Fabricación de prototipos: una guía completa | JS Precision

La fabricación de prototipos conecta el diseño virtual con los productos físicos. Permite verificar la viabilidad del diseño, reducir los riesgos de investigación y desarrollo y acelerar el lanzamiento al mercado .

¿Cómo equilibrar coste, velocidad y calidad ante la elección entre la fabricación de prototipos en plástico y metal, así como las diferencias tecnológicas entre la fabricación CNC y la fabricación aditiva?

Este manual analiza el prototipado en su esencia, revelando cómo JS Precision, a través de su servicio integral, puede ayudarle a superar eficazmente la barrera entre la "idea" y el "objeto físico ". Al mismo tiempo, su tecnología de prototipado rápido facilita todo el proceso de iteración de la innovación.

Resumen de la respuesta clave

Conclusiones clave

• El principio principal de la creación de prototipos es reducir los riesgos y obtener una comprensión más profunda más rápidamente, en lugar de simplemente producir un modelo.
• La elección del material (plástico o metal) debe ser una decisión bien pensada que tenga en cuenta los aspectos de prueba funcional del prototipo, los requisitos de rendimiento mecánico y el presupuesto disponible.
• El prototipado rápido mediante mecanizado CNC tiene muy buenas ventajas en precisión, resistencia y economía de lotes pequeños, lo que es especialmente bueno para prototipos metálicos funcionales.
• La creación rápida de prototipos de fabricación aditiva es única cuando hay formas complicadas, iteración rápida y costos de ensamblaje más bajos .
• Trabajar con especialistas en fabricación en Diseño para Fabricabilidad (DFM) desde el principio puede ahorrar hasta un 30 % de costos y tiempo adicionales posteriores.
• Si elige un socio como JS Precision, que cuenta con habilidades de fabricación aditiva y CNC, obtendrá recomendaciones de rutas técnicas verdaderamente independientes y mejores .

¿Por qué confiar en esta guía? La amplia experiencia de JS Precision en la fabricación de prototipos.

La fabricación de prototipos es un nicho complejo que requiere conocimientos técnicos, experiencia y destreza. JS Precision lleva más de 10 años en este sector, prestando servicios a más de 1000 clientes de diversos sectores , como el aeroespacial, el de dispositivos médicos y el de la electrónica de consumo, con un historial de más de un millón de prototipos mecanizados.

Contamos con el complemento completo de equipos de mecanizado CNC que van desde 3 ejes hasta 5 ejes, y también estamos equipados con una línea de producción de prototipos rápidos de fabricación aditiva utilizando FDM y SLA, por lo que podemos satisfacer diversos requisitos de los clientes en una sola visita.

En cuanto al control de calidad, JS Precision cuenta con la certificación ISO 9001:2015 y ha implementado un exhaustivo sistema de control de calidad, desde el análisis del diseño hasta la inspección del producto terminado. Cada lote de prototipos mecanizados se verifica con instrumentos de precisión, como máquinas de medición por coordenadas CMM, para garantizar la precisión dimensional.

Los miembros de nuestro equipo de ingeniería han pasado en promedio más de 8 años en la industria, lo que significa que pueden encontrar rápidamente las mejores soluciones de proceso para varios tipos de requisitos de prototipos.

En la fabricación de prototipos de plástico, por ejemplo, orientan la elección de los plásticos de ingeniería adecuados, mientras que en la fabricación de prototipos de metal, seleccionan los materiales metálicos más rentables para el trabajo.

Además, JS Precision ha reunido un amplio historial de proyectos exitosos de creación rápida de prototipos , por lo que tiene a su disposición un repertorio de soluciones probadas y maduras para reproducir cualquier cosa, desde un modelo conceptual básico hasta un prototipo funcional muy complejo.

Por ejemplo, diseñamos 200 juegos de prototipos funcionales de plástico PEEK para un cliente de dispositivos médicos. El cliente solicitó una precisión de 0,05 mm y un plazo de entrega de 10 días.

A través de la optimización del proceso de mecanizado CNC, logramos entregar en 8 días con un rendimiento del 100% , con lo cual el presupuesto inicial del cliente se redujo en un 18% y el cliente pudo completar las pruebas funcionales dos semanas antes de lo programado.

¿Quiere saber cómo JS Precision puede diseñar una solución de fabricación de prototipos a medida para su proyecto? Envíe sus requisitos ahora para recibir un informe de evaluación técnica personalizado y gratuito, y nuestros ingenieros profesionales responderán a sus preguntas.

¿Qué es la fabricación de prototipos y por qué es fundamental para el éxito de su proyecto?

La fabricación de prototipos se refiere a la creación de modelos físicos que se verifican, prueban y demuestran con base en el diseño del producto. La tecnología de prototipado rápido es la clave de la eficiencia laboral, lo que incide directamente en la viabilidad del diseño y, por consiguiente, en el costo y el tiempo de la producción en masa.

Definición funcional de prototipos

Existen 3 tipos diferentes de prototipos de fabricación que se ajustan a diferentes etapas del proyecto:

• Prototipo de concepto: generalmente es de plástico o espuma y se utiliza para revelar características externas y la forma visualmente a un costo muy bajo, por lo que es perfecto para compartir ideas en una etapa temprana.
• Prototipo funcional: un proceso multimaterial que imita el proceso de producción en masa produce un prototipo completamente funcional, lo que permite probar el rendimiento del producto y recopilar la opinión de los usuarios . Es la principal aplicación de la fabricación de prototipos tanto de plástico como de metal.
• Prototipo de preproducción: se fabrica según las especificaciones de la producción en masa y se utiliza para confirmar los procesos de producción y evaluar la cadena de suministro. Es la verificación final antes del lanzamiento del producto.

¿Por qué un prototipo vale más que mil reuniones?

El valor de la fabricación de prototipos se extiende mucho más allá de las demostraciones de modelos, con tres aspectos fundamentales:

• La identificación temprana de defectos es una de las grandes ventajas de los prototipos físicos. Permiten comprobar el ensamblaje físico y la resistencia, lo que permite detectar más errores en los modelos CAD. De esta forma, se pueden realizar las modificaciones cuando el coste de los cambios es diez veces menor que tras la fabricación del producto.
• La verificación de la retroalimentación del mercado es una de las ventajas de los prototipos funcionales. Las pruebas a pequeña escala con ellos pueden proporcionar una opinión genuina de los consumidores, evitando así una respuesta poco entusiasta tras el lanzamiento.
• Presentar un proyecto a inversores es una excelente razón para desarrollar un prototipo de alta calidad. Son mucho más persuasivos que las presentaciones de PowerPoint , ya que muestran visualmente el valor del producto y, por lo tanto, aumentan la probabilidad de obtener la inversión.

Fabricación de prototipos de plástico vs. metal: ¿Cómo elegir el material adecuado?

La fabricación de prototipos de plástico y la fabricación de prototipos de metal son dos áreas principales, que tienen diferencias significativas en las propiedades del material y los escenarios de aplicación, por lo que la selección debe realizarse de acuerdo con los requisitos del proyecto.

Fabricación de prototipos de plástico

Las ventajas de la fabricación de prototipos de plástico son su bajo coste, su rápido procesamiento y su ligereza. Los materiales más utilizados y sus propiedades se muestran en la siguiente tabla:

Todas las propiedades del material cumplen con la norma ASTM D638 . La fabricación de prototipos de plástico es una buena opción para la verificación de la apariencia, las pruebas de peso ligero y las iteraciones iniciales, ya que los costos de procesamiento son solo entre el 30 % y el 50 % de los de los prototipos metálicos con las mismas especificaciones.

Fabricación de prototipos de metal

Las ventajas de la fabricación de prototipos metálicos son su alta resistencia, alta precisión y disponibilidad para la producción casi en masa. Los materiales más utilizados y sus propiedades se muestran en la siguiente tabla:

La fabricación de prototipos de metal es una buena opción para pruebas funcionales, de alta temperatura y alta presión, y para la verificación de resistencia, y es un área de aplicación principal del prototipado rápido con mecanizado CNC.

¿No está seguro de elegir prototipos de plástico o de metal para su proyecto? Informe a JS Precision sobre sus necesidades de pruebas para recibir una recomendación gratuita sobre la selección de materiales, lo que reduce los costos de prueba y error en la fabricación de prototipos.

Figura 1: Una colección diversa de piezas de prototipos en varias formas, colores (plata, negro, rojo, blanco) y materiales, ordenadas cuidadosamente sobre una superficie blanca.

Prototipado rápido con mecanizado CNC: ¿Qué tan rápido se puede obtener realmente un prototipo funcional?

El prototipado rápido con mecanizado CNC es un método muy preciso y utilizado en el mecanizado de prototipos para transformar directamente modelos 3D en piezas mecanizadas de prototipos de alta resistencia.

La autopista de los modelos digitales a los objetos físicos

El prototipado rápido mediante mecanizado CNC es un método de producción muy rápido, cuya eficiencia se deriva principalmente de los siguientes pasos principales:

• Etapa de programación: El modelo CAD se importa al software CAM, generando trayectorias de herramientas y parámetros de mecanizado, y los ingenieros optimizan el proceso.
• Etapa de sujeción: La materia prima se fija en la mesa de la máquina herramienta y los accesorios especializados garantizan un mecanizado estable.
• Etapa de Mecanizado: La máquina herramienta corta según el programa, completando el desbaste y el acabado.
• Etapa de posprocesamiento: Se puede realizar desbarbado, pulido y anodizado de las piezas para lograr una mejor apariencia y rendimiento.

Su tiempo de entrega es muy flexible, y la entrega de piezas simples se puede realizar en un plazo de 3 a 5 días , mientras que las piezas complejas en un plazo de 7 a 10 días, lo que es mejor que el mecanizado tradicional.

Dos ventajas principales del prototipado rápido mediante mecanizado CNC

• Precisión ultra alta: la precisión normal es de 0,1 mm y la precisión alta puede alcanzar 0,01 mm , lo que es más que suficiente para pruebas de prototipos funcionales.
• Fidelidad del material: al utilizar una lámina o barra de material de producción en masa, las propiedades mecánicas del prototipo serán casi las mismas que las del producto final y los resultados de las pruebas son confiables.

¿Necesita urgentemente piezas mecanizadas para prototipos de alta precisión? Contacte con JS Precision ahora, envíe su modelo 3D y recibirá un prototipo mecanizado por CNC que cumpla con sus requisitos en tan solo 3 días.

¿Cómo garantizar la adhesión de capas en la fabricación aditiva de prototipos rápidos?

El prototipado rápido mediante fabricación aditiva es un proceso que permite crear prototipos mediante la superposición de materiales. La resistencia de la pieza depende principalmente de la adhesión entre capas; una adhesión deficiente puede provocar grietas y deformaciones.

Comprensión de la adhesión de capas: el factor principal que afecta la resistencia de la pieza impresa

La unión entre capas en los métodos FDM y SLS se basa en la fusión y el enfriamiento del material. Si la adhesión entre las capas es insuficiente, la pieza se volverá anisotrópica y la resistencia vertical podría ser incluso inferior al 50 % de la resistencia horizontal, por lo que podría no superar las pruebas funcionales.

Control de parámetros clave del proceso

Para obtener la mejor adhesión entre capas, es necesario controlar los cuatro parámetros fundamentales del proceso:

• Temperatura de impresión: La temperatura de la boquilla debe ser lo suficientemente alta como para fundir el material. Se recomienda una temperatura de la boquilla de 195-220 °C y una temperatura de la cama caliente de 50-60 °C al utilizar PLA.
• Selección del grosor de la capa: Cuanto menor sea el grosor de la capa, mayor será la adherencia. Se recomienda ajustar el grosor entre 0,1 y 0,2 mm al crear prototipos funcionales.
• Velocidad de impresión: si la velocidad es muy alta, no habrá una fusión completa, al mismo tiempo, si es muy lenta, la pieza se deformará. 50-80 mm/s es el rango donde la velocidad es buena.
• Sequedad del material: Los materiales que absorben humedad pueden generar burbujas de aire. Antes de usar el material, séquelo en un horno de secado durante 4 a 6 horas .

¿Desea resolver el problema de adhesión de capas en el prototipado rápido de fabricación aditiva? Descargue el "Libro Blanco sobre Optimización de Parámetros del Proceso de Fabricación Aditiva " de JS Precision para obtener soluciones de depuración profesionales gratuitas.

Figura 2: Un bloque amarillo elaborado mediante fabricación aditiva, que muestra distintas capas horizontales en su superficie con una vista insertada ampliada, sobre un fondo blanco.

¿Cuáles son los factores que impulsan el costo de las piezas mecanizadas prototipo?

Muchos factores influyen en el costo de las piezas mecanizadas para prototipos. Al conocer estos factores, se puede optimizar el presupuesto de fabricación de prototipos.

Complejidad del diseño: cómo se decide el tiempo de mecanizado

La complejidad del diseño es el principal factor que determina el precio. Las siguientes características incrementan el coste:

• Estructura de cavidad profunda: las herramientas de corte son más largas, lo que genera un mayor desgaste de la herramienta y un mayor tiempo de mecanizado.
• Estructura de paredes delgadas: Dado que se puede deformar fácilmente, requiere varias sujeciones y ajustes, lo que aumentará el consumo de tiempo.
• Filetes internos pequeños: se utilizan herramientas de corte de diámetro pequeño , lo que reduce la eficiencia del mecanizado.
• Tolerancias estrictas: por cada aumento de un grado de tolerancia, los costos de mecanizado aumentan entre un 20% y un 30% .

Materiales y procesos: factores clave que afectan el costo

Los materiales y procesos tienen un impacto significativo en el coste. Los datos específicos se muestran en la siguiente tabla:

El mecanizado de prototipos en lotes pequeños tiene un precio basado en "mano de obra + materiales + consumibles", con descuentos escalonados disponibles para pedidos al por mayor.

¿Cómo empiezo a personalizar mis piezas mecanizadas prototipo?

Es fácil adaptar prototipos de piezas mecanizadas; JS Precision tiene un ingenioso plan de inicio de 3 pasos.

Paso 1: Prepare sus archivos de diseño

Inicialmente, debes preparar tus archivos de diseño de acuerdo con lo siguiente:

• Modelo 3D: Se recomienda formato STEP o IGES, cuidando que no existan superficies rotas ni superposiciones.
• Dibujos 2D: formato PDF o DWG, resaltando dimensiones clave, tolerancias y requisitos de tratamiento de superficie.
• Descripción de requisitos: Defina claramente el propósito del prototipo, los estándares de prueba y el tiempo de entrega, para que los ingenieros puedan comprenderlo fácilmente.

Paso 2: Obtenga un análisis DFM profesional y una cotización instantánea

La plataforma te ofrece una estimación aproximada al instante, y los expertos en DFM te ofrecerán consejos de optimización y un desglose de costos poco después. También puedes obtener asesoramiento y asistencia personalizada para mejorar tu DFM.

• Simplifique estructuras complejas y reduzca los costos de mecanizado.
• Cambiar los materiales según las pruebas.
• Modifique los parámetros del proceso para acortar el tiempo de entrega.

Paso 3: Confirmación y Producción, Disfrute de un Proceso Transparente

Tras confirmar el pedido en el paso 3, podrá seguir el progreso a través de la plataforma. Se le informará en cada etapa sobre el cumplimiento continuo de las especificaciones de diseño.

• Junto con la primera pieza, se le entregará el informe de inspección y fotografías de alta resolución .
• Si hay algún problema durante la producción, los ingenieros se comunicarán con usted instantáneamente .
• Antes de la entrega final, se realizará una inspección exhaustiva para garantizar el cumplimiento de los requisitos de diseño.

Figura 3: Diagrama circular que ilustra el proceso de fabricación de prototipos de siete pasos, desde el desarrollo del concepto hasta la preparación de la producción, con etapas numeradas e íconos.

Análisis de caso: Componentes estructurales metálicos de estabilizadores aéreos para vehículos aéreos no tripulados, desde el diseño hasta la verificación funcional, en tan solo 7 días.

Desafío: El equilibrio definitivo entre fuerza y ​​ligereza

Un cliente necesitaba un chasis principal para un estabilizador de fotografía aérea en drones de alta gama, y ​​la aleación de aluminio 7075 era un requisito. La estructura es compleja y presenta múltiples superficies curvas irregulares, además de cavidades para reducir el peso.

El cliente quería piezas con un peso inferior a 120 g, pero capaces de soportar impactos de 15 G. Las piezas impresas en 3D de los proveedores locales no eran lo suficientemente resistentes, y el mecanizado CNC tradicional tenía un plazo de entrega de dos semanas, por lo que no se satisficieron las urgentes necesidades de prueba del cliente.

Solución de precisión JS: mecanizado de precisión de alta velocidad con CNC de cinco ejes

Respuesta ágil de DFM: Los diseñadores de JS Precision, cuatro horas después de recibir el modelo, sugirieron cambiar algunos ángulos internos agudos por transiciones redondeadas. Este cambio conservó la resistencia, a la vez que mejoró la vida útil de la herramienta y la eficiencia del mecanizado, lo que resultó en una reducción del 30 % del tiempo de mecanizado .

Moldeo por inyección de cinco ejes y un paso: se utilizó un centro de mecanizado CNC de cinco ejes importado de Alemania y, a través de trayectorias de herramientas optimizadas y accesorios especializados, se terminaron superficies curvas complejas en una única configuración, lo que proporcionó una precisión general de 0,05 mm y, al mismo tiempo, no se cometieron errores en la sujeción secundaria.

Posprocesamiento paralelo: El arenado y el anodizado duro se realizaron inmediatamente después del mecanizado. El proceso se realizó en paralelo con la inspección, por lo que el plazo de entrega no se vio afectado.

Resultados

• JS Precision produjo 10 juegos de piezas prototipo que satisficieron completamente los requisitos de diseño en 7 días , y el peso real fue de solo 115 g.
• Después de la prueba de impacto de 15G, la pieza es capaz de funcionar según los estándares sin ninguna duda y el costo es un 20% inferior al presupuesto inicial del cliente .
• Este éxito tan rápido permitió al cliente utilizar la solución directamente para la fase de producción de lotes pequeños, acortándose así considerablemente el ciclo de lanzamiento del producto.

¿Tiene necesidades urgentes de prototipado similares? Contacte con JS Precision . Le ofrecemos servicios de prototipado rápido mediante mecanizado CNC con entrega en tan solo 3 días, lo que le ayudará a acelerar la implementación de su proyecto.

Figura 4: Un componente estructural de metal robusto para un cardán aéreo UAV, con secciones cilíndricas y angulares para estabilización, aislado sobre un fondo blanco.

Preguntas frecuentes

P1: ¿Qué es mejor para mi prototipo: el mecanizado CNC o la impresión 3D?

Si busca un prototipo funcional , resistente, preciso y con una superficie atractiva , el mecanizado CNC es la mejor opción. Por otro lado, la impresión 3D puede utilizarse para modelos de verificación cuando se requiere trabajar a gran velocidad, contar con canales de flujo internos complejos o estructuras integradas. JS Precision puede ofrecerle una opinión imparcial.

P2: ¿Qué tan resistentes pueden ser los prototipos de plástico?

El factor clave que determina esto es el tipo de material . Por ejemplo, el plástico PEEK mecanizado por CNC puede alcanzar una resistencia comparable a la de ciertos metales, mientras que los prototipos de ABS presentan buena resistencia al impacto y tenacidad, por lo que pueden utilizarse en la fabricación de prototipos de plástico, como las pruebas de carcasas.

P3: ¿Qué tratamientos superficiales se les suelen dar a los prototipos de metal?

Las aleaciones de aluminio se anodizan principalmente para mejorar la resistencia al desgaste y la corrosión, así como para posibilitar la coloración. El acero inoxidable suele pasivarse o electropulirse. Estos tipos de acabados son los más comunes en la fabricación de prototipos metálicos.

P4: ¿Qué tan rápido puedo recibir mi prototipo de plástico después de realizar el pedido?

Si se trata de piezas simples de ABS o nailon mecanizadas por CNC, el proceso completo puede completarse y la mercancía se envía en un plazo de 3 a 5 días laborables . Los componentes más complejos o productos que requieren un tratamiento posterior especial obviamente tardarán más tiempo.

Q5: ¿Cómo puedo garantizar la seguridad y confidencialidad de mis archivos de diseño?

JS Precision firma estrictos acuerdos de NDA, transfiere y almacena archivos de forma encriptada y, además, implementa un sistema de confidencialidad de empleados para garantizar el 100% de seguridad de su propiedad intelectual.

P6: ¿Puedo pedir varias piezas con diferentes diseños al mismo tiempo?

¡Es totalmente posible! JS Precision es un proveedor integral de servicios, lo que significa que puede realizar un solo pedido que incluya múltiples prototipos mecanizados de diferentes materiales y diseños, optimizando así los costos de gestión y logística.

P7: ¿Cuál es el proceso si se necesitan modificaciones después de la prueba del prototipo?

Simplemente envíenos sus nuevos archivos de diseño y JS Precision en poco tiempo volverá a cotizar y organizar la producción según nuestra cooperación previa para que pueda beneficiarse de las ventajas de eficiencia de iteración.

Q8: ¿Ofrecen servicios de montaje?

Ciertamente, JS Precision mecanizará las piezas y también le brindará servicios de ensamblaje profesionales, se le entregarán ensamblajes completamente funcionales, ahorrándole tiempo y garantizando la calidad del ensamblaje.

Resumen

El prototipado no consiste simplemente en "crear modelos", sino en una herramienta estratégica esencial para la innovación de productos. Seleccionar los materiales adecuados, utilizar los métodos adecuados e identificar a los colaboradores idóneos puede convertir sus conceptos de diseño en productos tangibles con la mayor rapidez y al menor coste .

JS Precision, como especialista en la fabricación de prototipos, es capaz de reconocer tanto la alta precisión y velocidad del prototipado rápido con mecanizado CNC como la versatilidad y el potencial creativo del prototipado rápido con fabricación aditiva, y decidir cuál es la solución más adecuada para usted.

No dejes que tus conceptos se queden confinados en el papel, comienza ahora tu eficiente proceso de fabricación de prototipos:

Envíe sus archivos 3D a la plataforma JS Precision y, en 24 horas, recibirá un presupuesto completo y un plan de producción, además de asesoramiento profesional en DFM. Trabajando juntos, haremos realidad su brillante idea con rapidez y precisión.