Como criar um protótipo de plástico

No ambiente de fabricação em ritmo acelerado de hoje, a prototipagem plástica se tornou um passo essencial para transformar idéias em produtos tangíveis e testáveis. Antes de se comprometer com a produção em grande escala, as empresas dependem de protótipos para validar a intenção do projeto, avaliar a funcionalidade e ajudar a minimizar o risco de erros dispendiosos nos estágios posteriores da produção. Em muitos casos, um protótipo de plástico bem executado serve como ponte crítica entre um conceito e um produto comercialmente viável.

Então, como você cria um protótipo de plástico? Inclui uma mistura de decisões de design inteligente, os materiais certos e adequadosMétodos de fabricação- Tudo o que vamos quebrar passo a passo neste artigo.

O que é prototipagem de plástico?

A prototipagem plástica é o processo de criação de modelos físicos precoces ou amostras de um produto usando materiais plásticos. Esses protótipos ajudam os fabricantes a testar e refinar o formulário, o ajuste, a função e a estética de um produto antes da produção em grande escala. Esse processo permite que a equipe de engenharia valida conceitos de design, identifique possíveis problemas, obtenha feedback do usuário e garanta que o produto esteja pronto para a fabricação e alinhado às necessidades do mercado.

Dependendo da maturidade do design, um protótipo pode parecer, trabalhar como ou se assemelhar ao produto final. Mas "parecer" e "obras" não são as únicas maneiras de categorizar protótipos. Abaixo estão os termos comuns adicionais usados ​​para classificá -los:

• Protótipo visual/tátil:Uma versão preliminar usada para mostrar recursos básicos, como tamanho e forma de um produto, sem funcionalidade preocupante ou aparência detalhada. A impressão FDM ou SLA 3D é comumente usada para produzir de maneira rápida e econômica esses protótipos.
• Protótipo funcional:Também conhecido como protótipo de funcionamento, inclui os principais recursos e materiais para replicar as funções principais do produto final. Permite o teste de ajuste, desempenho mecânico e usabilidade. Para requisitos especiais como segurança alimentar, clareza ou resistência à pressão, são necessários métodos como usinagem ou fundição.
• Protótipo de alta resolução:Uma versão quase final que se assemelha ao produto final em aparência, função e acabamento. É ideal para apresentações das partes interessadas, testes de usuário, marketing ou aprovação de pré-produção. Técnicas de alto detalhamento, como SLA, polijet ou fundição a vácuo, são comumente usadas.

À medida que esses protótipos se tornam mais refinados, eles passam por várias fases de teste para garantir a prontidão para a produção. Esses estágios de teste são importantes para validar a integridade, o desempenho e a fabricação do projeto.

Existem três tipos de testes comumente usados:

• Teste de validação de engenharia (EVT)é normalmente conduzido no estágio inicial da prototipagem, verificando se as funções principais do produto desempenham como pretendido. Esta fase se concentra na identificação de falhas de design fundamental e questões em potencial, fornecendo feedback valioso para mais melhorias no projeto.
• Projeto Teste de Validação (TDVT)é normalmente realizado após a validação e otimização inicial do projeto. Ele não apenas verifica a funcionalidade do produto, mas também testa de maneira abrangente sua usabilidade, confiabilidade, conformidade com regulamentos e padrões e outros aspectos.
• Teste de validação de produção (PVT)é realizado quando o design do produto está quase finalizado e se aproximando da produção em massa. É uma transição crucial das corridas piloto para a fabricação em larga escala. A PVT se concentra na validação de configuração da linha de produção, processos de fabricação e calibração de equipamentos. Inclui testes de produção, inspeção do primeiro artigo (FAI) e confirmação de que o produto pode ser construído em escala com qualidade consistente.

Métodos comuns para prototipagem plástica

No ciclo de desenvolvimento de produtos-da validação do conceito precoce aos testes de pré-produção-as técnicas diferentes são empregadas para atender a diversos objetivos. Alguns métodos priorizam a iteração rápida, enquanto outros pretendem replicar a qualidade e o desempenho do produto final. Na prototipagem de plástico, quatro métodos de fabricação amplamente utilizados se destacam por suas vantagens e versatilidade exclusivas.

Impressão 3D

A impressão 3D, ou fabricação aditiva, é um termo abrangente que abrange uma variedade diversificada de técnicas que criam objetos tridimensionais adicionando camada de material por camada de um modelo digital. Essas técnicas suportam prototipagem rápida e múltiplas iterações e podem produzir geometrias complexas sem a necessidade de moldes ou ferramentas personalizadas. Abaixo estão três dos métodos mais populares para fabricar protótipos de plástico:

• Modelagem de deposição fundida (FDM):Um método de impressão 3D de baixo custo, amplamente utilizado para modelos de conceito em estágio inicial e protótipos funcionais simples. Ele extruda filamentos termoplásticos como PLA, ABS ou PETG através de um bico aquecido, depositando o material da camada por camada. No entanto, as peças FDM podem ter linhas de camada visíveis e redução da integridade estrutural.

• Estereolitografia (SLA):Usa um laser UV para curar a resina líquida em um IVA, produzindo peças com alta precisão e excelente acabamento superficial. Isso o torna uma escolha de primeira linha para modelos visuais, protótipos de alta resolução e peças de grau de apresentação. No entanto, o SLA geralmente é mais caro devido a resinas e equipamentos especializados, e suas peças impressas são tipicamente mais quebradiças que os termoplásticos. Pós-cura é frequentemente necessário para obter força mecânica completa.

• Sinterização seletiva a laser (SLS):Usa um laser de alta potência para fundir plásticos em pó como nylon ou TPU em camadas sólidas, produzindo protótipos duráveis ​​e funcionais. Como o pó não interrado envolve a peça durante a impressão, não são necessárias estruturas de suporte-tornando o SLS adequado para geometrias complexas, canais internos e recursos fechados. No entanto, as peças impressas geralmente têm um acabamento superficial levemente granulado e podem exigir pós-processamento para uma aparência mais suave.

Elenco de vácuo

A fundição a vácuo, também conhecida como fundição de uretano, é um método de fabricação de baixo volume que usa moldes de silicone e resinas de poliuretano para produzir peças plásticas com alta qualidade superficial e detalhes finos. O processo começa com um modelo mestre impresso em 3D de alta qualidade, usado para criar um molde de silicone flexível capaz de replicar geometrias complexas e recursos sutis de superfície.

Essa técnica é normalmente usada em estágios de prototipagem posteriores quando o design é maduro e é necessário um pequeno lote de protótipos consistentes. É especialmente adequado para produzir protótipos funcionais, modelos de apresentação e componentes de verificação de ajuste, como invólucros, alojamentos ou tampas.

Em particular, a fundição a vácuo é uma solução econômica para produzir 10 a 100 unidades para testes de validação de engenharia. Quando várias peças idênticas são necessárias, geralmente fornece custos mais baixos por unidade do que a impressão 3D-especialmente para replicação de curto prazo. Além disso, os moldes de silicone são mais baratos que os moldes de metal, mas têm uma vida útil limitada, normalmente produzindo 20 a 25 partes por molde.

Usinagem CNC

CNC usinagem de plásticoUtiliza máquinas-ferramentas controladas por computador para remover o material de um bloco sólido. Esse processo suporta tolerâncias apertadas e oferece excelente repetibilidade, permitindo a criação de geometrias complexas - incluindo threads finos, undercuts e outros recursos complexos.

A usinagem do CNC é frequentemente usada para protótipos funcionais no meio do estágio, que exigem alta precisão e força. Ele fornece propriedades uniformes de material para testes confiáveis ​​de ajuste, forma e função - como a impressão 3D, que pode sofrer de fraquezas entre camadas. O processo também permite o uso de vários materiais, oferecendo a flexibilidade de escolher a melhor opção para suas necessidades específicas. Os serviços disponíveis incluem moagem, girar e engrenagem.

Moldagem por injeção

A moldagem por injeção geralmente não é a primeira opção para prototipagem, porque leva muito tempo e custa mais. No entanto, o Chiggo pode produzir de maneira rápida e econômica moldes de aço para PVT-o estágio de teste final antes da produção-com amostras T1 (as primeiras partes produzidas a partir da ferramenta de produção) disponíveis em 10 dias.

Além disso, ao produzir 100 ou mais protótipos plásticos, métodos rápidos usando moldes de alumínio ou impressão em 3D com uma base de molde padrão podem reduzir o tempo e o custo sem sacrificar a qualidade, embora normalmente ofereçam menor precisão e não sejam tão duráveis ​​quanto os moldes de aço.

Materiais comuns para um protótipo plástico

Coletivamente, os quatro métodos de prototipagem de plástico suportam uma ampla gama de materiais de resina plástica. Como a tabela abaixo mostra, no entanto, existem diferenças no que cada método suporta. 

Lembre -se de que:

1. As classificações de fundição a vácuo refletem a viabilidade de resinas PU análogas, não a fundição direta do polímero base.

2. As classificações de impressão 3D são baseadas no processo aditivo mais maduro e econômico para cada material:

• Fdm/fff:Adequado para ABS, PLA, PETG, TPU (plásticos de baixa a média de temperatura). Ele luta com pp/pe alto pp/pe. Máquinas de alta temperatura podem imprimir Peek, mas requerem controle rigoroso de processo.
• SLS/MJF:Nylon PA11/PA12 e seus compósitos são excelentes; O pó PP dedicado é justo; PE, PVC, TPU permanecem nicho ou experimental.
• SLA/DLP:Imprime acrílico como, abdominais e pp como fotopolímeros com excelente clareza e acabamento superficial, mas as propriedades mecânicas ficam atrás dos plásticos nativos; Não é adequado para plásticos de engenharia semi -cristalina, como Pom ou Peek.

3. O mesmo material pode ter um desempenho diferente, dependendo do método. Por exemplo, uma parte do ABS feita pelo CNC pode não corresponder à força ou acabamento de uma moldada por injeção devido a diferenças estruturais.

4. Sempre alinhe sua escolha de material e método de fabricação com a fase de teste atual e as metas de desempenho.

Um guia passo a passo para fazer um protótipo de plástico

Em seguida, explicaremos passo a passo como construir um protótipo de plástico e destacar as principais considerações ao longo do caminho.

Etapa 1: esclarecer qual tipo de protótipo você precisa

Antes de entrar no processo técnico, é crucial identificar o objetivo e o uso pretendido do seu protótipo. O aplicativo determinará qual tipo de protótipo é mais adequado:

• Se você estiver no estágio inicial de ideação e precisar explorar ou apresentar a forma, tamanho ou ergonomia de um produto - sem se preocupar com a funcionalidade - um modelo conceitual é apropriado.
• Se o objetivo é testar o comportamento mecânico, avaliar a interação de peça ou simular a experiência do usuário, um protótipo funcional é a escolha certa.
• Para validação visual, apresentações das partes interessadas ou materiais de marketing, um protótipo de alta resolução oferece a aparência e a precisão refinadas necessárias.
• Se você estiver se preparando para a produção em massa e precisar verificar materiais, fabricação ou conformidade com os padrões do setor, um protótipo no nível de produção ajudará a garantir a prontidão.

Etapa 2: Prepare um modelo CAD

Depois de esclarecer o tipo de protótipo necessário, a segunda etapa é criar um modelo CAD (design auxiliado por computador), que serve como o projeto digital do seu protótipo. O modelo CAD define as interfaces de geometria, dimensões e montagem da peça. Um arquivo CAD claro e bem preparado pode reduzir a ambiguidade, minimizar erros de produção e acelerar o processo de prototipagem.

Para garantir a fabricação, você pode seguir os pontos abaixo:

• Defina dimensões e tolerâncias críticas, especialmente para peças móveis ou interfaces.
• Inclua as relações de montagem se o seu produto for multi-componente.
• Considere os ângulos de rascunho, a espessura da parede e os meninos se você planeja usar técnicas de moldagem.
• Prepare desenhos 2D, se necessário, para destacar as principais especificações que podem não ser óbvias no modelo 3D.

Etapa 3: Escolha o método de prototipagem certo

Depois que seu design for finalizado, escolha um método de prototipagem que se adapte à sua linha do tempo, orçamento, necessidades materiais e requisitos de desempenho. Cada método oferece pontos fortes e trade-offs exclusivos-alguns favorecem a iteração rápida, enquanto outros se destacam em testes funcionais ou validação de produção. A tabela abaixo compara quatro métodos de prototipagem comuns com base no custo, tempo de entrega e adequação para diferentes estágios de desenvolvimento para ajudá -lo a decidir.

Crie protótipos de plástico com Chiggo

A prototipagem plástica é uma etapa crítica que preenche seu design à produção - ajuda a reduzir custos, identificando os problemas de design mais cedo, minimizando o retrabalho e evitando mudanças caras de ferramentas - ajudando você a acelerar seu caminho para o mercado. Na Chiggo, se você precisa de um único protótipo, produção personalizada em pequena escala ou pronta para se mover em direção à fabricação em larga escala, temos você coberto. Nossos engenheiros e designers experientes trabalham em estreita colaboração com você para otimizar seu design e garantir que ele possa ser fabricado sem problemas. Além disso, não temos requisitos mínimos de pedidos. Tem uma ideia em mente?Entre em contato conosco hoje and let’s bring it to life!