Qué es el prototipado industrial
El prototipado de un producto industrial es la materialización de una idea en un modelo real en 3D, así los diseñadores y fabricantes pueden ver físicamente su diseño antes de proceder a su validación y verificación definitiva.
La creación de prototipos se relaciona de manera directa con la resolución de problemas, la eficiencia de la producción, la viabilidad del material, la garantía de calidad y la funcionalidad.
Un prototipo de un producto, gracias a las técnicas modernas existentes, puede realizarse de forma efectiva y a bajo coste.
Las técnicas de prototipado cambian y se adaptan a las diferentes fases de creación de prototipos, por ello es muy importante seleccionar las técnicas con la que se realizará tanto el modelo como el prototipo.
Algunas técnicas de prototipado industrial son:
- Impresión 3D. La impresión tridimensional tiene a su vez diferentes técnicas: por luz selectiva o estereolitografía, por sinterización por láser selectiva (SLS), por deposición de un material fundido y por inyección triple o Polyjet.
- A través de corte láser
- Prototipado rápido con el fresado CNC.
Otras técnicas de prototipado van desde la creación de bocetos iniciales a la creación de modelos de apariencia no funcionales.
Impresión 3D
La impresión 3D es un avance muy significativo de las tecnologías de fabricación por adición donde un objeto tridimensional se crea mediante la superposición de capas sucesivas de material.
La impresión 3D permite la fabricación de productos personalizados que se ajustan a las necesidades de cada usuario; la fabricación de tendencias y de nuevas creatividades, siendo su uso muy extendido en el diseño industrial, joyería, calzado, industrias de ingeniería y construcción, automoción y aeroespacial, o la industria médica.
Un ejemplo, en el sector de alimentación es la elaboración de productos de alimentación en Impresoras 3D de comida con masas de microalgas, chocolate o azúcar, o en el sector textil, una impresora de ropa en 3D de materiales como Filaflex.
Así mismo, la impresión 3D permite la creación de piezas o repuestos ante imprevistos o retrasos de entregas, o incluso cuando el repuesto original no existe, para el mantenimiento de equipos, máquinas o líneas de producción.
Tipos de materiales
Los materiales para impresión 3D pueden ser transparentes, de colores, opacos, flexibles, rígidos, de alta temperatura y resistencia. Según el diseño del producto se escogerá el material que debemos utilizar, la impresora y el proceso por el cual se imprimirá . Los principales materiales son:
- Ácido poliláctico (PLA), el más utilizado. El filamento PLA es un poliéster poliláctico, biodegradable, derivado del maíz. Se presenta en múltiples colores,incluyendo colores translucidos y limitados.
- Laywoo-d3, compuesto madera/polímero similar al PLA.
- Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), adecuado para prototipado de piezas que requieren una alta resistencia al impacto y golpes fuertes. El filamento ABS también se encuentra en una amplia variedad de colores.
- Poliestireno de alto impacto (HIPS).
- Tereftalato de polietileno (PET).
- Elastómero termoplástico (TPE), siendo el más habitual el TPU (poliuretano termoplástico).
- Nylon.
- Metal amorfo (BGM).
- Acetato de polivinilo (PVA)
Prototipado 3D
A continuación, se listan softwares que se puede utilizar para el diseño de piezas en 3D o en 2D y para convertir estos diseños en gcode para poder imprimir en 3D o grabar en láser.
1. Herramientas de diseño
1.1 Herramientas de diseño 3D paramétrico.
Algunos de los software de diseño más utilizados, son éstos:
- Autodesk Inventor: Es una herramienta de diseño 3D paramétrico utilizada para crear modelos de piezas y ensamblajes mecánicos. Cuenta con una amplia gama de herramientas de diseño y simulación para ayudar a los usuarios a crear modelos precisos y optimizados.
- SolidWorks: Es un software de diseño mecánico paramétrico muy popular que permite a los usuarios diseñar piezas, ensamblajes y dibujos técnicos en 3D. Cuenta con una interfaz intuitiva y herramientas avanzadas de modelado.
- CATIA: Es una herramienta de diseño 3D paramétrico utilizada en la industria aeroespacial y de automoción. Ofrece herramientas avanzadas para la creación de modelos complejos y simulación de ensamblajes.
- PTC Creo: Es una herramienta de diseño 3D paramétrico que permite a los usuarios crear modelos de piezas y ensamblajes mecánicos, así como diseños de productos complejos. Incluye herramientas para la simulación y análisis de diseño.
- Siemens NX: Es un software de diseño 3D paramétrico que se utiliza en una variedad de industrias para la creación de modelos de piezas y ensamblajes mecánicos, así como para el diseño de productos. Cuenta con herramientas avanzadas de simulación y análisis.
- Onshape: Es una herramienta de diseño 3D paramétrico basada en la nube que permite a los usuarios colaborar en tiempo real en el diseño de piezas y ensamblajes mecánicos. Ofrece herramientas de modelado avanzadas y una interfaz intuitiva.
- Fusion 360: Es una herramienta de diseño 3D paramétrico de Autodesk que se utiliza para la creación de modelos de piezas y ensamblajes mecánicos, así como para el diseño de productos. Cuenta con herramientas avanzadas de simulación y análisis.
- FreeCAD es otro software de diseño 3D paramétrico de código abierto que se utiliza para la creación de modelos de piezas y ensamblajes mecánicos. Ofrece herramientas avanzadas de modelado y una interfaz intuitiva que facilita el proceso de diseño. Además, es una excelente opción para aquellos que buscan una alternativa gratuita a los software de diseño 3D paramétrico comerciales.
| Programa de Diseño 3D Paramétrico | Página Web |
| Autodesk Inventor | https://www.autodesk.com/products/inventor/overview |
| SolidWorks | https://www.solidworks.com/ |
| CATIA | https://www.3ds.com/products-services/catia/ |
| PTC Creo | https://www.ptc.com/en/products/creo |
| Siemens NX | https://www.plm.automation.siemens.com/global/en/products/nx/ |
| Onshape | https://www.onshape.com/ |
| Fusion 360 | https://www.autodesk.com/products/fusion-360/overview |
| FreeCAD | https://www.freecadweb.org/ |
1.2 Herramientas generación código para impresión 3d.
Para generar el código que interpretable por la máquina hay que procesar el diseño realizado, así las principales opciones son:
- PrusaSlicer: Es un software gratuito y de código abierto que se utiliza para preparar modelos 3D para impresoras 3D Prusa. Cuenta con una interfaz fácil de usar y herramientas avanzadas para la generación de G-code.
- Repetier-Host: Es un software libre y gratuito que se utiliza para controlar impresoras 3D y generar G-code. Ofrece una amplia gama de herramientas para la configuración y generación de G-code.
- Slic3r: Es un software gratuito y de código abierto que se utiliza para preparar modelos 3D para impresoras 3D. Cuenta con herramientas avanzadas para la generación de G-code, incluyendo opciones de soporte y ajuste de parámetros de impresión.
- Ultimaker Cura: Es un software gratuito que se utiliza para preparar modelos 3D para impresoras 3D Ultimaker, pero admite otros modelos. Ofrece herramientas avanzadas para la generación de G-code y una interfaz fácil de usar.
| Programa de Generación de G-code | Página Web |
| Cura | https://ultimaker.com/software/ultimaker-cura |
| Simplify3D | https://www.simplify3d.com/ |
| PrusaSlicer | https://www.prusa3d.com/prusaslicer/ |
| Repetier-Host | https://www.repetier.com/ |
| Slic3r | https://slic3r.org/ |
1.3 Herramientas generación de gcode para grabado y corte láser.
Para generar código interpretable por los grabadores y cortadora láser tenemos las siguientes opciones.
- LaserGRBL: Es un software gratuito y de código abierto que se utiliza para controlar grabadores láser CNC y generar G-code. Ofrece una interfaz fácil de usar y herramientas avanzadas para la generación de G-code, incluyendo ajuste de velocidad, potencia y profundidad de corte.
- LightBurn: Es un software comercial que se utiliza para controlar grabadores láser CNC y generar G-code. Ofrece una amplia gama de herramientas para la generación de G-code, incluyendo opciones avanzadas de diseño y ajuste de parámetros de corte.
- T2Laser: Es un software comercial que se utiliza para controlar grabadores láser CNC y generar G-code. Ofrece una interfaz fácil de usar y herramientas avanzadas para la generación de G-code, incluyendo opciones de diseño, ajuste de parámetros de corte y grabación de imágenes.
- Laserweb: Es un software gratuito y de código abierto que se utiliza para controlar grabadores láser CNC y generar G-code. Ofrece herramientas avanzadas para la generación de G-code, incluyendo opciones de diseño, ajuste de velocidad y potencia de corte.
- K40 Whisperer: Es un software gratuito y de código abierto que se utiliza para controlar grabadores láser CNC y generar G-code. Ofrece una interfaz fácil de usar y herramientas avanzadas para la generación de G-code, incluyendo ajuste de velocidad, potencia y profundidad de corte.
| Programa de Generación de G-code | Página Web |
| LaserGRBL | https://lasergrbl.com/ |
| LightBurn | https://lightburnsoftware.com/ |
| T2Laser | https://t2laser.com/ |
| Laserweb | https://laserweb.github.io/LaserWeb4/ |
| K40 Whisperer | https://www.scorchworks.com/K40whisperer/k40whisperer.html |
1.4 Gcode.
G-code (del inglés, «Geometric Code» o «Código Geométrico») es un lenguaje de programación utilizado para controlar máquinas CNC (Control Numérico por Computadora) y otros dispositivos que utilizan movimiento controlado por ordenador, como impresoras 3D y grabadores láser. El G-code es una serie de instrucciones que se envían a la máquina CNC para indicarle cómo moverse y realizar tareas específicas.
El G-code se compone de una serie de comandos que se organizan en bloques de texto que se envían a la máquina CNC. Estos comandos indican a la máquina cómo moverse en los ejes X, Y y Z, así como la velocidad de movimiento, la tasa de alimentación y la posición de la herramienta de corte o impresión. Los comandos también pueden incluir la selección de herramientas, la activación y desactivación de los motores de la máquina, el encendido y apagado de la fuente de energía, y la ejecución de programas específicos.
Aunque no es necesario conocer éste lenguaje para imprimir en 3D o hacer un grabado láser, es interesante tener una mínimas nociones para poder comprender el proceso de impresión o grabado, y en muchos casos modificar el código para obtener algún resultado especial.
Existe mucha documentación en internet acerca de éste lenguaje y sus parámetros, una referencia puede ser el siguiente enlace: http://linuxcnc.org/docs/html/gcode/g-code_es.html