Protótipos – O que são protótipos e para o que servem

Usintek investe em impressão 3D para fazer ferramentas e protótipos

A história da prototipagem

O desenvolvimento de protótipos não é algo recente, há séculos os inventores já criavam os seus modelos em escala para ajudá-los a explorar e experimentar.

Leonardo Da Vinci criou diversas invenções como o paraquedas, projeto dos primeiros helicópteros, máquinas voadoras, tanque de guerra e só conseguiu chegar nesses conceitos através da criação de diversos protótipos até obter o resultado final.

Protótipos físicos e digitais – O que são e para o que servem
Imagem 1: Reprodução/ Manoel Lemos / Flickr

Na história mais recente, para termos os aviões no nível de tecnologia atual foi necessário que os inventores dos aviões, Santos Dumont e os Irmãos Wright, criassem diversos protótipos e realizassem diversos testes para entender como funcionava a navegabilidade no ar, nos três eixos possíveis, afim de desenvolver uma máquina voadora estável e eficiente. Santos Dumont que foi o pioneiro do primeiro voo levou o protótipo de avião “14 Bis” às alturas em outubro de 1906, no Campo de Bagatelle, em Paris, França.

Imagem 2: Reprodução / Flick

Protótipos

Produzir, criar ou manufaturar um protótipo é de fato uma etapa indispensável para a validação de um produto. Devido a essa quarta revolução industrial que estamos vivendo e a revolução 3D na indústria, as empresas agora podem acelerar os estágios do processo de desenvolvimento de produtos e acelerar a entrega de produtos no mercado. A impressão 3D permite que a “prototipagem” se torne “prototipagem rápida”, um processo que oferece maior eficiência da equipe e de organização e uma melhor percepção do produto, é a partir desse protótipo que o produto podem ser testados, ideias saem do papel e se tornam realidade para validação funcional ou visual, sendo possível aprimorar ou corrigi-lo, se necessário, até que esteja pronto em sua melhor versão evitando assim más decisões que podem ser demoradas e caras de retificar.

Antes da prototipagem rápida ser inserida no mercado com uma forma inovadora de se criar objetos 3D, trazida pelas tecnologias de manufatura aditiva, para se construir um protótipo funcional e se chagar a uma validação efetiva, era preciso modelar manualmente um objeto para assim servir como referência para os processos de manufatura convencional. Por sua vez, toda essa rotina poderia ser mais custosa e trabalhosa do que o processo de criação final do produto.

Prototipagem Funcional

Esse estágio geralmente é realizado após a seleção de um conceito. Ele avalia e determina o ajuste preciso, enquanto avança e refina a forma visual de um protótipo. A validação de um projeto atende aos requisitos funcionais durante este estágio. A validação é feita através de uma infinidade de cenários de teste que simulam o uso do produto em condições reais, dando aos designers e engenheiros a confiança para mudar para a manufatura.

Caso de utilização de protótipos – Boom Technology

A empresa Boom Technology, está redefinindo o que significa voar, com o Boom Supersonic. Na visão da empresa é tornar o mundo dramaticamente mais acessível através de viagens supersônicas. A Boom está atualmente desenvolvendo o XB-1, um protótipo em escala 1:3 para provar as principais tecnologias para viagens supersônicas eficientes e seguras. O XB-1 ajudará a refinar o projeto e a engenharia da Abertura.

Imagem 3: Divulgação

Desafio

O limitador de leme é um dispositivo que controla a deflexão (movimento) do leme, que é especialmente crítico durante o vôo supersônico. Grandes deflexões em vôo podem danificar a aeronave. Um protótipo funcional do limitador de leme é necessário para testar o projeto cinemática e validar o funcionamento adequado.

A fabricação de um protótipo funcional do limitador de leme requer uma usinagem individual de cada peça da montagem. No entanto, existem várias desvantagens neste processo.

  • Longo prazo de fabricação (8 semanas)
  • Resíduos de materiais associados à usinagem
  • Maiores custos de material

Solução

Em vez de usinagem, a Boom Technology usou manufatura aditiva para fazer as peças em ASA, um termoplástico de engenharia. Esta solução ofereceu os seguintes benefícios.

  • Tempo de espera significativamente reduzido
  • Menor custo de material
  • Maior liberdade de design

A manufatura aditiva (AM) deu a empresa a capacidade de produzir um leme funcional protótipo do limitador mais rapidamente, evitando a fila de atraso de usinagem típica e configuração da máquina. O custo do material foi reduzido porque a manufatura aditiva usa apenas a quantidade de material necessário para construir cada parça diferente dos métodos convencionais de usinagem que a partir de um bloco solido de material prima, removem material até se obter o objeto final. Isso contrasta com a alta porcentagem de desperdício de material associado à usinagem CNC. A manufatura aditiva também eliminou as restrições de design para fabricação inerentes à usinagem, permitindo aos engenheiros a liberdade para obter o design personalizado e ideal para cada peça da montagem.

Protótipos - Boom Technology
Protótipos - Boom Technology

Imagem 4 e 5: Caso de sucesso Stratasys 

https://www.stratasys.com/explore/case-study/boom-supersonic

Impacto

 “Com a impressão 3D, conseguimos obter peças muito rapidamente e determinar se elas vão funcionar ou se precisamos fazer alterações”, diz Jagemann. “Em vez de passar oito horas em CAD tentando verificar as restrições de espaço, o engenheiro pode continuar trabalhando em outras coisas. Quando a peça é impressa, eles podem verificar o ajuste.”

A fabricação aditiva FDM® permitiu que a Boom fabricasse as peças do limitador do leme em 44 horas. A fabricação tradicional levaria oito semanas. Além disso, o custo total foi de US $ 150 contra US $ 12.000 usando o alumínio fresado tradicional.

Prototipagem Conceitual

O protótipo conceitual é aquele que buscar trazer uma ideia de forma e design de referencia que por muitas vezes não se assemelha com o a versão final do produto. Estes tipos de projetos são desenvolvidos na fase inicial e são rapidamente implementados para se obter resultados visuais. Este é o estágio em que os designers tentam “falhar rapidamente” e com o menor custo possível para encontrar a forma, o tamanho e a orientação correta de seus produtos. 

Caso de utilização de protótipos – Kärcher

De acordo com Kärcher, a inovação é o mais fator importante para garantir o crescimento da empresa. Em 2017, cerca de 90% de todos os produtos em seu portfólio tinham cinco anos ou menos. Com este nível de otimização e inovação vem uma necessidade de processos rápidos, eficientes e personalizados, desde a fase de design até o embarque do produto. O segredo da Kärcher para manter a produção cada vez cada vez maior, enquanto impulsiona constantemente a inovação seus produtos, é atribuível em grande medida ao seu uso de tecnologia de impressão 3D.

“Tradicionalmente, usaríamos fresagem ou peças padrão individuais para montar protótipos para produtos”, explica Achim Sanzenbacher, Gerente de Prototipagem da Kärcher. “O processo era muito demorado, além de restringir nossa capacidade para criar um protótipo realista, visual e com a sensação do produto final. Através do uso do material Agilus (que simula borracha), o Vero (material rígido e colorido) em uma impressora de tecnologia Polyjet da Stratasys criamos protótipos que imitam a peça final, acelerando o desenvolvimento do nosso protótipo para a pistola de gatilho EASY! FORCE significativamente, em comparação com os métodos tradicionais.”

Protótipos - Karcher

Imagem 6: Caso de sucesso Stratasys

https://www.stratasys.com/explore/case-study/kaercher

 

Mais rápidas e melhores do que nunca, as empresas podem acelerar o lançamento de seus produtos ao mercado, resultando em um produto final bem-sucedido, sem surpresas indesejáveis e muitas vezes caras na pós-produção. Quaisquer que sejam os requisitos individuais de prototipagem, o resultado permanece claro: A impressão 3D produz e afeta quase todos os estágios da prototipagem, economizando tempo e dinheiro em seu processo.

Entenda, teste e arrisque a experimentação é a melhor alternativa.

Para saber mais sobre prototipagem

Impressoras 3D são mais do que máquinas para protótipos

DMU – Digital mockup – Otimizando a validação do produto de forma digital

Autores deste Post

Vinicius Sampaio

Soares

Gabriel Soares