Considerações críticas para selecionar um método de prototipagem

Michael Paloian | 15 de fevereiro de 2021

No artigo anterior sobre este tema, afirmei a importância da prototipagem durante o design e desenvolvimento do produto para verificar o seu design. Analisei as muitas opções de prototipagem plástica disponíveis, incluindo as três tecnologias de prototipagem rápida mais populares. A Parte 1 discutiu a primeira metade das 12 considerações que devem ser avaliadas antes de selecionar o melhor processo. Esta segunda parte analisará as outras seis considerações para as mesmas tecnologias de prototipagem para ajudá-lo a decidir qual método é mais adequado às suas necessidades.

Abaixo está uma lista de métodos de prototipagem de plástico atualmente disponíveis:

As seis considerações restantes para selecionar o melhor método de prototipagem são fornecidas abaixo:

Analisarei cada uma dessas considerações neste artigo.

Todos os processos listados anteriormente podem ser especificados para prototipagem de peças para verificação da aparência geral, verificações de interferência, ergonomia e conceito geral. No entanto, a verificação do projeto da peça com base nas propriedades específicas do material é muito mais difícil de ser concluída. A moldagem por injeção de protótipo é a única opção de prototipagem que produzirá peças quase idênticas às peças de produção. A razão pela qual descrevi isso como quase idêntico é porque o design, a qualidade, a construção e os materiais da ferramenta, bem como as condições de processamento, podem introduzir algumas diferenças entre um protótipo de peça moldada por injeção e uma peça de produção.

As duas opções de prototipagem em segundo lugar são usinagem CNC e FDM. Peças usinadas CNC cortadas de uma única placa de um material plástico específico fornecerão peças que representam de perto as peças de produção. Deve-se notar que o estoque de placas é extrudado ou moldado por injeção em seções transversais espessas. As correspondências exatas com os materiais de produção raramente são alcançadas. Em vez disso, as correspondências gerais com um material específico são altamente prováveis. Os exemplos incluem materiais como poliestireno GP, polietileno, policarbonato, acetal, ABS e assim por diante. É importante perceber que o estoque de placas usinadas é limitado às operações que podem ser executadas em uma máquina CNC e à disponibilidade de tamanhos de material em estoque. Além disso, as peças usinadas devem ser recozidas para aliviar as tensões usinadas. Deve-se também saber que a estrutura molecular da placa extrudada ou moldada por injeção é diferente daquela de uma peça moldada por injeção. Isto é especialmente verdadeiro para materiais reforçados com vidro.

Ao contrário da usinagem CNC, os protótipos FDM podem ser fabricados em praticamente qualquer material termoplástico. Mini extrusoras permitem extrusar a maioria dos termoplásticos em filamentos para sua impressora FDM. A peça impressa é geometricamente idêntica ao seu arquivo CAD 3D, exceto pelas tolerâncias. A desvantagem do FDM é o comportamento anisotrópico da peça impressa. As propriedades do material no plano XY podem ser significativamente diferentes daquelas no eixo Z. O grau de diferença depende do material e, mais importante, da impressora. Algumas impressoras afirmam que a resistência do material do eixo Z é 90% maior que a do plano XY. A maioria das impressoras, entretanto, não chega nem perto desse nível de correlação. Uma das diferenças de propriedade mais significativas está na resistência à flexão do material. Uma solução simples é imprimir recursos como travas de encaixe como peças separadas, com a granulação de construção correndo na direção da flexão. O encaixe pode posteriormente ser colado à parte principal com solventes ou adesivos.

Protótipos feitos à mão, que compreendem vários pedaços menores unidos em uma única peça, são limitados a materiais disponíveis comercialmente, como peças usinadas em CNC. Protótipos feitos à mão podem se assemelhar mais a uma peça moldada por injeção devido ao processo; no entanto, os protótipos completos são muito mais delicados do que uma peça usinada em CNC, uma vez que a peça principal é normalmente fabricada pela colagem de várias peças menores com solventes ou adesivos. Protótipos feitos à mão, portanto, não podem ser testados contra quedas ou impactos com qualquer confiabilidade.