa: FDM, SLA e SLS".
Algumas das vantagens oferecidas pela prototipagem de impressão 3D são:
Velocidade: Dependendo da tecnologia de impressão 3D utilizada, a velocidade de produção será maior ou menor, mas a impressão 3D é, em geral, um método de fabrico que oferece imediatismo.
Economia de custos e recursos: Dependendo da complexidade da peça e dos materiais utilizados, a utilização da impressão em 3D para peças de prototipagem pode conduzir a economias significativas de custos e recursos em comparação com outros métodos tradicionais de fabrico.
Sustentabilidade: Ao possuir equipamento de impressão 3D nas próprias instalações de produção da empresa, os protótipos são produzidos localmente, o que reduz a pegada de carbono produzida em comparação com a produção externa. Além disso, é muitas vezes possível trabalhar com materiais biodegradáveis, reciclados ou recicláveis e, pela própria natureza do método de fabrico, os resíduos e o desperdício de material são minimizados.
Da prototipagem ao fabrico
Inicialmente, a impressão em 3D só era utilizada para a prototipagem. No entanto, é agora também utilizado como um método de fabrico adicional. Isto deve-se principalmente a dois factores:
Desenvolvimento de materiais
Um dos factores que torna possível o fabrico de pequenas séries de peças finais com impressão 3D é o desenvolvimento de materiais que permitem aplicações em ambientes exigentes graças às suas propriedades mecânicas ou propriedades específicas.
Um exemplo disto são os materiais ESD, que estão disponíveis em filamento, pó e até em forma de resina, e que permitem o fabrico de produtos com protecção contra descargas electrostáticas.
Avanços nas tecnologias de impressão 3D
Graças aos progressos realizados nos últimos anos e ao trabalho de I&D dos fabricantes de equipamento, as características oferecidas pelas impressoras 3D melhoraram significativamente, ao ponto de poderem fabricar peças altamente complexas com qualidade industrial.
Todas as tecnologias de impressão em 3D avançaram consideravelmente. Um exemplo disto são as impressoras SLA 3D da FormLabs para o sector médico e dentário, Form 3B+ e Form 3BL, que podem imprimir materiais biocompatíveis em 3D; ou as impressoras SLS 3D da Sinterit, que podem fabricar peças altamente complexas sem a necessidade de utilizar suportes, com modelos de formato de secretária como a Lisa, Lisa Pro e Lisa X.
Imagem 3: Fabrico de produtos finais para o sector dentário. Fonte: FormLabs.
Sem dúvida, o fabrico de impressão 3D permite aos utilizadores profissionais produzir protótipos e mesmo peças finais de qualidade industrial, e é actualmente um dos métodos de fabrico mais utilizados para a prototipagem rápida numa multiplicidade de sectores. Graças à variedade de tecnologias, equipamentos e materiais, é possível encontrar soluções para quase todas as aplicações.
