Prototipo de aluminio: Guía rápida

Todo gran producto empieza con un prototipo. En el caso de las piezas metálicas, es obvio. La gente siempre prefiere hacer prototipos antes de la producción. Todas las empresas prefieren ampliamente un prototipo de aluminio porque el aluminio es un metal blando y está ampliamente disponible. Y lo que es más importante, tiene una relación resistencia-peso muy buena.

Este artículo se centra principalmente en la creación de prototipos en aluminio. Aprenderá qué es y por qué es tan importante. También conocerá varios métodos para fabricar prototipos de aluminio. Por último, sabrá cómo elegir el método adecuado para su proyecto. Este artículo puede ser su mejor guía para hacer prototipos de aluminio.

¿Qué es un prototipo de aluminio?

El prototipo de aluminio suele ser el primer modelo de un producto. En el caso de los productos metálicos, aluminio se utiliza para fabricar este modelo. A los prototipos de aluminio también se les llama "maqueta de aluminio" o "modelo de aluminio." Suele utilizarse para probar y perfeccionar los diseños antes de la producción total.

El aluminio 6061 se utiliza ampliamente como aleación principal para prototipos de aluminio. Su popularidad se debe a varias ventajas. En primer lugar, tiene una relación resistencia-peso perfecta. En segundo lugar, es ligero y, por supuesto, resistente a la corrosión. En tercer lugar, es muy versátil, lo que significa que se puede utilizar para hacer cualquier modelo. En general, esta aleación crea prototipos de aluminio de alta calidad.

Los prototipos de aluminio se utilizan ampliamente en muchas aplicaciones. En automoción, son cruciales para fabricar piezas de chasis y componentes de motor.

En la industria aeroespacial, los prototipos de aluminio también son cruciales. Como sabe, los aviones necesitan una gran precisión. Los prototipos de aluminio se someten a un proceso de creación rápida de prototipos para obtener los mejores resultados. Estos modelos se utilizan antes de fabricar diversos componentes y accesorios de la carrocería de los aviones.

En electrónica, los prototipos de aluminio son famosos por la fabricación de disipadores de calor o carcasas de dispositivos. En medicina, destacan los instrumentos y equipos quirúrgicos. También se observan aplicaciones similares en bienes de consumo.

Prototipos rápidos de aluminio

El prototipado rápido suele ser un proceso iterativo. Consta de cuatro etapas principales y una etapa repetitiva.

Diseño à Evaluación à Desarrollo à Evaluación à Aplicación à Análisis

En la fase de diseño, puede crear un modelo conceptual de su producto. En este caso, puede utilizar varios programas de creación de modelos. La mayoría de las veces se utilizan programas de CAD como AutoCAD o SolidWorks. Una vez terminado el diseño, puede pasar a la fase de evaluación. En esta fase, puede solicitar ayuda profesional.

A continuación, puede volver a desarrollar su diseño basándose en la evaluación anterior. Una vez que su diseño esté listo, es hora de crear el modelo. En este caso, puede utilizar varios métodos. Hablaremos de todos ellos en secciones posteriores. Sin embargo, en esta fase, el objetivo principal es producir un modelo tangible que se parezca a la pieza metálica final. Una vez que el modelo esté listo, entréguelo para su evaluación.

La siguiente etapa es la Implementación. En la etapa de evaluación anterior, ha probado su prototipo de aluminio. El resultado de la prueba puede requerir algunos cambios en el tamaño o las tolerancias. Basándose en esta información, puede perfeccionar de nuevo su diseño.

Este proceso iterativo suele denominarse prototipado rápido. Es muy popular en la industria manufacturera.

La finalidad de los prototipos de aluminio

¿Por qué es tan importante la creación de prototipos en aluminio? ¿Por qué es muy importante crear un prototipo antes de fabricar el producto final? La creación de prototipos de aluminio es importante en varios sentidos. Veámoslos.

#1 Mejor comprensión de los objetivos de diseño

El prototipo de aluminio ayuda a comprender con claridad los objetivos del diseño. A veces, un modelo físico ofrece perspectivas que pueden no estar presentes en el diseño digital. Como sabe, el prototipo de aluminio es la representación tangible del producto final. Por lo tanto, es fácil visualizar y refinar su producto de esta manera.

#2 Ajuste y montaje

Un prototipo de aluminio garantiza que todas las piezas encajen correctamente. Le ayuda sobre todo a identificar problemas en el proceso de montaje. Puede evaluar cómo interactúa cada componente entre sí. De este modo puede detectar fácilmente desalineaciones o huecos. En general, los prototipos facilitan la realización de ajustes antes de pasar a la producción total.

#3 Pruebas y observación

El prototipo de aluminio le permite realizar pruebas en el mundo real. Puede observar cómo se comporta normalmente el producto en diversas condiciones. Durante esta fase puede detectar cualquier defecto o error. Además, puede descubrir los puntos débiles del diseño.

#4 Validación temprana

Los prototipos de aluminio le permiten obtener una validación temprana. Puede llevar sus prototipos a las partes interesadas para que los vean. Los prototipos de aluminio de alta calidad le aportarán apoyo y aprobación.

#5 Alta precisión

Los prototipos de aluminio ofrecen una gran exactitud y precisión, lo que es especialmente importante para los componentes delicados. Mediante el prototipado rápido continuo, puede conseguir la máxima precisión de su pieza metálica final.

#6 Minimizar el riesgo

Cuando se identifican los problemas antes, se minimiza el riesgo en el producto final. Este riesgo puede ser de rendimiento del dispositivo o de inversión. En cualquier caso, un prototipo de aluminio reduce el riesgo. 

#7 Ahorra tiempo y recursos

Aunque crear un prototipo de aluminio puede resultar caro, a la larga ahorra tiempo y recursos. Por los seis puntos anteriores, sabe que los prototipos le ayudan a detectar los problemas. También ofrece grandes ventajas en cuanto a precisión y minimización de riesgos. Así que, a la larga, ahorra una cantidad significativa de capital. 

5 métodos de fabricación de prototipos de aluminio

Normalmente puede crear prototipos de aluminio de varias maneras. Por lo general, cada método ofrece una forma única de fabricar el prototipo de aluminio. La tolerancia también es importante en este caso.

Como sabe, un prototipo de aluminio es crucial para el desarrollo de un producto. Te permite probar y mejorar el prototipo antes de fabricar muchos.

También es esencial elegir el método correcto. Como sabe, cada método tiene sus propias ventajas. Así que, basándose en el diseño de su prototipo de aluminio, seleccione la técnica adecuada. Aquí hay que tener en cuenta tres factores. En primer lugar, determine el nivel de complejidad. En segundo lugar, ¿cuál es la precisión deseada? ¿Se utilizará esta pieza en componentes delicados? Tercero, ¿cuál es su volumen de producción?

#1 Prototipo de aluminio CNC

La forma más rápida y sencilla de hacer un prototipo de aluminio es Mecanizado CNC. Puede crear varias formas utilizando diferentes tipos de máquinas CNC.

Las máquinas CNC son de muchos tipos, según la dirección de corte y el número de ejes. Fresado, torneado, taladrado y mandrinado CNC son los más comunes en este caso. En cuanto al número de ejes, las máquinas CNC de 3, 4 y 5 ejes se utilizan mucho para fabricar prototipos de aluminio.

CNC significa Control Numérico por Ordenador. Se trata de un proceso totalmente automatizado para fabricar diversos prototipos de aluminio. Se introducen los códigos necesarios en el interior del aparato, y éste termina gradualmente su tarea. Este método se utiliza para múltiples componentes de motores o accesorios de aviones.

Beneficios

• El mecanizado CNC produce piezas con tolerancias elevadas. Puede alcanzar hasta 0,01 mm.
• Puede crear casi todo tipo de geometrías complejas. Aunque es posible que necesite varios métodos de mecanizado CNC.
• El mecanizado CNC es de alta velocidad y precisión.
• No necesita mano de obra. Totalmente automatizada. Operada por Códigos CNC.

Limitaciones

• Aunque las máquinas CNC pueden producir piezas complejas, están limitadas a diseños más complicados. En estos casos, son mejores los prototipos de aluminio fundido.
• El tamaño del prototipo de aluminio depende principalmente del área de trabajo de la máquina CNC.
• Este método requiere programadores cualificados para crear códigos CNC para diversos diseños. Sin embargo, los programas informáticos modernos pueden convertir dibujos 3D en códigos CNC.
• Produce más residuos materiales.

#2 Procesos de fundición de aluminio para prototipos

Justo después del mecanizado CNC, la fundición de metal es famosa por fabricar prototipos de aluminio. Este método consiste en verter metal fundido en un molde para crear la forma deseada. Es uno de los métodos fundamentales de la fabricación moderna. Tres métodos famosos de fundición de prototipos de aluminio son la fundición en arena, la fundición a la cera perdida y la fundición a presión.

Prototipos de fundición inyectada de aluminio

Fundición a presión es uno de los métodos más utilizados para la fabricación de prototipos de aluminio. Este método suele constar de tres partes principales: inyección, matrices y expulsión. En primer lugar, tendrá que fabricar las matrices para los prototipos de aluminio. A continuación, puede inyectar el metal fundido en estas matrices. Más tarde, después de la solidificación, puede expulsarlos. Este proceso puede ser de diferentes tipos: HPDC, LPDC, gravedad o vacío.

La fundición a presión es ideal para la creación de prototipos de aluminio y la producción de grandes volúmenes. Lo más importante es que ofrece un excelente acabado superficial y una buena precisión.

Prototipos de fundición de aluminio en arena

Este método es el más tradicional. Como su nombre indica, en este método la arena crea el molde. Una vez hecho el molde, puede verter metal fundido en él. De este modo, puede crear prototipos de aluminio fundido en arena.

Para diseños más sencillos, puede crear prototipos de aluminio mediante fundición en arena. Sin embargo, para obtener un mejor acabado superficial, es posible que necesite un mecanizado adicional.

Prototipos de fundición de aluminio a la cera perdida

La fundición de aluminio a la cera perdida es otro método muy popular. También se conoce como método de la cera perdida. Este método de creación del molde utiliza un patrón de cera cubierto de cerámica. Una vez que la cerámica se endurece, se puede fundir la cera y dejar el molde. Así, la cera, en este caso, actúa como un medio para la fundición de herramientas.

La fundición a la cera perdida es muy adecuada para la creación de prototipos de aluminio. Proporciona una gran precisión y un acabado superficial liso.

Beneficios

• El mecanizado CNC puede dar formas precisas, mientras que la fundición de metales permite diseños más complicados.
• Casi no genera residuos materiales.
• Una vez creados los troqueles o moldes, el proceso es rentable. El coste de producción se abarata.
• Puede trabajar con todo tipo de metales excepto el aluminio.

Limitaciones

• Fabricar las matrices suele ser caro. Por tanto, el diseño de las matrices es la parte más crucial de este método.
• En el caso de la fundición en arena, es frecuente encontrar defectos superficiales.
• La fundición en arena o la fundición a la cera perdida pueden no ofrecerle el acabado superficial del mecanizado CNC.
• La fundición a la cera perdida es un proceso largo.

Prototipos de extrusión de aluminio #3

Como es sabido, el aluminio es un metal blando. Por lo tanto, el proceso de extrusión puede hacer fácilmente varias formas de piezas de aluminio.

El proceso es sencillo, igual que el de extrusión de caucho o plástico. En este método, no es necesario fundir el aluminio, sino calentarlo para que esté aún más blando. Todo lo que necesita es una matriz preformada a través de la cual empujará el metal de aluminio para crear diversas formas. El resultado son distintas piezas de metal de aluminio de sección transversal.

Este método es ideal para fabricar perfiles transversales, bastidores, raíles o piezas estructurales.

Beneficio

• Es una solución rentable. 
• Prácticamente sin desperdicio de material.
• Al no intervenir la fundición, este método ofrece piezas resistentes y duraderas.
• Puede crear una amplia gama de diseños transversales.
• Es un método rápido y preciso.

Limitaciones

• No es adecuado para crear prototipos complejos de aluminio, excepto para el diseño de secciones transversales.
• Fabricar las matrices puede ser relativamente caro.

Prototipos de forja de aluminio #4

La forja del aluminio es, en general, un método de conformación. Se calienta el aluminio en lugar de fundirlo y luego se aplica una fuerza de compresión a través de las matrices. Es posible que se pregunte cuáles son las diferencias entre la forja y la extrusión del aluminio. Pues bien, la forja suele utilizar geometría tridimensional. En cambio, el proceso de extrusión se limita a una geometría bidimensional.

Si su prototipo de aluminio necesita alta resistencia, la forja de aluminio es adecuada.

Beneficios

• El forjado del aluminio mejora la resistencia mecánica del prototipo de aluminio.
• También confiere durabilidad a las piezas metálicas.
• Puede conseguir tolerancias más elevadas que con la fundición en arena o la fundición a la cera perdida.
• También minimiza el desperdicio de material.

Limitaciones

• El coste siguiente puede ser superior.
• Sólo se puede trabajar con diseños sencillos en comparación con la fundición o el mecanizado CNC.
• Es posible que necesite ciclos de producción más largos.

Corte y grabado por láser de aluminio #5

Como su nombre indica, este método utiliza un rayo láser para cortar y grabar aluminio. Puede diseñar su prototipo en un ordenador, ajustar la configuración del láser en el software e iniciar el proceso. La máquina creará prototipos de aluminio de alta precisión basándose en su diseño y sus ajustes.

Este método es muy adecuado para la creación de prototipos en aluminio. Puede crear cualquier diseño en chapas planas. Para chapas finas y de grosor medio, este método funciona muy bien. Sin embargo, es posible que necesite una mayor potencia para chapas más gruesas, lo que puede resultar costoso.

Si necesita formas 3D con diseños intrincados, debe utilizar métodos de mecanizado CNC o fundición de metal. Para diseños de superficie plana, el grabado por láser puede ser la mejor opción.

Beneficios

• Podrá alcanzar la máxima precisión y exactitud.
• Este método es mucho más rápido que todos los demás aquí.
• El corte y el grabado por láser también crean geometrías muy complejas.
• Con la tecnología láser no es posible realizar diseños más complejos, como el núcleo interno o la estructura interior. 

Limitaciones

• Las máquinas láser son caras, lo que aumenta el coste total de producción.
• Este método requiere una mano profesional, especialmente para fabricar prototipos de aluminio.
•  Un dispositivo láser de menor potencia es adecuado para el aluminio. Sin embargo, para otros metales pueden necesitarse hasta 10 kW de potencia.

Cómo elegir el método de fabricación de prototipos de aluminio adecuado para su trabajo

El método correcto importa mucho para un prototipo de aluminio. Afecta a la calidad, el acabado y el coste. Por lo tanto, debe seleccionar cuidadosamente el método de fabricación del prototipo de aluminio. Para ello, puede tener en cuenta los seis factores siguientes. 

Factor #1 Tamaño y peso del prototipo de aluminio

Lo primero que debe tener en cuenta es el tamaño y el peso. Por ejemplo, la fundición en arena suele servir para piezas de aluminio grandes y pesadas. Por el contrario, la fundición a presión o la fundición a la cera perdida son adecuadas para piezas pequeñas o medianas.

Además, el corte por láser es adecuado para piezas de aluminio de superficie plana. El tamaño del prototipo de aluminio depende principalmente del área de trabajo del dispositivo. Lo mismo puede observarse para las máquinas CNC. Sin embargo, las máquinas CNC pueden crear prototipos de aluminio 3D complejos.

Factor #2 Complejidad del diseño

Las dificultades de diseño también desempeñan un papel crucial. Algunos prototipos vienen con diseños sencillos, mientras que otros son detallados. Por tanto, debe elegir un método que se adapte a estos diseños.

El método de fundición a presión permite crear matrices de cualquier diseño. Normalmente permite trabajar con formas complicadas. También puede hacer lo mismo con el método de fundición a la cera perdida. Sin embargo, la fundición en arena solo es adecuada para diseños más sencillos.

Puede pensar en el grabado por láser. Pero sólo se limita a las chapas metálicas. En general, debe saber con qué tipo de prototipos de aluminio está trabajando. En concreto, compruebe su diseño e intente averiguar su nivel de dificultad.

Factor #3 Necesidades de precisión

La precisión también es primordial en la creación de prototipos de aluminio. Los componentes delicados necesitan una precisión extremadamente alta. El mecanizado CNC, en este caso, le ofrece más precisión. Técnicamente, puede conseguir tolerancias de hasta 0,01 mm.

Si su aplicación no requiere tanta tolerancia, puede optar por la fundición en arena. Sin embargo, la fundición a presión también ofrece una gran tolerancia. También es ideal para pedidos de gran volumen.

Factor #4 Acabado superficial

El acabado superficial es uno de los factores más importantes. La mayoría de los productos de aluminio requieren un excelente acabado superficial. Los electrodomésticos, los bienes de consumo y las carcasas de aparatos electrónicos son ejemplos notables. En este caso, debe elegir un método que le proporcione un acabado superficial brillante.

La fundición a presión, especialmente la fundición de aluminio HPDC, produce excelentes resultados. Sin embargo, el mecanizado CNC también puede producir mejores resultados.

Factor #5 Volumen de producción

El método correcto también depende del volumen de su pedido. Puede elegir métodos como el mecanizado CNC o la fundición a la cera perdida para pedidos de bajo volumen. En cambio, para pedidos de mayor volumen, puede optar por los métodos de fundición a presión y extrusión.

Especifique sus necesidades de volumen de producción. Esto le ayudará a elegir la mejor forma y el menor coste.

Factor #6 Presupuesto

El presupuesto es siempre un factor crítico. Algunos métodos son caros, mientras que otros son baratos. El mecanizado CNC y la fundición a la cera perdida pueden ser costosos. Como sabe, estos métodos son precisos y pueden funcionar con diseños complicados.

Fabricar las matrices puede ser costoso en la fundición a presión, pero se pueden hacer cientos de miles de producciones a largo plazo. Por eso, las piezas de fundición a presión son baratas.

La fundición en arena y la extrusión suelen ser métodos asequibles. Sin embargo, su configuración inicial puede ser relativamente cara.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la mejor aleación para un prototipo?

Para los prototipos de aluminio, el 6061 es la aleación más utilizada. Es muy popular debido a sus pocas ventajas. En primer lugar, esta aleación está ampliamente disponible en todo el mundo. Puede conseguirla fácilmente en cualquier lugar de su zona. En segundo lugar, ofrece buena maquinabilidad y soldabilidad. Además, esta aleación es resistente y duradera. Se puede utilizar en muchas aplicaciones.

¿Por qué es importante desarrollar un prototipo como primera etapa del desarrollo de un producto?

Un prototipo de aluminio puede ayudarle de muchas maneras. Es fundamental fabricar uno antes de la producción en serie. En primer lugar, le permite probar el producto y, si es necesario, hacer los ajustes necesarios. En segundo lugar, los prototipos le ayudan a desarrollar su producto. Esto significa que puede avanzar hacia el diseño más eficiente. En general, un prototipo de aluminio ahorra su inversión.

¿Qué es el prototipado rápido de aluminio?

La creación rápida de prototipos es un proceso continuo. En la fabricación real, los ingenieros fabrican primero un prototipo y luego lo envían para su revisión. Tras perfeccionarlo, fabrican otro prototipo. Siguen fabricando prototipos hasta obtener el mejor resultado. Este proceso consecutivo se denomina prototipado rápido. Cuando se trata de aluminio, se denomina prototipado rápido de aluminio.

¿Cuánto se tarda en hacer un prototipo?

El tiempo que se tarda en fabricar un prototipo de aluminio suele depender del tipo de método de fabricación del prototipo. Un método de mecanizado CNC tarda sólo unas horas desde la fase de diseño hasta la fase final. La fundición de metal o la fundición a la cera perdida pueden tardar entre 15 días y 1 mes. El prototipado rápido puede alargarse hasta 2 meses. Por tanto, el tiempo exacto depende principalmente del prototipo y del tipo de fabricación.

Resumen

¡Vamos a envolverlo todo! Un prototipo de aluminio suele ser una muestra realizada antes de la producción final. En realidad, es una parte de toda la producción.

Para cada lote, crear un prototipo es extremadamente importante. Normalmente le permite probar y refinar sus ideas. Puede refinar su prototipo de forma consecutiva. En el mundo empresarial, se suele llamar prototipado rápido.

Normalmente se pueden crear prototipos de aluminio de varias formas. En este artículo, mencionamos brevemente las cinco más populares. De forma práctica, Mecanizado CNC de aluminio es la forma más sencilla de fabricar un prototipo. Sin embargo, puede resultar costosa y no es adecuada para grandes cantidades.

A continuación, la fundición de metales permite crear una amplia gama de piezas complejas de aluminio. La fundición a presión suele ser el método ideal para el aluminio. El corte por láser, la extrusión y la forja también son bastante populares en la creación de prototipos de aluminio.

Elegir el método de creación de prototipos correcto también es crucial. En este caso, puede tener en cuenta seis aspectos principales. Empiece por considerar el tamaño y el peso. A continuación, evalúe la dificultad del diseño. A continuación, determine cuánta precisión necesita y qué tipo de acabado superficial debe utilizarse. Por último, compruebe la cantidad que necesita y el presupuesto global de su proyecto.

Si tiene alguna pregunta sobre la creación de prototipos en aluminio, no dude en Contacto. Nuestro equipo profesional de expertos estará encantado de ayudarle.