Protótipo de alumínio: Um guia rápido

Todo produto excelente começa com um protótipo. No caso de peças de metal, isso é óbvio. As pessoas sempre preferem fazer protótipos antes da produção. Todas as empresas preferem amplamente um protótipo de alumínio porque o alumínio é um metal macio e está amplamente disponível. E o mais importante é que ele tem uma relação resistência/peso muito forte.

Este artigo se concentra principalmente na prototipagem de alumínio. Você aprenderá o que é e por que é tão importante. Você também conhecerá vários métodos de fabricação de protótipos de alumínio. Por fim, você saberá como escolher o método adequado para seu projeto. Este artigo pode ser seu melhor guia para a criação de protótipos de alumínio.

O que é um protótipo de alumínio?

O protótipo de alumínio é, normalmente, o primeiro modelo de um produto. No caso de produtos metálicos, alumínio é usado para fazer esse modelo. As pessoas também chamam os protótipos de alumínio de "maquete de alumínio" ou "modelo em alumínio." Geralmente é usado para testar e refinar seus projetos antes da produção total.

O alumínio 6061 é amplamente utilizado como a principal liga para protótipos de alumínio. É popular por causa de seus vários benefícios. Primeiro, tem uma relação perfeita entre resistência e peso. Em segundo lugar, é leve e, é claro, resistente à corrosão. Terceiro, é altamente versátil, o que significa que você pode usá-la para fazer qualquer modelo. Em geral, essa liga cria protótipos de alumínio de alta qualidade.

Os protótipos de alumínio são amplamente utilizados em muitas aplicações. No setor automotivo, eles são essenciais para a fabricação de peças de chassi e componentes de motor.

No setor aeroespacial, os protótipos de alumínio também são cruciais. Como você sabe, as aeronaves precisam de alta precisão. Os protótipos de alumínio passam por prototipagem rápida para obter os melhores resultados. Esses modelos são usados antes da fabricação de vários componentes e acessórios da carroceria da aeronave.

Na eletrônica, os protótipos de alumínio são famosos pela fabricação de dissipadores de calor ou carcaças de dispositivos. Na área médica, os instrumentos e equipamentos cirúrgicos são dignos de nota. Aplicações semelhantes também podem ser observadas em bens de consumo.

Entendendo a prototipagem rápida de alumínio

A prototipagem rápida geralmente é um processo iterativo. Ele tem quatro estágios principais e um estágio repetitivo.

Design à Avaliação à Desenvolvimento à Avaliação à Implementação à Análise

Na fase de design, você pode criar um modelo conceitual do seu produto. Nesse caso, você pode usar vários softwares de modelagem. Na maioria das vezes, as pessoas usam softwares de CAD, como o AutoCAD ou o SolidWorks. Depois que o design estiver pronto, você poderá passar para o estágio de avaliação. Nessa etapa, você pode pedir ajuda profissional.

Em seguida, você pode desenvolver seu projeto novamente com base na avaliação anterior. Quando seu projeto estiver pronto, é hora de criar o modelo. Nesse caso, você pode usar vários métodos. Discutiremos todos esses métodos em seções posteriores. No entanto, nesta etapa, o objetivo principal é produzir um modelo tangível que se assemelhe à peça metálica final. Quando seu modelo estiver pronto, entregue-o para avaliação.

O próximo estágio é a Implementação. No estágio de avaliação anterior, você testou seu protótipo de alumínio. O resultado do teste pode exigir algumas alterações no tamanho ou nas tolerâncias. Com base nessas informações, você pode refinar seu projeto novamente.

Esse processo iterativo é normalmente chamado de prototipagem rápida. Esse processo é extremamente popular na manufatura.

O objetivo da prototipagem em alumínio

Por que a prototipagem em alumínio é tão importante? Por que é muito importante criar um protótipo antes de fabricar o produto final? A prototipagem de alumínio é importante de várias maneiras. Vamos dar uma olhada nelas.

#1 Melhor compreensão das metas de design

O protótipo de alumínio ajuda você a entender claramente os objetivos do projeto. Às vezes, um modelo físico oferece percepções que podem não estar presentes no design digital. Como você sabe, o protótipo de alumínio é a representação tangível do produto final. Portanto, é fácil visualizar e refinar seu produto dessa forma.

#2 Ajuste e montagem

Um protótipo de alumínio garante que todas as peças se encaixem corretamente. Ele ajuda principalmente a identificar problemas no processo de montagem. Você pode avaliar como cada componente interage com o outro. Dessa forma, você pode identificar facilmente desalinhamentos ou lacunas. Em geral, os protótipos facilitam a realização de ajustes antes de passar para a produção total.

Teste e observação do #3

O protótipo de alumínio permite que você faça testes no mundo real. Você pode observar o desempenho típico do produto em várias condições. É possível detectar quaisquer defeitos ou erros durante esse estágio. Além disso, você pode descobrir os pontos fracos do projeto.

#4 Validação antecipada

Os protótipos de alumínio permitem que você obtenha validação antecipada. Você pode levar seus protótipos para as partes interessadas verem. Os protótipos de alumínio de alta qualidade realmente lhe darão apoio e aprovação.

#5 Alta precisão

Os protótipos de alumínio oferecem alta exatidão e precisão, o que é especialmente importante para componentes delicados. Com a prototipagem rápida contínua, você pode obter a mais alta precisão de sua peça metálica final.

#6 Minimização de riscos

Quando você identifica os problemas antes, minimiza o risco no produto final. Esse risco pode ser um risco de desempenho do dispositivo ou um risco de investimento. De qualquer forma, um protótipo de alumínio reduz o risco. 

#7 economiza tempo e recursos

Embora a criação de um protótipo de alumínio possa ser cara, ela economiza tempo e recursos a longo prazo. Com base nos seis pontos anteriores, você sabe que os protótipos ajudam a detectar os problemas. Eles também oferecem benefícios de alta precisão e minimização de riscos. Portanto, no final, ele economiza uma quantidade significativa de capital. 

5 métodos de fabricação de protótipos de alumínio

Normalmente, você pode criar protótipos de alumínio de várias maneiras. Cada método geralmente oferece uma maneira exclusiva de fazer o protótipo de alumínio. A tolerância também é importante aqui.

Como você sabe, um protótipo de alumínio é fundamental para o desenvolvimento do produto. Ele permite que você teste e aprimore o protótipo antes de fabricá-lo em grande quantidade.

Também é essencial escolher o método correto. Como você sabe, cada método tem suas próprias vantagens. Portanto, com base em seu projeto de protótipo de alumínio, selecione a técnica adequada. Três fatores devem ser considerados aqui. Primeiro, determine o nível de complexidade. Segundo, qual é a precisão desejada? Essa peça será usada em componentes delicados? Terceiro, qual é o seu volume de produção?

Protótipo de alumínio CNC #1

A maneira mais rápida e fácil de fazer um protótipo de alumínio é Usinagem CNC. Você pode criar várias formas usando diferentes tipos de máquinas CNC.

As máquinas CNC têm muitos tipos, com base na direção de corte e no número de eixos. Fresagem, torneamento, perfuração e mandrilamento CNC são os mais comuns nesse caso. Com relação ao número de eixos, as máquinas CNC de 3, 4 e 5 eixos são amplamente utilizadas para a fabricação de protótipos de alumínio.

CNC significa Controle Numérico Computadorizado. É um processo totalmente automatizado para a fabricação de vários protótipos de alumínio. Você insere os códigos necessários dentro do dispositivo, e ele gradualmente termina sua tarefa. Esse método é usado para vários componentes de motores ou acessórios de aeronaves.

Benefícios

• A usinagem CNC produz peças com altas tolerâncias. É possível atingir até 0,01 mm.
• Você pode criar quase todos os tipos de geometrias complexas. No entanto, você pode precisar de vários métodos de usinagem CNC.
• A usinagem CNC é de alta velocidade e precisa.
• Não precisa de trabalho manual. Totalmente automatizado. Operado por códigos CNC.

Limitações

• Embora as máquinas CNC possam produzir peças complexas, elas são limitadas a projetos mais complicados. Nesses casos, os protótipos de alumínio fundido são melhores.
• O tamanho do protótipo de alumínio depende principalmente da área de trabalho da máquina CNC.
• Esse método requer programadores qualificados para criar códigos CNC para vários projetos. Entretanto, os softwares modernos podem converter desenhos 3D em códigos CNC.
• Produz mais resíduos materiais.

Processos de fundição de alumínio para protótipos #2

Logo após a usinagem CNC, a fundição de metal é famosa por fabricar protótipos de alumínio. Esse método envolve o derramamento de metal fundido em um molde para criar a forma desejada. É um dos métodos essenciais da fabricação moderna. Três métodos famosos de fundição de protótipos de alumínio são a fundição em areia, a fundição de investimento e a fundição sob pressão.

Protótipos de alumínio fundido sob pressão

Fundição sob pressão é um dos métodos mais usados para a fabricação de protótipos de alumínio. Esse método geralmente tem três partes principais: injeção, matrizes e ejeção. Primeiro, você terá de fazer as matrizes para os protótipos de alumínio. Em seguida, você pode injetar o metal fundido nessas matrizes. Mais tarde, após a solidificação, você pode ejetá-los. Esse processo pode ter diferentes tipos: HPDC, LPDC, gravidade ou vácuo.

A fundição sob pressão é ideal para prototipagem de alumínio e produção de alto volume. O mais importante é que ele oferece um excelente acabamento de superfície e boa precisão.

Protótipos de fundição em areia de alumínio

Esse método é o mais tradicional. Como o nome indica, a areia cria o molde nesse método. Depois de fazer o molde, você pode derramar metal fundido nele. Dessa forma, você pode criar protótipos de alumínio fundido em areia.

Para projetos mais simples, você pode criar protótipos de alumínio usando fundição em areia. No entanto, para obter um melhor acabamento de superfície, pode ser necessária uma usinagem adicional.

Protótipos de fundição por cera perdida em alumínio

A fundição de alumínio é outro método popular. As pessoas também chamam esse método de método de cera perdida. Esse método de criação do molde usa um padrão de cera coberto de cerâmica. Quando a cerâmica endurece, você pode derreter a cera e deixar o molde. Portanto, a cera, nesse caso, atua como um meio para o ferramental de fundição.

A fundição por cera perdida é muito adequada para a prototipagem de alumínio. Ela proporciona alta precisão e um acabamento de superfície suave.

Benefícios

• A usinagem CNC pode criar formas precisas, enquanto a fundição de metal permite projetos mais complicados
• Quase não gera desperdício de material.
• Depois que as matrizes ou os moldes são criados, o processo é econômico. O custo de produção fica mais barato.
• Você pode trabalhar com todos os tipos de metais, exceto o alumínio.

Limitações

• A fabricação das matrizes geralmente é cara. Portanto, o projeto da matriz é a parte mais importante desse método.
• Na fundição em areia, é comum encontrar defeitos na superfície.
• A fundição em areia ou a fundição por cera perdida podem não oferecer o acabamento de superfície que a usinagem CNC oferece
• A fundição por cera perdida é um processo demorado.

Prototipagem de extrusão de alumínio #3

Como você sabe, o alumínio é um metal macio. Assim, o processo de extrusão pode facilmente produzir vários formatos de peças de alumínio.

O processo é simples, assim como o processo de extrusão de borracha ou plástico. Nesse método, você não precisa derreter o alumínio, mas aquecê-lo para que fique ainda mais macio. Tudo o que você precisa é de uma matriz pré-moldada através da qual você empurrará o alumínio metálico para criar várias formas. O resultado são peças metálicas de alumínio com diferentes seções transversais.

Esse método é ideal para a fabricação de perfis de seção transversal, quadros, trilhos ou peças estruturais.

Benefício

• É uma solução econômica. 
• Quase nenhum desperdício de material.
• Como não há fusão, esse método oferece peças resistentes e duráveis.
• É possível criar uma grande variedade de designs de seção transversal.
• É um método rápido e preciso.

Limitações

• Ele não é adequado para a criação de protótipos complexos de alumínio, exceto para projetos de seção transversal.
• A fabricação das matrizes pode ser relativamente cara.

Protótipos de forjamento de alumínio #4

O forjamento de alumínio é geralmente um método de modelagem. Ele aquece o alumínio em vez de derretê-lo e, em seguida, aplica uma força de compressão por meio de matrizes. Talvez você se pergunte sobre as diferenças entre forjamento e extrusão de alumínio. Bem, o forjamento normalmente usa geometria tridimensional. Por outro lado, o processo de extrusão é limitado à geometria bidimensional.

Se o seu protótipo de alumínio precisar de alta resistência, o forjamento de alumínio é adequado.

Benefícios

• O forjamento de alumínio melhora a resistência mecânica do protótipo de alumínio.
• Ele também confere durabilidade às peças metálicas.
• É possível obter tolerâncias mais altas do que na fundição em areia ou na fundição por cera perdida.
• Isso também minimiza o desperdício de material.

Limitações

• O custo seguinte pode ser maior.
• Você só pode trabalhar com projetos simples em comparação com a fundição ou a usinagem CNC.
• Talvez você precise de ciclos de produção mais longos.

Corte e gravação a laser de alumínio #5

Como o nome sugere, esse método usa um feixe de laser para cortar e gravar alumínio. Você pode projetar seu protótipo em um computador, ajustar as configurações do laser no software e iniciar o processo. A máquina criará protótipos de alumínio de alta precisão com base em seu projeto e configurações.

Esse método é altamente adequado para a prototipagem de alumínio. Você pode criar qualquer design em chapas de metal planas. Para chapas finas e de espessura média, esse método tem um bom desempenho. No entanto, você pode precisar de maior potência para chapas mais grossas, o que pode ser caro.

Se precisar de formas 3D com desenhos complexos, use a usinagem CNC ou métodos de fundição de metal. Para designs de superfície plana, a gravação a laser pode ser a melhor opção.

Benefícios

• Você pode obter a mais alta precisão e exatidão.
• Esse método é muito mais rápido do que todos os outros aqui.
• O corte e a gravação a laser também criam geometrias altamente complexas.
• Não é possível fabricá-lo com tecnologia a laser para projetos mais complexos, como núcleo interno ou estrutura interna. 

Limitações

• As máquinas a laser são caras, o que aumenta o custo geral de produção.
• Esse método requer uma mão profissional, especialmente para a fabricação de protótipos de alumínio.
•  Um dispositivo a laser de baixa potência é adequado para alumínio. Entretanto, até 10 kW de potência podem ser necessários para outros metais.

Como escolher o método certo de fabricação de protótipos de alumínio para o seu trabalho

O método correto é muito importante para um protótipo de alumínio. Ele afeta a qualidade, o acabamento e o custo. Portanto, você deve selecionar cuidadosamente o método de fabricação do protótipo de alumínio. Para fazer isso, você pode considerar os seis fatores a seguir. 

Fator #1 Tamanho e peso do protótipo de alumínio

A primeira coisa que você deve considerar é o tamanho e o peso. Por exemplo, a fundição em areia geralmente pode acomodar peças de alumínio grandes e pesadas. Por outro lado, a fundição sob pressão ou a fundição de investimento é adequada para peças pequenas ou médias.

Além disso, o corte a laser é adequado para peças de alumínio de superfície plana. O tamanho do protótipo de alumínio depende principalmente da área de trabalho do dispositivo. O mesmo pode ser observado nas máquinas CNC. Entretanto, as máquinas CNC podem criar protótipos complexos de alumínio em 3D.

Fator #2 Complexidade do projeto

As dificuldades de design também desempenham um papel fundamental. Alguns protótipos vêm com designs simples, enquanto outros são detalhados. Portanto, você deve escolher um método que possa acomodar esses designs.

No método de fundição sob pressão, você pode criar matrizes de qualquer desenho. Normalmente, ele permite que você trabalhe com formas complicadas. Você também pode fazer a mesma coisa com o método de fundição de investimento. Entretanto, a fundição em areia é adequada apenas para projetos mais simples.

Você pode pensar em gravação a laser. Mas isso se limita apenas a chapas de metal. Em geral, é preciso saber com que tipo de protótipos de alumínio você está trabalhando. Especificamente, verifique seu projeto e tente descobrir seu nível de dificuldade.

Fator #3 Necessidades de precisão

A precisão também é fundamental na prototipagem de alumínio. Os componentes delicados precisam de uma precisão extremamente alta. A usinagem CNC, nesse caso, oferece mais precisão. Tecnicamente, é possível obter tolerâncias de até 0,01 mm.

Se a sua aplicação não precisar de tanta tolerância, você pode optar pela fundição em areia. No entanto, a fundição sob pressão também oferece alta tolerância. Ela também é ideal para pedidos de alto volume.

Fator #4 Acabamento da superfície

O acabamento da superfície é um dos fatores mais importantes aqui. A maioria dos produtos de alumínio exige um excelente acabamento de superfície. Utensílios de cozinha, bens de consumo e carcaças de eletrônicos são exemplos notáveis. Nesse caso, você deve escolher um método que proporcione um acabamento superficial brilhante.

A fundição sob pressão, especialmente a fundição de alumínio HPDC, produz excelentes resultados. Entretanto, a usinagem CNC também pode produzir melhores resultados.

Fator #5 Volume de produção

O método correto também depende do volume de seu pedido. Você pode escolher métodos como usinagem CNC ou fundição por cera perdida para pedidos de baixo volume. Por outro lado, para pedidos de maior volume, você pode escolher métodos de fundição sob pressão e extrusão.

Especifique suas necessidades de volume de produção. Isso o ajudará a escolher a melhor forma e o menor custo.

Fator #6 Orçamento

O orçamento é sempre um fator crítico. Alguns métodos são caros, enquanto outros são baratos. A usinagem CNC e a fundição por cera perdida podem ser caras. Como você sabe, esses métodos são precisos e podem funcionar com projetos complicados.

A fabricação das matrizes pode ser cara na fundição sob pressão, mas você pode fazer centenas de milhares de produções a longo prazo. Como resultado, as peças de fundição sob pressão são baratas.

A fundição em areia e a extrusão são métodos geralmente econômicos. Entretanto, sua configuração inicial pode ser relativamente cara.

Perguntas frequentes

Qual é a melhor liga para ser usada em um protótipo?

Para protótipos de alumínio, a liga 6061 é a mais usada. Ela é muito popular devido a seus poucos benefícios. Primeiro, essa liga está amplamente disponível em todo o mundo. Você pode obtê-la facilmente em qualquer lugar de sua região. Em segundo lugar, ela oferece boa capacidade de usinagem e soldagem. Além disso, essa liga é forte e durável. Você pode usá-la em muitas aplicações.

Por que é importante desenvolver um protótipo como a primeira etapa do desenvolvimento do produto?

Um protótipo de alumínio pode ajudá-lo de várias maneiras. É fundamental fazer um protótipo antes da produção em massa. Primeiro, ele permite que você teste o produto e, se necessário, faça os ajustes necessários. Em segundo lugar, os protótipos o ajudam a desenvolver seu produto. Isso significa que você pode progredir em direção ao design mais eficiente. Em geral, um protótipo de alumínio economiza seu investimento.

O que é prototipagem rápida de alumínio?

A prototipagem rápida é um processo contínuo. Na fabricação do mundo real, os engenheiros primeiro fazem um protótipo e depois o enviam para revisão. Depois de refiná-lo, eles farão outro protótipo. Eles continuam a fazer protótipos até obterem o melhor resultado. Esse processo consecutivo é chamado de prototipagem rápida. Quando se trata de alumínio, ele é chamado de prototipagem rápida de alumínio.

Quanto tempo deve levar para fazer um protótipo?

O tempo necessário para fazer um protótipo de alumínio geralmente depende do tipo de método de fabricação do protótipo. Um método de usinagem CNC leva apenas algumas horas desde o estágio de projeto até o estágio final. A fundição de metal ou fundição de investimento pode levar de 15 dias a 1 mês. A prototipagem rápida pode se estender por até 2 meses. Portanto, o tempo exato depende principalmente do protótipo e do tipo de fabricação.

Resumo

Vamos embrulhar tudo! Um protótipo de alumínio é geralmente uma amostra feita antes da produção final. Na verdade, ele é uma parte de toda a produção.

Para cada lote, a criação de um protótipo é extremamente importante. Normalmente, ele permite que você teste e refine suas ideias. Você pode refinar seu protótipo consecutivamente. Nos negócios, as pessoas costumam chamar isso de prototipagem rápida.

Normalmente, você pode criar protótipos de alumínio de várias maneiras. Neste artigo, mencionamos brevemente as cinco mais populares. Na prática, Usinagem CNC de alumínio é a maneira mais fácil de criar um protótipo. No entanto, pode ser caro e não ser adequado para grandes quantidades.

Em seguida, a fundição de metal permite que você crie uma ampla variedade de peças complexas de alumínio. A fundição sob pressão é, em geral, o método ideal para o alumínio. O corte a laser, a extrusão e o forjamento também são bastante populares na prototipagem de alumínio.

A escolha do método correto de prototipagem também é fundamental. Nesse caso, você pode considerar seis aspectos principais. Comece considerando o tamanho e o peso. Em seguida, avalie a dificuldade do projeto. Em seguida, determine a precisão de que você precisa e o tipo de acabamento de superfície que deve ser usado. Por fim, verifique a quantidade necessária e o orçamento geral do seu projeto.

Se você tiver alguma dúvida sobre prototipagem em alumínio, fique à vontade para Entre em contato conosco. Nossa equipe profissional de especialistas está sempre pronta para ajudar.