Fabricação de protótipos: um guia completo | JS Precision

A fabricação de protótipos é uma ponte que conecta o design virtual aos produtos físicos. Ela pode verificar a viabilidade do projeto, reduzir os riscos de pesquisa e desenvolvimento e acelerar o lançamento no mercado .

Como equilibrar custo, velocidade e qualidade diante da escolha entre a fabricação de protótipos em plástico e em metal, bem como das diferenças tecnológicas entre a usinagem CNC e a manufatura aditiva?

Este manual analisa a prototipagem em sua essência, revelando como a JS Precision, por meio de seu serviço completo, pode ajudá-lo a cruzar efetivamente a barreira entre "ideia" e "objeto físico ". Ao mesmo tempo, sua tecnologia de prototipagem rápida está disponível para auxiliar todo o processo de iteração da inovação.

Resumo das respostas principais

Principais conclusões

• O princípio fundamental da prototipagem é reduzir os riscos e obter uma compreensão mais profunda e rápida, em vez de apenas produzir um modelo.
• A escolha do material (plástico ou metal) deve ser uma decisão bem ponderada, levando em consideração os aspectos de teste funcional do protótipo, os requisitos de desempenho mecânico e o orçamento disponível.
• A prototipagem rápida por usinagem CNC apresenta excelentes vantagens em termos de precisão, resistência e economia em pequenos lotes, sendo especialmente benéfica para protótipos funcionais em metal.
• A prototipagem rápida por manufatura aditiva é singular em situações que envolvem formas complexas, iterações rápidas e custos de montagem reduzidos .
• Trabalhar com especialistas em manufatura no Design para Manufaturabilidade (DFM) desde o início pode economizar até 30% de custos extras e tempo posteriormente.
• Ao escolher um parceiro como a JS Precision, que possui habilidades tanto em CNC quanto em manufatura aditiva, você receberá recomendações técnicas genuinamente independentes e da melhor qualidade.

Por que confiar neste guia? A vasta experiência da JS Precision na fabricação de protótipos.

A fabricação de protótipos é um nicho complexo que exige conhecimento técnico, habilidade e experiência. A JS Precision atua nesse ramo há mais de 10 anos, prestando serviços para mais de 1.000 clientes de diferentes setores , como aeroespacial, dispositivos médicos e eletrônicos de consumo, com um histórico de mais de 1 milhão de peças protótipo usinadas.

Possuímos um conjunto completo de equipamentos de usinagem CNC, desde 3 eixos até 5 eixos, e também estamos equipados com uma linha de produção de prototipagem rápida por manufatura aditiva utilizando FDM e SLA, o que nos permite atender a diversas necessidades dos clientes em uma única visita.

Falando em controle de qualidade, a JS Precision possui certificação ISO 9001:2015 e implementou um sistema de controle de qualidade rigoroso, desde a análise do projeto até a inspeção do produto final. Cada lote de peças protótipo usinadas é verificado com o auxílio de instrumentos de precisão, como máquinas de medição por coordenadas (CMM), para garantir a exatidão dimensional.

Os membros de nossa equipe de engenharia têm, em média, mais de 8 anos de experiência no setor, o que significa que eles podem encontrar rapidamente as melhores soluções de processo para diversos tipos de requisitos de protótipos.

Na fabricação de protótipos de plástico, por exemplo, eles orientam a escolha dos plásticos de engenharia adequados, enquanto na fabricação de protótipos de metal, eles selecionam os materiais metálicos mais econômicos para o trabalho.

Além disso, a JS Precision possui um extenso histórico de projetos bem-sucedidos de prototipagem rápida , tendo, portanto, à disposição um repertório de soluções comprovadas e consolidadas para reproduzir desde um modelo conceitual básico até um protótipo funcional altamente complexo.

A título de exemplo, produzimos 200 conjuntos de protótipos funcionais em plástico PEEK para um cliente do setor de dispositivos médicos. O cliente solicitou uma precisão de 0,05 mm e um prazo de entrega de 10 dias.

Por meio da otimização do processo de usinagem CNC, conseguimos entregar em 8 dias com um rendimento de 100% , reduzindo assim o orçamento inicial do cliente em 18% e permitindo que ele concluísse os testes funcionais duas semanas antes do prazo.

Quer saber como a JS Precision pode criar uma solução de fabricação de protótipos sob medida para o seu projeto? Envie seus requisitos agora mesmo para receber um relatório de avaliação técnica personalizado e gratuito, e tire suas dúvidas com engenheiros especializados.

O que é a fabricação de protótipos e por que ela é fundamental para o sucesso do seu projeto?

A prototipagem refere-se à criação de modelos físicos que são verificados, testados e demonstrados com base no projeto do produto. A tecnologia de prototipagem rápida é essencial para a eficiência do trabalho, impactando diretamente a viabilidade do projeto e, consequentemente, o custo e o tempo de produção em massa.

Definição funcional de protótipos

Existem 3 tipos diferentes de protótipos para fabricação, que são ajustados a diferentes etapas do projeto:

• Protótipo conceitual: geralmente feito de plástico ou espuma, é usado para revelar visualmente as características externas e a forma a um custo muito baixo, sendo perfeito para o compartilhamento de ideias em estágios iniciais.
• Protótipo funcional: um processo multimaterial que imita o processo de produção em massa produz um protótipo totalmente funcional, o qual pode ajudar a testar o desempenho do produto e coletar feedback do usuário . É a principal aplicação da fabricação de protótipos tanto em plástico quanto em metal.
• Protótipo de pré-produção: é fabricado de acordo com as especificações da produção em massa e utilizado para confirmar os processos de produção e avaliar a cadeia de suprimentos. É a verificação final antes do lançamento do produto.

Por que um protótipo vale mais do que mil reuniões?

O valor da fabricação de protótipos vai muito além das demonstrações de modelos, abrangendo três aspectos principais:

• A identificação precoce de defeitos é um dos grandes benefícios dos protótipos físicos. Eles permitem verificar a montagem e a resistência físicas, possibilitando a detecção de mais erros nos modelos CAD. Dessa forma, é possível realizar as correções em um momento em que o custo das alterações é 10 vezes menor do que após a fabricação do produto.
• A verificação do feedback do mercado é uma das vantagens dos protótipos funcionais. Testes em pequena escala utilizando-os podem fornecer feedback genuíno do consumidor, evitando assim uma resposta morna após o lançamento.
• A apresentação para investidores é um ótimo motivo para desenvolver um protótipo de alta qualidade. Elas são muito mais persuasivas do que apresentações em PowerPoint , mostrando o valor do produto visualmente e, assim, aumentando a probabilidade de obter o investimento.

Fabricação de protótipos em plástico versus metal: como escolher o material certo?

A fabricação de protótipos em plástico e a fabricação de protótipos em metal são duas áreas principais, que apresentam diferenças significativas nas propriedades dos materiais e nos cenários de aplicação, portanto, a seleção deve ser feita de acordo com os requisitos do projeto.

Fabricação de protótipos de plástico

As vantagens da fabricação de protótipos em plástico são o baixo custo, o processamento rápido e a leveza. Os materiais comumente usados ​​e suas propriedades são mostrados na tabela abaixo:

Todas as propriedades dos materiais estão em conformidade com as normas ASTM D638 . A fabricação de protótipos em plástico é uma boa opção para verificação de aparência, testes de leveza e iterações iniciais, sendo os custos de processamento apenas 30% a 50% menores do que os de protótipos metálicos com as mesmas especificações.

Fabricação de protótipos em metal

As vantagens da fabricação de protótipos em metal são alta resistência, alta precisão e prontidão para produção em massa. Os materiais comumente usados ​​e suas propriedades são mostrados na tabela abaixo:

A fabricação de protótipos em metal é uma boa opção para testes funcionais, de alta temperatura e alta pressão, e para verificação de resistência, sendo uma das principais áreas de aplicação da prototipagem rápida por usinagem CNC.

Está em dúvida se deve escolher protótipos de plástico ou metal para o seu projeto? Informe a JS Precision sobre suas necessidades de teste para receber uma recomendação gratuita de seleção de materiais, reduzindo os custos de tentativa e erro na fabricação de protótipos.

Figura 1: Uma coleção diversificada de peças protótipo em vários formatos, cores (prata, preto, vermelho, branco) e materiais, dispostas ordenadamente sobre uma superfície branca.

Usinagem CNC para prototipagem rápida: quão rápido você realmente consegue obter um protótipo funcional?

A prototipagem rápida por usinagem CNC é um método extremamente preciso e amplamente utilizado na fabricação de protótipos, permitindo a transformação direta de modelos 3D em peças usinadas de alta resistência.

A Estrada dos Modelos Digitais aos Objetos Físicos

A prototipagem rápida por usinagem CNC é um método de produção muito ágil, cuja eficiência deriva principalmente das seguintes etapas principais:

• Etapa de Programação: O modelo CAD é importado para o software CAM, gerando trajetórias de ferramentas e parâmetros de usinagem, e os engenheiros otimizam o processo.
• Etapa de Fixação: A matéria-prima é fixada na mesa da máquina-ferramenta, e dispositivos de fixação especializados garantem uma usinagem estável.
• Etapa de usinagem: A máquina-ferramenta corta de acordo com o programa, realizando o desbaste e o acabamento.
• Etapa de pós-processamento: O desbaste, o polimento e a anodização das peças podem ser realizados para melhorar a aparência e o desempenho.

O prazo de entrega deles é muito flexível, podendo ser entregue em 3 a 5 dias para peças simples e em 7 a 10 dias para peças complexas, o que é melhor do que a usinagem tradicional.

Duas vantagens principais da usinagem CNC: prototipagem rápida

• Ultra alta precisão: A precisão normal é de 0,1 mm, e a alta precisão pode chegar a 0,01 mm , o que é mais do que suficiente para testes de protótipos funcionais.
• Fidelidade do material: Ao utilizar chapas ou barras de material de produção em massa, as propriedades mecânicas do protótipo serão praticamente as mesmas do produto final, e os resultados dos testes serão confiáveis.

Precisa urgentemente de peças usinadas de alta precisão para protótipos? Entre em contato com a JS Precision agora mesmo, envie seu modelo 3D e receba um protótipo usinado em CNC que atenda às suas necessidades em apenas 3 dias.

Como garantir a adesão entre camadas na prototipagem rápida por manufatura aditiva?

A prototipagem rápida por manufatura aditiva é um processo para criar protótipos através da deposição de camadas de materiais. A resistência da peça é determinada principalmente pela adesão entre as camadas; se houver má adesão, a peça pode rachar e deformar.

Entendendo a adesão entre camadas: o principal fator que afeta a resistência da peça impressa.

A colagem entre camadas nos métodos FDM e SLS baseia-se na fusão e resfriamento do material. Se a adesão entre as camadas for insuficiente, a peça se tornará anisotrópica e a resistência vertical poderá ser inferior a 50% da resistência horizontal, podendo, portanto, não ser aprovada nos testes funcionais.

Controle de parâmetros-chave do processo

Para obter a melhor adesão entre camadas, é necessário controlar os quatro parâmetros principais do processo:

• Temperatura de impressão: A temperatura do bico deve ser suficientemente alta para derreter o material. Recomenda-se uma temperatura do bico na faixa de 195-220°C e uma temperatura da mesa aquecida de 50-60°C ao usar material PLA.
• Seleção da espessura da camada: Quanto menor a espessura da camada, mais forte será a adesão. É recomendável definir a espessura entre 0,1 e 0,2 mm ao criar protótipos funcionais.
• Velocidade de impressão: Se a velocidade for muito alta, não haverá fusão completa; por outro lado, se for muito baixa, a peça ficará deformada. Uma velocidade ideal varia entre 50 e 80 mm/s .
• Secagem do material: Materiais que absorvem umidade podem apresentar bolhas de ar. Antes de usar o material, seque-o em uma estufa por 4 a 6 horas .

Quer resolver o problema de adesão entre camadas na prototipagem rápida por manufatura aditiva? Baixe gratuitamente o "White Paper de Otimização de Parâmetros do Processo de Manufatura Aditiva " da JS Precision para obter soluções profissionais de depuração.

Figura 2: Um bloco amarelo fabricado por meio de manufatura aditiva, mostrando distintas camadas horizontais em sua superfície, com uma vista ampliada em detalhe, sobre um fundo branco.

Quais são os principais fatores de custo para peças usinadas protótipo?

Diversos fatores contribuem para o custo de peças usinadas de protótipos. Ao compreender esses fatores, é possível utilizar o orçamento de fabricação de protótipos de forma mais eficiente.

Complexidade do projeto: como o tempo de usinagem é definido

A complexidade do projeto é o principal fator que determina o preço. Os seguintes recursos aumentam o custo:

• Estrutura de cavidade profunda: as ferramentas de corte são mais longas, resultando em maior desgaste e maior tempo de usinagem.
• Estrutura de paredes finas: Como pode ser facilmente deformada, requer várias fixações e ajustes, o que aumenta o tempo necessário para a execução do processo.
• Filetes internos pequenos: são utilizadas ferramentas de corte de pequeno diâmetro, o que reduz a eficiência da usinagem.
• Tolerâncias rigorosas: Para cada aumento de um grau de tolerância, os custos de usinagem aumentam de 20% a 30% .

Materiais e processos: principais fatores que afetam o custo

Os materiais e os processos têm um impacto significativo no custo. Os dados específicos são apresentados na tabela abaixo:

A usinagem de protótipos em pequenos lotes tem seu preço calculado com base em "mão de obra + materiais + consumíveis", com descontos progressivos disponíveis para pedidos em grande quantidade.

Como faço para começar a personalizar minhas peças usinadas protótipo?

É fácil personalizar peças usinadas para protótipos; a JS Precision tem um prático plano de inicialização em 3 etapas.

Passo 1: Prepare seus arquivos de design

Inicialmente, você precisa preparar seus arquivos de projeto de acordo com o seguinte:

• Modelo 3D: recomenda-se o formato STEP ou IGES, garantindo que não haja superfícies quebradas ou sobrepostas.
• Desenhos 2D: formato PDF ou DWG, destacando as principais dimensões, tolerâncias e requisitos de tratamento de superfície.
• Descrição dos requisitos: Defina claramente a finalidade do protótipo, os padrões de teste e o prazo de entrega, para que os engenheiros possam compreendê-lo facilmente.

Etapa 2: Obtenha uma análise DFM profissional e um orçamento instantâneo.

A plataforma fornece instantaneamente uma estimativa aproximada, e os especialistas em DFM (Design for Manufacturing) logo em seguida oferecerão dicas de otimização e detalhamento de custos . Você também pode obter consultoria e assistência personalizada para melhorias no seu DFM.

• Simplifique estruturas complexas e reduza os custos de usinagem.
• Alterar os materiais de acordo com os testes.
• Ajuste os parâmetros do processo para reduzir o tempo de entrega.

Etapa 3: Confirmação e Produção. Desfrute de um processo transparente.

Após confirmar o pedido na Etapa 3, você poderá acompanhar o andamento através da plataforma. Você será informado em etapas específicas sobre a conformidade contínua com as especificações do projeto.

• Juntamente com a primeira peça, você receberá o relatório de inspeção e fotos em alta resolução .
• Caso surja algum problema durante a produção, os engenheiros entrarão em contato com você imediatamente .
• Antes da entrega final, será realizada uma inspeção completa para garantir a conformidade com os requisitos do projeto.

Figura 3: Diagrama circular ilustrando o processo de fabricação de protótipos em sete etapas, desde o desenvolvimento do conceito até a preparação para a produção, com etapas numeradas e ícones.

Análise de Caso: Componentes Estruturais Metálicos de Cardans Aéreos para Veículos Aéreos Não Tripulados, do Projeto à Verificação Funcional em Apenas 7 Dias

Desafio: O equilíbrio perfeito entre força e leveza

Um cliente precisava de uma estrutura principal para um gimbal de fotografia aérea para drones de alta gama, sendo o uso da liga de alumínio 7075 um requisito. A estrutura é complexa e possui múltiplas superfícies curvas irregulares, além de cavidades para redução de peso.

O cliente queria peças com peso inferior a 120g, mas capazes de suportar impactos de 15G . As peças impressas em 3D de fornecedores locais não eram suficientemente resistentes, e a usinagem CNC tradicional tinha um prazo de entrega de duas semanas, portanto, as necessidades urgentes de teste do cliente não foram atendidas.

JS Precision Solution: Usinagem CNC de alta velocidade e precisão com cinco eixos.

Resposta ágil de DFM: Os projetistas da JS Precision, em até quatro horas após receberem o modelo, sugeriram a alteração de alguns ângulos internos agudos para transições arredondadas. Essa mudança manteve a resistência, ao mesmo tempo que melhorou a vida útil da ferramenta e a eficiência da usinagem, resultando em uma redução de 30% no tempo de usinagem .

Usinagem CNC de cinco eixos com ligação em um único eixo: Foi utilizado um centro de usinagem CNC de cinco eixos importado da Alemanha e, por meio de trajetórias de ferramentas otimizadas e dispositivos de fixação especializados, superfícies curvas complexas foram finalizadas em uma única configuração, o que proporcionou uma precisão geral de 0,05 mm e, ao mesmo tempo, não houve erros na fixação secundária.

Pós-processamento paralelo: Jateamento de areia e anodização dura foram realizados logo após a usinagem. O processo foi executado em paralelo com a inspeção, sem afetar o prazo de entrega total.

Resultados

• A JS Precision produziu 10 conjuntos de peças protótipo que atenderam completamente aos requisitos do projeto em 7 dias , e o peso real foi de apenas 115g.
• Após o teste de impacto de 15G, a peça demonstrou atender aos padrões sem qualquer dúvida, e o custo foi 20% inferior ao orçamento inicial do cliente .
• Esse sucesso rápido permitiu que o cliente utilizasse a solução diretamente na fase de produção em pequenos lotes, reduzindo consideravelmente o ciclo de lançamento do produto.

Você também tem necessidades urgentes de prototipagem semelhantes? Entre em contato com a JS Precision . Podemos fornecer serviços de prototipagem rápida por usinagem CNC com entrega em até 3 dias, ajudando a acelerar a implementação do seu projeto.

Figura 4: Componente estrutural metálico robusto para um gimbal aéreo de um VANT, apresentando seções cilíndricas e angulares para estabilização, isolado em um fundo branco.

Perguntas frequentes

P1: Qual é a melhor opção para o meu protótipo: usinagem CNC ou impressão 3D?

Se você busca um protótipo funcional , robusto, preciso e com um acabamento impecável , a usinagem CNC é a melhor opção. Por outro lado, a impressão 3D pode ser utilizada para modelos de verificação, quando a necessidade é de alta velocidade, canais de fluxo internos complexos ou estruturas integradas. A JS Precision pode lhe oferecer uma opinião imparcial.

Q2: Qual a resistência máxima que os protótipos de plástico podem ter?

O fator determinante é o tipo de material . Por exemplo, o plástico PEEK usinado por CNC pode atingir um nível de resistência comparável ao de certos metais, enquanto os protótipos de ABS possuem boa resistência ao impacto e tenacidade, podendo, portanto, ser usados ​​em cenários de fabricação de protótipos de plástico, como testes de estrutura.

Q3: Quais tratamentos de superfície são normalmente aplicados aos protótipos de metal?

As ligas de alumínio são geralmente anodizadas para melhorar a resistência ao desgaste e à corrosão, além de possibilitar a coloração. O aço inoxidável, por sua vez, é geralmente passivado ou eletropolido. Esses tipos de acabamento são os mais comumente utilizados na fabricação de protótipos metálicos.

Q4: Em quanto tempo posso receber meu protótipo de plástico após fazer o pedido?

Se estivermos falando de peças simples usinadas em CNC, como ABS ou nylon, todo o processo pode ser concluído e os produtos despachados em 3 a 5 dias úteis . Componentes mais complexos ou produtos que exigem cuidados especiais de envio obviamente levarão mais tempo.

Q5: Como posso garantir a segurança e a confidencialidade dos meus arquivos de projeto?

A JS Precision assina acordos de confidencialidade rigorosos, transfere e armazena arquivos de forma criptografada e, adicionalmente, implementa um sistema de confidencialidade para funcionários a fim de garantir a segurança total da sua propriedade intelectual.

Q6: Posso encomendar várias peças com designs diferentes ao mesmo tempo?

É totalmente possível! A JS Precision é uma fornecedora de serviços completos, o que significa que você pode fazer um único pedido que inclui várias peças protótipo usinadas em diferentes materiais e designs, otimizando assim os custos de gestão e logística.

Q7: Qual é o procedimento caso sejam necessárias modificações após os testes do protótipo?

Basta nos enviar seus novos arquivos de design e a JS Precision, em pouco tempo, fará um novo orçamento e organizará a produção conforme nossa colaboração anterior, para que você possa se beneficiar das vantagens de eficiência em cada iteração.

P8: Vocês oferecem serviços de montagem?

Certamente, a JS Precision irá usinar as peças e também fornecer serviços profissionais de montagem. Conjuntos completos e funcionais serão entregues a você, economizando seu tempo e garantindo a qualidade da montagem.

Resumo

A prototipagem não se resume a "fazer modelos", mas sim a uma alavanca estratégica essencial para a inovação de produtos. Selecionar os materiais adequados, utilizar os métodos corretos e identificar os colaboradores certos pode transformar seus conceitos de design em produtos tangíveis com maior rapidez e menor custo .

A JS Precision, especialista em fabricação de protótipos, é capaz de reconhecer tanto a alta precisão e velocidade da prototipagem rápida por usinagem CNC quanto a versatilidade e o potencial criativo da prototipagem rápida por manufatura aditiva, e decidir qual a solução mais adequada para você.

Não deixe que suas ideias fiquem restritas ao papel, inicie agora mesmo o processo eficiente de fabricação de protótipos:

Envie seus arquivos 3D para a plataforma JS Precision e, em até 24 horas, você receberá um orçamento completo e um plano de produção, além de consultoria profissional em DFM (Design for Manufacturing). Vamos transformar sua ideia brilhante em realidade de forma rápida e precisa, trabalhando juntos.