O melhor guia para simplificar o processo de conceção para os criadores de novos produtos
Criar um novo produto é uma tarefa simultaneamente excitante e assustadora. Quer se trate de um designer experiente ou de um novo programador de produtos, o percurso desde o conceito até à produção requer precisão e uma abordagem bem organizada. O processo de desenho pode ser dividido em 10 passos fundamentais, cada um deles essencial para garantir que o seu produto é funcional e fabricável. Ao compreender e seguir estes passos, pode otimizar o seu fluxo de trabalho e evitar erros dispendiosos pelo caminho. Vamos explorar estes passos em pormenor.
Fluxo de trabalho de desenvolvimento de produtos em 10 etapas
Definição dos requisitos
Defina a função, os casos de carga, o ambiente de funcionamento, os objetivos regulamentares, o volume e o limite máximo de custos antes de se iniciar qualquer trabalho de desenho. Especificações vagas nesta fase traduzem-se em retrabalhos dispendiosos na fase de fabrico de ferramentas.
1. Definição dos requisitos
A primeira e mais importante etapa de qualquer projeto de conceção é a definição dos requisitos. Esta fase implica determinar a função principal do produto, o mercado-alvo e as necessidades do utilizador. Um conjunto detalhado de requisitos orienta o processo de conceção e mantém toda a gente na mesma página.
Por exemplo, ao conceber um novo produto eletrónico de consumo, pode considerar factores como o tamanho, o peso e a duração da bateria. Quanto mais específico for, mais fácil será alinhar as suas decisões de conceção com os objectivos do produto. É importante manter uma linha de comunicação aberta com todos os intervenientes, uma vez que o seu feedback pode ajudar a aperfeiçoar a visão do produto e a definir caraterísticas que o diferenciem no mercado. Muitos programadores referem-se a um relatório processo de investimento para gerir melhor as expectativas da fase inicial.
2. Criar um esboço de conceito preliminar
Depois de definir os requisitos do produto, é altura de começar a pensar visualmente. Criar um esboço de conceito preliminar é frequentemente o primeiro passo na fase de design. Nesta fase, o esboço não precisa de ser exato - apenas uma representação aproximada que ajude a comunicar a sua visão. Este esboço funciona como uma ferramenta para identificar potenciais problemas numa fase inicial. Para obter informações mais detalhadas sobre a fase de ideação, consulte o nosso guia sobre do conceito à produção em massa.
Por exemplo, se estiver a conceber uma unidade de alojamento para um dispositivo eletrónico, um esboço pode indicar se os componentes internos se encaixam e se existe espaço suficiente para a dissipação de calor. O esboço ajuda-o a detetar problemas que podem não ser óbvios em descrições abstractas. Quando o conceito é sólido, pode levar a desenhos mais pormenorizados e à modelação 3D.
3. Seleção inicial de materiais
Nesta fase, é necessário considerar os materiais que serão utilizados no produto final. A seleção de materiais é essencial não só para a funcionalidade e durabilidade, mas também para a capacidade de fabrico. Os diferentes materiais oferecem várias vantagens, como a força, a flexibilidade, a resistência ao calor e a facilidade de moldagem. Pode saber mais sobre propriedades termoplásticas de recursos de autoridade como a Wikipédia.
Se estiver a conceber um produto com uma caixa de plástico, por exemplo, é provável que utilize termoplásticos moldáveis por injeção como o ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno) ou o policarbonato. O ABS é frequentemente escolhido pela sua força, resistência ao impacto e facilidade de moldagem por injeção, o que o torna ideal para caixas de produtos electrónicos de consumo. Compreender as propriedades do material ajuda a informar as suas decisões de design - qual deve ser a espessura das paredes? O material será capaz de suportar a utilização repetida? Estas questões orientam as suas decisões no início do processo de conceção.
| Nome do material | Abbr. | Aplicações comuns |
|---|---|---|
| Poliestireno de uso geral | PS | Abajur, caixa de instrumentos, brinquedos, etc. |
| Teflon, PFA | Teflon/PFA | Acessórios químicos, peças mecânicas |
| ETFE | ETFE | Acessórios químicos, peças mecânicas |
| Acrilonitrilo Butadieno Estireno | ABS | Caixa de instrumentos, utensílios domésticos, brinquedos avançados |
| Acrilonitrilo Estireno | AS(SAN) | Recipientes transparentes diários |
| Acrilonitrilo Acrilato de estireno | ASA | Mobiliário de exterior, caixa do espelho exterior do automóvel |
| Butadieno Estireno | BS(BDS) | Embalagens especiais, recipientes para alimentos, canetas |
| Acetato de celulose | CA | Cabos de ferramentas, contentores, etc. |
| Nitrato de celulose | CN | Armações de óculos, brinquedos, etc. |
| Poliéteres clorados | PENTÃO | Substituto do aço inoxidável |
| Polietileno clorado | CPE | Materiais de construção, isolamento de tubos e cabos |
| Polipropileno clorado | PPC | Necessidades diárias, aparelhos eléctricos |
| Etilcelulose | CE | Cabo de ferramentas, artigos de desporto, etc. |
| Copolímero de etileno-propileno | PQP | Isolamento de radares, instrumentos de alta frequência |
| Acetato de etileno-vinilo | EVA | Solas, película, necessidades diárias |
| Polietileno de alta densidade | PEAD | Embalagens, baldes, brinquedos |
| Poliestireno de alto impacto | HIPS | Artigos de uso doméstico, componentes eléctricos |
| Polietileno de baixa densidade | PEBD | Sacos de embalagem, flores de plástico, arame |
| Metacrilato de metilo e butadieno | MMB | Estrutura da máquina, necessidades diárias |
| Poli(butileno tereftalato) | PBT | Conectores electrónicos, peças para automóveis |
| Poli(etileno tereftalato) | PET | Rolamentos, correntes, engrenagens, fitas, etc. |
| Poli(cloreto de vinilo) | PVC | Isolamento de tubos, fios, selagem, etc. |
| Poliamida-1010 | PA-1010 | Corda, tubo, engrenagem, peças mecânicas |
| Poliamida-6 | PA-6 | Rolamentos, engrenagens, tubos, necessidades diárias |
| Poliamida-66 | PA-66 | Máquinas, automóveis, equipamento elétrico |
| Poliamida-9 | PA-9 | Peças mecânicas, bomba, revestimento do cabo |
| Policarbonato | PC | Peças transparentes, peças resistentes ao impacto |
| Policlorctrifluoretileno | PCTFE | Espelho transparente, acessórios para válvulas |
| Polietersulfona | PES | Peças eléctricas, para aeronaves e automóveis |
| Polimetacrilato de metilo | PMMA | Para-brisas, para-brisas, caixa de instrumentos |
| Polimetacrilato de metilo - Estireno | MMS | Produtos transparentes com carga pesada |
| Polioximetileno (POM) | POM | Resistência à abrasão, engrenagens mecânicas, rolamentos |
| Polipropileno | PP | Saco de embalagem, embalagem, necessidades diárias |
| Polisulfona | PSU(PSF) | Peças eléctricas, peças para aeronaves |
| Politetrafluoroetileno | PTFE | Isolamento de radares, componentes de alta frequência |
4. Peças de design
Com a seleção do material em mãos, é altura de conceber as peças que irão constituir o seu produto. Este passo é crucial porque cada material tem um comportamento diferente. A forma como um termoplástico como o polietileno se expande quando aquecido é bastante diferente da forma como os metais se comportam. Utilizando um princípios de conceção de peças de plástico O enquadramento é altamente recomendado neste caso.
Na moldagem por injeção, por exemplo, o design tem de ter em conta a contração do material durante o arrefecimento. Se não tiver em conta este facto, pode acabar com peças deformadas ou mal formadas. Uma boa prática é incluir caraterísticas como ângulos de inclinação no seu projeto, que ajudam a remover facilmente a peça do molde. Quanto mais o desenho estiver alinhado com as propriedades do material, mais fácil e económico será o processo de fabrico.
5. Análise estrutural
Design for Injection Molding
Eight checks that decide whether your part molds clean, or fights the tool for its whole life.
Wall thickness rules the whole job
Wall thickness sets cycle time, sink marks, warpage and fill pressure. Cooling time rises with the square of the wall. Double the wall and you roughly quadruple the time the part sits in the tool.
The second rule matters just as much: keep the wall uniform. Plastic shrinks as it cools. A thick zone cools last, keeps shrinking after the gate freezes, and pulls the surface in. That is a sink mark. If the skin is stiff enough to resist, the shrinkage tears a void inside instead.
Hold the nominal wall within ±10% across the part. Where a change is unavoidable, keep the step under 25% of the nominal wall and blend it over a length of at least 3× wall. Never step the wall with a square shoulder.
Cooling time is a first-order estimate from the one-dimensional plate solution. It ignores gate freeze-off, hot runner effects and mold cooling layout. Treat it as a comparison tool, not a quote.
Stiffness comes from ribs, not from thicker walls
Bending stiffness scales with height cubed. A rib 3× the wall height adds far more stiffness than doubling the wall, and it costs almost nothing in cycle time. This is the single highest-value move in plastic part design.
The catch is the rib root. Where the rib meets the wall, material mass builds up. That local thick spot cools last and pulls a sink mark onto the show surface directly opposite the rib.
Base thickness 0.5–0.6× wall for amorphous resins, 0.4–0.5× for high-shrink semi-crystallines. Height up to 3× wall. Draft 0.5–1.5° per side. Root radius 0.25–0.5× wall. Spacing at least 2× wall so the steel between ribs still cools.
Three fixes, in order of cost: move the rib off the show face, break the opposite face with a texture or a styling groove, or core out the wall behind the rib so the mass balances. Adding hold pressure only hides small sinks and often adds stress instead.
Draft is what lets the part leave the steel
A molded part shrinks onto the core. Ejector pins then push it off. With no taper, the part drags the full depth of the core and picks up scuff lines, stress whitening or a torn wall. Draft turns that sliding contact into an instant release.
Texture makes it worse. A grained surface is a field of tiny undercuts. Every 0.025 mm of texture depth needs roughly 1.5° of extra draft on top of the base requirement.
0.5° is the practical floor for a polished vertical face. 1–2° is the normal default. 3° suits a light grain, 5° and up a coarse one. Deep ribs and tall cores want at least 0.5° per side even when the drawing says the face is critical. Shut-off faces and sealing surfaces are the exception, and they need a written agreement before steel is cut.
Sharp inside corners are stress risers
A sharp internal corner concentrates stress, blocks flow and creates a local hot spot in the steel. It is also the place parts break first in drop tests. Adding a radius is free at the design stage and expensive after the tool is cut.
The chart below is the classic stress-concentration curve. Below R/T = 0.3 the factor climbs steeply. Above R/T = 0.6 you gain almost nothing, and you start adding mass that sinks.
Outside radius = inside radius + wall thickness. Do that and the material thickness through the corner stays equal to the nominal wall. Use the same inside radius everywhere so the polisher runs one ball cutter, not five.
Bosses: strong enough to hold a screw, thin enough not to sink
A boss is a rib rolled into a tube. Every rib rule still applies, plus two more. The wall of the boss has to stay thin relative to the nominal wall, and the boss must not sit directly against a side wall, or the two masses merge into one thick lump.
Core the boss from the parting line so the wall stays even. Give the core 0.25–0.5° draft, or it will not release. Stand the boss off the side wall by at least one wall thickness and tie it back with a gusset. Keep thread engagement at 2–2.5× the screw diameter, and add a counterbore at the mouth so the screw starts straight and the top of the boss does not split.
Every undercut buys a moving part in the tool
The cheapest mold opens in one direction and the part falls out. Anything that traps the part needs a slide, a lifter, a collapsible core or an unscrewing unit. Each one adds cost, adds cycle time, adds a witness line on the part, and adds something that can fail at 200,000 shots.
Pick the features your part actually needs. The panel adds up what they do to the tool.
Many undercuts disappear with a small change. Add a pass-through hole in the opposite face so a core pin can form the feature on straight pull. Move the parting line onto a styling break. Split one part into two and weld or clip them. Turn a rigid snap into a shallow bump-off that a flexible resin can strip over. Each of these is worth an hour of CAD work before the RFQ.
The gate decides where the weak lines land
Melt enters at the gate and races outward. Where two flow fronts meet, they form a weld line. That line can be 20–60% weaker than the bulk material, and on a glass-filled resin it is worse, because the fibers lie parallel to the line instead of across it.
Click anywhere in the plate to move the gate and watch the fill pattern change. Openings split the flow and put a weld line downstream of every hole.
Click the plate to place the gate.
Choosing a gate type
| Portão | Auto de-gate | Vestige | Melhor para | Watch out for |
|---|---|---|---|---|
| Edge / side | No | Trimmed nub | Flat parts, most tooling | Manual trim adds labor |
| Submarine (tunnel) | Sim | Pin mark, hidden | Small to medium parts | High shear, not for filled or brittle resins |
| Hot tip / valve gate | Sim | Small dimple or flat | Cosmetic parts, no runner scrap | Highest tool cost, needs controller |
| Direct sprue | No | Large scar | Thick single-cavity parts | Sink under the gate, long cooling |
| Ventilador | No | Wide trimmed edge | Wide flat panels, low warp | Needs trim fixture |
| Diafragma | No | Ring on the bore | Round parts needing concentricity | Secondary machining |
Where can a gate vestige be accepted? Which surface is cosmetic, so the weld line must be moved off it? Is the longest flow path within reach for this resin at this wall? Answer those and the filling analysis usually confirms what you already chose.
Shrinkage first, tolerance second
The cavity is cut larger than the part. How much larger depends on the resin, the wall, the hold pressure and the direction of flow. Semi-crystalline resins shrink two to four times more than amorphous ones, and glass fiber makes shrinkage directional.
That is why a tolerance that is routine in aluminum can be impossible in PP. Ask for tight numbers only where the function needs them, and say which datum they are measured from.
Hold pressure and hold time change shrinkage more than any other setting. Mold temperature comes next, then wall thickness. A part measured hot off the press is not the part you get 48 hours later, especially in PA and POM. Set your inspection window and write it on the drawing.
Values shown follow the general shape of the SPI and DIN 16742 guidance for standard and fine tolerance grades. Use them to sanity-check a drawing early. A final capability statement comes from the mold flow study and the first-article report.
Self-check
Eight questions from the sections above. Answers explain themselves as you go.
A análise estrutural é uma das etapas mais críticas do processo de conceção. Sem ela, o seu produto pode acabar por falhar em condições reais, o que pode levar a recolhas dispendiosas, atrasos ou mesmo a uma reputação de marca afetada. O objetivo aqui é prever e analisar o comportamento do produto quando sujeito a várias forças, condições ambientais e tensões. Para geometria complexa, Análise de elementos finitos (FEA) é a norma do sector para a verificação.
Por exemplo, ao conceber um componente de plástico moldado por injeção, a integridade estrutural do material é fundamental. Certos materiais, como o polipropileno (PP), podem comportar-se de forma diferente sob tensão em comparação com materiais como o policarbonato (PC), que é muito mais rígido e durável. Utilizando o software de Análise de Elementos Finitos (FEA), os engenheiros podem simular a forma como a peça responderá à pressão, às alterações de temperatura e às forças mecânicas. A FEA ajuda a identificar pontos fracos no seu design, tais como potenciais pontos de falha ou áreas propensas a deformação sob calor ou stress. Esta análise é especialmente importante para produtos que serão sujeitos a uma utilização intensiva ou a condições extremas, como peças para automóveis ou componentes electrónicos de exterior.
Além disso, em moldagem por injecçãoNo projeto, os designers devem ter em conta o arrefecimento e a contração dos materiais. Se o design não estiver corretamente alinhado com a forma como os materiais se contraem durante o arrefecimento, o produto pode apresentar inconsistências dimensionais, deformações ou fissuras. Por exemplo, peças com secções transversais espessas podem arrefecer a ritmos diferentes, causando tensões que podem levar a falhas ao longo do tempo. Ao realizar uma análise estrutural, pode mitigar estes riscos, garantindo que o seu produto é robusto e fiável a longo prazo.
6. Seleção dos materiais finais
À medida que o seu design evolui, é altura de finalizar a seleção de materiais. Nesta altura, já deve ter uma noção mais clara do material que melhor se adapta às necessidades do seu produto em termos de custo, desempenho e capacidade de fabrico. Esta decisão pode ser tomada após mais testes, simulações ou consultas com fornecedores. Para obter ajuda na determinação dos custos, pode utilizar o nosso calculadora de custos de moldes de injeção inteligentes.
Por exemplo, se estiver a conceber um dispositivo médico que exija esterilização, pode optar por um material como o PEEK (Poliéter Éter Cetona), que é conhecido pela sua excelente resistência ao calor e aos produtos químicos. Por outro lado, se estiver a conceber um produto de embalagem descartável, poderá ser adequado um material mais económico como o PET (Politereftalato de etileno).
7. Modificar o projeto para fabrico (DFM)
O design para fabrico (DFM) é o processo de aperfeiçoamento do seu design para tornar o seu fabrico mais fácil, mais económico e mais eficiente. É um passo essencial para quem pretende passar do protótipo à produção, uma vez que ajuda a garantir que o produto pode ser fabricado sem atrasos significativos ou custos inesperados. Revisão Melhores práticas de DFM pode encurtar significativamente a sua linha de tempo.
O processo DFM envolve a análise de todos os aspectos do projeto para identificar potenciais desafios que possam surgir durante a produção. No caso da moldagem por injeção, isto pode envolver a simplificação de peças para reduzir a complexidade do molde. Por exemplo, se o desenho tiver cortes profundos ou geometrias complexas que dificultem a ejeção da peça do molde, estas caraterísticas podem ser modificadas ou eliminadas.
Um bom exemplo de DFM na moldagem por injeção é a utilização de ângulos de inclinação. Sem ângulos de inclinação (ligeiras inclinações nos lados da cavidade do molde), a peça moldada pode ficar presa no molde, exigindo trabalho adicional ou ferramentas para a remover. Os ângulos de inclinação de cerca de 1 a 2 graus são frequentemente utilizados para facilitar a ejeção. Para além dos ângulos de inclinação, os sistemas de portas e canais (que direcionam o fluxo de material fundido para o molde) são também optimizados durante o processo DFM. Ao posicionar estrategicamente os portões e garantir um fluxo uniforme de material, os fabricantes podem reduzir os tempos de ciclo e o desperdício de material, o que, por sua vez, reduz os custos de produção.
Outra consideração importante da DFM é a contagem de peças. Quanto menos peças tiver um produto, mais fácil e menos dispendioso é o seu fabrico. A consolidação de componentes, sempre que possível, ou a conceção de peças multifuncionais pode ajudar a reduzir o tempo de fabrico, a complexidade das ferramentas e os custos de montagem. Em última análise, a DFM consiste em encontrar o equilíbrio correto entre a complexidade do design, a capacidade de fabrico e a eficiência de custos.
8. Prototipagem
A prototipagem é onde a borracha encontra a estrada. Até esta fase, o seu design existe apenas como uma ideia ou um ficheiro digital. O protótipo é a primeira vez que verá e sentirá o seu desenho no mundo real. É uma etapa inestimável para identificar problemas que podem não ter sido evidentes durante a fase de conceção e para verificar se o seu projeto funciona como pretendido antes de passar à produção em grande escala. Para os testes na fase inicial, muitos começam com conselhos de prototipagem para principiantes.
Para produtos moldados por injeção, a prototipagem envolve frequentemente a criação de um molde de tiragem limitada que é utilizado para produzir um pequeno lote de peças. Estas peças são depois testadas quanto à sua funcionalidade, ajuste e acabamento. Esta fase oferece uma oportunidade para avaliar o desempenho do produto no mundo real, incluindo a sua resistência, facilidade de montagem e experiência do utilizador. Se estiver a trabalhar num produto de consumo, como uma nova capa para telemóvel, pode também querer testar as qualidades tácteis - como se sente o produto na mão? É demasiado volumoso, demasiado liso ou desconfortável de utilizar?
Em alguns casos, prototipagem rápida métodos como a impressão 3D são utilizados para criar um protótipo. Embora os protótipos impressos em 3D possam ajudar a visualizar rapidamente a forma e o ajuste de um design, normalmente não reproduzem as propriedades dos materiais ou os processos de produção da moldagem por injeção. No entanto, os modelos impressos em 3D podem fornecer informações valiosas sobre os ajustes de design necessários antes de criar moldes mais dispendiosos.
A criação de protótipos também oferece a oportunidade de aperfeiçoar o processo de montagem. Será que todas as peças podem ser facilmente montadas? Existe uma forma mais fácil de as ligar? São necessários alguns ajustes em termos de tolerâncias das peças? Os testes com um protótipo ajudam a descobrir estas questões pequenas mas significativas que podem levar a problemas maiores durante a produção em massa.
9. Ferramentas
O fabrico de ferramentas é, sem dúvida, uma das fases mais dispendiosas e demoradas do desenvolvimento de um produto. Este passo envolve a criação de moldes ou ferramentas que serão utilizados para produzir o seu produto em grandes quantidades. O processo de fabrico de ferramentas envolve a criação de moldes precisos para moldagem por injeção, fundição injetada ou outras técnicas de fabrico, e prepara o terreno para a produção em massa.
Criar as ferramentas corretas é essencial para o sucesso do processo de fabrico do seu produto. Se as ferramentas forem imprecisas ou mal concebidas, podem dar origem a defeitos como um acabamento superficial deficiente, imprecisões dimensionais ou tempos de ciclo excessivos. No caso da moldagem por injeção, a criação do molde é uma tarefa altamente especializada que requer engenheiros e maquinistas experientes. O processo de conceção do molde tem em conta o número de cavidades (quantas peças idênticas podem ser produzidas de uma só vez), os sistemas de passagem (como o material fundido entra no molde) e os canais de arrefecimento (para controlar a temperatura e assegurar um arrefecimento uniforme).
O processo de fabrico de ferramentas começa frequentemente com o protótipo do próprio molde, criando moldes de teste para verificar o design e identificar quaisquer problemas antes do início da produção em grande escala. Quando o molde está pronto, é submetido a testes para garantir que é capaz de produzir peças consistentes e de alta qualidade sem desgaste excessivo. Por exemplo, se estiver a conceber um componente para um aplicação automóvelPara isso, é necessário um equipamento que possa suportar grandes volumes sem degradação da precisão. Normalmente, estas ferramentas são feitas de aço endurecido para suportar a pressão de múltiplos ciclos de injeção.
É importante notar que os custos das ferramentas são uma parte significativa do custo global de fabrico, e estes custos podem variar consoante a complexidade do design do produto. As caraterísticas complexas, como os moldes multi-cavidades, podem custar mais a produzir, mas resultam em tempos de ciclo mais rápidos e custos unitários mais baixos. Além disso, se as ferramentas forem mal concebidas ou necessitarem de manutenção frequente, podem provocar atrasos na produção ou aumentar as taxas de refugo, o que acaba por aumentar o custo de produção.
10. Produção
Finalmente, chegamos à fase de produção, onde o seu produto ganha vida em grandes quantidades. Durante a produção, o controlo de qualidade é fundamental. No caso das peças moldadas por injeção, isto significa verificar se cada lote apresenta defeitos, tais como disparos curtos (enchimento incompleto), deformações ou marcas de afundamento (imperfeições da superfície devidas ao arrefecimento).
Nesta altura, é provável que entre num ciclo de feedback contínuo com a equipa de produção, garantindo que o processo se mantém no caminho certo. Se tiver seguido cuidadosamente todos os passos anteriores, a fase de produção deverá decorrer sem problemas. Mas mesmo assim, a monitorização regular é essencial para manter a qualidade e a integridade de cada lote. Para mais informações sobre normas operacionais, visite o nosso blogue para actualizações diárias.
Em conclusão, o desenvolvimento de um produto bem sucedido é uma viagem que requer um planeamento meticuloso e uma execução cuidadosa. Desde a definição dos requisitos até à produção final, cada etapa do processo de conceção desempenha um papel fundamental para garantir que o seu produto não só satisfaz as necessidades do cliente, como também é fabricável e económico. Ao seguir estes 10 passos-chave, estará a preparar-se para o sucesso e a evitar armadilhas comuns que podem fazer descarrilar o desenvolvimento do produto. Leve cada passo a sério e estará no bom caminho para transformar as suas ideias em realidade.
