Métodos para fabricar prototipos metálicos: Procesos y consejos

Crear un prototipo es un paso inicial y crucial en el proceso de desarrollo de un producto. Con la ayuda de prototipos metálicos, los ingenieros pueden encontrar los defectos o fallos de sus ideas antes de la producción en serie. 

Existen distintos métodos para fabricar prototipos metálicos. Todos los métodos tienen ventajas y desventajas únicas. Estos métodos ayudan a los fabricantes a seguir el enfoque adecuado para fabricar piezas metálicas innovadoras. En este artículo, obtendrá una visión adecuada de cómo crear un prototipo con diferentes métodos.

¿Por qué elegir prototipos metálicos?

La selección de materiales es un paso crucial para la creación de prototipos. Algunos materiales de mecanizado habituales para la creación de prototipos son los plásticos, las resinas, la cerámica, la madera y los metales, entre otros. Pero el metal tiene muchas ventajas entre todas estas opciones. Los prototipos de metal son una buena opción para las pruebas funcionales por diferentes razones, entre las que se incluyen:

Resistencia y durabilidad

Los prototipos de metal pueden soportar las fuerzas externas sin sufrir daños permanentes gracias a su resistencia y durabilidad. Mientras que muchos prototipos de plástico no pueden mantener su estructura y rendimiento a lo largo del tiempo. Además, el metal también puede soportar el impacto de entornos hostiles y variaciones de temperatura.

Versátil

Aluminio, acero, titanio, cobre o latón son los distintos metales que pueden utilizarse para la creación de prototipos. Esta versatilidad ayuda a los ingenieros a elegir el mejor metal en función de sus necesidades. Además, los metales también son adecuados para formar geometrías complejas.

Pruebas realistas

Los prototipos metálicos pueden proporcionar resultados de ensayo más precisos porque imitan fielmente el producto final. Los metales pueden soportar la presión durante las distintas fases de las pruebas sin desgastarse ni deformarse. Por tanto, estos prototipos pueden detectar posibles fallos en las primeras fases del proceso de desarrollo.

Rentable

Por lo general, el plástico es una opción de material más barata para los prototipos en comparación con los metales. Sin embargo, los prototipos metálicos pueden ser una opción más rentable para usted porque no necesita volver a fabricar prototipos metálicos una y otra vez. Los prototipos metálicos son adecuados para aplicaciones sometidas a grandes esfuerzos y pueden someterse a múltiples pruebas sin degradarse.

Diferentes métodos para fabricar un prototipo de metal

Existen diferentes opciones para hacer un prototipo metálico. En diversas industrias, el proceso de desarrollo implica diferentes requisitos y complejidades. A continuación se describen los principales métodos para fabricar prototipos metálicos.

Prototipo de mecanizado CNC

El mecanizado CNC funciona siguiendo las instrucciones de máquinas controladas por ordenador. El CAD da instrucciones al controlador CNC para que controle el movimiento del equipo para formar un prototipo de metal.

Hay varios tipos de mecanizado CNC, estos incluyen 3 ejes, 4 ejes, y CNC de 5 ejes . Las máquinas CNC con más ejes pueden realizar tareas más complejas. Por tanto, la selección de una máquina CNC depende de la complejidad de las piezas o las operaciones de mecanizado.

Ventajas e inconvenientes del mecanizado CNC 

En Mecanizado CNC proporciona alta precisión, repetibilidad y capacidad para crear formas complejas. También ofrece plazos de entrega rápidos y puede trabajar con una amplia gama de materiales.

Sin embargo, tiene unos costes de instalación iniciales elevados y requiere operarios cualificados. Además, el proceso puede producir material de desecho y requieren un mantenimiento regular.

Prototipo metálico impreso en 3D

3D impresión metálica es una forma moderna de fabricar prototipos metálicos. Se diferencia del mecanizado CNC porque es un método de fabricación aditiva. Este proceso crea piezas metálicas capa a capa utilizando polvo metálico.

El polvo metálico forma una fina capa sobre la plataforma de construcción, y el haz de electrones asienta las capas. Este proceso continúa hasta que se forma todo el producto. Impresión 3D es adecuado para fabricar piezas metálicas ligeras, complejas y de un solo uso o temporales.

Ventajas e inconvenientes de la impresión 3D

Con la impresión 3D es fácil crear diseños complejos. También tiene menos tiempo de entrega en comparación con el mecanizado CNC. Pero no proporciona a los prototipos un acabado superficial liso. Es un método caro debido al uso de polvo metálico y al postprocesado del producto.

Fundición a presión de metales

La fundición a presión de metales crea piezas complejas utilizando una cavidad de molde. En este método, el metal fundido se transfiere a una cavidad de molde y, tras enfriarse, adopta la forma de un prototipo. Es un método eficaz para producir componentes complejos en diferentes industrias. Este método tiene la capacidad de producir varias piezas durante la producción en masa con precisión.

Ventajas e inconvenientes de la fundición a presión

La fundición de metales permite producir rápidamente componentes complejos con precisión. Es rentable, además de una forma más rápida de formar prototipos metálicos.

Sin embargo, este método puede resultar caro para piezas intrincadas porque necesitan matrices especiales y una inversión elevada. Otra desventaja es la porosidad y los problemas de superficie. Estos problemas pueden afectar a la resistencia y la estética del prototipo, por lo que es necesario un coste adicional para solucionarlos.

Prototipos de chapa metálica

El prototipado de chapa metálica consta de tres pasos: cortar, doblar y dar forma a una chapa metálica para producir un prototipo. Con ayuda del software CAD, los ingenieros crean un diseño en 2D o 3D. Tras seleccionar el metal según los requisitos, se realizan otras acciones en la chapa para crear el prototipo metálico deseado.

Ventajas e inconvenientes de la fabricación de chapas metálicas

El prototipado de chapa acelera el proceso de desarrollo del producto. También es menos costoso que otros métodos tradicionales. Por tanto, es adecuado para proyectos de bajo coste y rápida respuesta.

Sin embargo, conseguir formas complejas es difícil o a veces imposible, porque la fabricación de chapa sólo se basa en cortar y doblar.

Extrusión de metales

Extrusión de metal significa forzar el metal a través de una matriz para crear la forma deseada. Cuando el metal pasa por la matriz de extrusión, produce perfiles o piezas de sección transversal fija. Durante este proceso, el metal sufre esfuerzos de compresión y cizallamiento para obtener la forma deseada. Estas fuerzas pueden moldear el metal de cualquier forma.

Ventajas e inconvenientes de la extrusión de metales

Es un método rentable porque evita el desperdicio de metal. Casi todos los prototipos fabricados con este método no necesitan mecanizado posterior porque da resultados satisfactorios.

Sin embargo, no es adecuado para materiales frágiles y puede provocar deformaciones debido a las fuerzas de compresión.

Metales típicos adecuados para la creación de prototipos

Los metales son versátiles y tienen propiedades únicas. Por eso forman parte de diferentes industrias manufactureras. Estos son algunos de los metales que se consideran adecuados para la creación de prototipos metálicos.

Aluminio

El aluminio es un metal muy utilizado en diversas industrias para fabricar prototipos. Es útil para fabricar componentes ligeros en las industrias aeroespacial y automovilística. Prototipos de aluminio son duraderas y rentables.

Acero

El acero es un metal fuerte y resistente que lo hace capaz de soportar las cargas. La resistencia del acero lo hace adecuado para la construcción, la maquinaria o la industria del automóvil.

Latón

Este metal es adecuado para componentes eléctricos por su buena conductividad eléctrica. Es un material versátil muy fácil de mecanizar y que puede cumplir las especificaciones requeridas.

Titanio

El titanio es adecuado para la creación de prototipos porque es sólido y ligero. Estas propiedades son ideales para aplicaciones que necesitan resistencia sin añadir peso al producto.

Cobre

El cobre es adecuado para prototipos electrónicos por su conductividad térmica y eléctrica. También es maleable, por lo que se le puede dar forma fácilmente en cualquier diseño complejo.

Consejos prácticos de mecanizado para crear prototipos metálicos

Es necesario seguir algunos consejos de mecanizado para conseguir un prototipo rápido metálico de alta calidad. Estos consejos garantizan que ingenieros y diseñadores consigan los prototipos deseados.

Selección de materiales

Elegir el material adecuado es necesario para el éxito global del prototipo metálico. Influye tanto en el rendimiento como en la funcionalidad del prototipo. La selección del metal depende de las propiedades mecánicas y la conductividad térmica. También debe saber si el metal seleccionado es compatible con la aplicación prevista o no.

En la industria del automóvil, se necesitan materiales ligeros como el aluminio para crear distintos componentes, como ruedas o paneles de carrocería, por su relación resistencia-peso. La selección de materiales influye en el consumo de combustible y el rendimiento general del vehículo.

Diseño CAD

El modelo CAD o de diseño asistido por ordenador es crucial para producir un prototipo preciso. Todo el proceso de creación de prototipos depende de él, ya que permite conseguir las dimensiones y la funcionalidad deseadas del prototipo.

El software CAD es fácil de usar para fabricar prototipos metálicos de alta calidad porque puede investigar y diagnosticar fácilmente los problemas en el diseño del prototipo. Por ejemplo, si necesita realizar cambios en el diseño del prototipo, no es necesario empezar desde cero, sino que puede modificar fácilmente el diseño existente.

Selección de herramientas

La selección de herramientas también es necesaria para mecanizar el metal y obtener el prototipo deseado. Durante la selección de herramientas, hay que tener en cuenta algunos factores como el material, los distintos procesos de mecanizado y la geometría de la herramienta.

Por ejemplo, técnicas como el fresado, el taladrado y el torneado utilizan herramientas específicas para fabricar un prototipo de metal y conseguir los resultados requeridos. Una selección incorrecta de la herramienta provoca daños en la pieza, lo que puede aumentar el coste total de producción.

Parámetros de mecanizado

Algunos parámetros de mecanizado influyen en el proceso de prototipado rápido de metal. Estos parámetros incluyen la velocidad de corte, el avance y la profundidad de corte. Es necesario optimizar todos estos parámetros durante el desarrollo del prototipo para obtener resultados eficientes.

Aplicaciones para prototipos metálicos

Los prototipos metálicos tienen propiedades versátiles que los hacen adecuados para diversas aplicaciones industriales. Estos prototipos garantizan que varios componentes se ajusten o no a los requisitos. Son compatibles con diversas industrias y tienen numerosas aplicaciones.

Aeroespacial y automoción

Las industrias aeroespacial y automovilística utilizan prototipos metálicos para probar componentes de aviones y vehículos con el fin de mejorar las prestaciones del producto final. Ambas industrias necesitan materiales que puedan soportar grandes tensiones mecánicas. El metal cumple todos los requisitos gracias a su resistencia, durabilidady la reutilización.

Industria médica

Los prototipos metálicos mejoran la eficacia y seguridad de los productos en el campo médico. Las industrias médicas utilizan estos prototipos para instrumentos quirúrgicos, implantes y otros dispositivos médicos con el fin de formar productos impecables que cumplan las normas de seguridad médica.

Electrónica

Los prototipos metálicos garantizan que los ingenieros encuentren sus diseños adecuados para la producción en serie. Estos prototipos tienen propiedades mecánicas y eléctricas, lo que los hace ideales para probar componentes y dispositivos eléctricos.

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Más información: Mecanizado CNC de latón

Conclusión

Prototipos metálicos proporciona muchas ventajas durante el desarrollo del producto al detectar fallos antes de fabricarlo a mayor escala. Con la ayuda de los prototipos metálicos, tiene la seguridad de que su diseño es compatible o eficiente según las necesidades de su proyecto. En caso de discrepancia, puede realizar cambios en la fase inicial de fabricación. Puede ahorrarle dinero y tiempo durante el desarrollo del producto.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es el proceso de prototipado rápido más habitual?

La impresión 3D es el proceso de prototipado rápido en metal más común porque es versátil y contribuye a crear geometrías complejas con facilidad.

¿Cuál es el plazo de entrega habitual de los prototipos metálicos?

El plazo de entrega depende de varios factores, como la complejidad del diseño, el material o el método de creación de prototipos. Los procesos de fabricación tradicionales tardan más que la impresión 3D. Por lo general, se tarda entre unos días y unas semanas.

¿Qué metal es mejor para aplicaciones de alta temperatura?

Metales como el acero inoxidable y el titanio tienen excelentes propiedades de resistencia al calor que los convierten en los mejores para aplicaciones de alta temperatura.