sabato 4 Febbraio 2023

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Guida alla prototipazione rapida, alleata dei team di ricerca e sviluppo

Riflettere sul concetto di Industria 5.0 ci ha permesso di citare, sebbene brevemente, alcune delle tecnologie che faciliteranno l’adozione di questo nuovo modello e garantiranno un comparto più flessibile e sostenibile, grazie allo sviluppo di processi circolari.
Tra queste tecnologie, si attesta a svolgere un ruolo di primo piano la prototipazione rapida. Cerchiamo quindi di capire di cosa si tratta e quali vantaggi può garantire al futuro dell’industria.

Introduzione alla prototipazione rapida

La prototipazione è una fase di progettazione in cui viene realizzato un modello che permette al disegnatore di valutare la propria idea dal punto di vista funzionale e tecnico.
La prototipazione rapida rappresenta, più nello specifico, l’insieme di tecniche impiegate per creare celermente un modello in scala utilizzando i dati di progettazione assistita dall’elaboratore (Computer-Aided Design, CAD). Essa corrisponde dunque al primo output fisico di un progetto, che viene realizzato mediante le tecnologie di manifattura additiva e stampa 3D, ma anche mediante lavorazioni meccaniche CNC.

Quali sono i benefici?

La prototipazione rapida consente di ridurre i costi e i tempi di sviluppo di un nuovo prodotto e di testare il risultato finale. Così facendo, il designer può intervenire velocemente con revisioni volte a migliorare tanto il prodotto finale e le sue caratteristiche tecniche quanto i cicli di produzione. Grazie a tale funzione, si riesce dunque a posizionare in maniera più efficiente e rapida un nuovo modello sul mercato.  

Le fasi della prototipazione

La prototipazione rapida è una tecnologia trasversale che coinvolge i principali ambiti industriali, dall’automotive al settore meccanico, fino a quello medicale. Essa si compone di diverse fasi, riassumibili nei seguenti step:

  • preparazione del file 3D → in formato STL, a partire da un modello CAD;
  • gestione del modello 3D → riparazione della mesh, orientamento del pezzo, preparazione del piatto stampa (nesting) e dei layer di stampa (slicing);
  • stampa del prototipo → i tempi di realizzazione variano in base alla tecnologia di produzione e alla dimensione, al peso e al numero di pezzi;
  • fase di Post Processing → finitura del pezzo, tramite rimozioni di supporti o materiale in eccesso e miglioramento delle superfici.

Le funzioni

Come si anticipava, il successo di tale dinamica è connesso alla possibilità di sviluppare il prodotto prima di passare all’industrializzazione, ottimizzando il time-to-market, evitando errori ingegneristici e contenendo i costi del processo.
La prototipazione rapida risulta utile per presentare i prodotti a potenziali acquirenti o in fiera allo scopo di raccogliere feedback commerciali, prima di passare alla fase di produzione in serie. 

Le tecnologie impiegate

Ogni progetto di prototipazione rapida richiede tecnologie e materiali specifici, in funzione dei test che il prodotto dovrà subire. In linea generale, non esiste quindi una tecnologia di prototipazione migliore, ma solo quella più adatta alle esigenze del progetto. 

Le principali tecnologie di prototipazione rapida sono:

  • la Stereolitografia (SLA): attraverso l’impiego di resine che simulano materiali plastici si realizzano prototipi di alto valore estetico. La solidificazione si concretizza per strati e, ultimato il processo, i particolari vengono sottoposti a un trattamento agli UV per stabilizzare la resina.
  • La Sinterizzazione (SLS) è il processo ideale per realizzare prototipi funzionali ad alta resistenza meccanica. Il calore del laser solidifica le polveri strato su strato. A differenza della stereolitografia, essa non richiede supporti per il sostegno del prototipo. Al termine del processo è necessario attendere il raffreddamento del pezzo prima di estrarlo dalla vasca per eliminare gli eccessi di polvere.
  • Fused Deposition Modelling (FDM): assicura prototipi con materiale definitivo, ma scarse prestazioni estetiche e di precisione. Il materiale viene depositato per strati orizzontali attraverso un estrusore.
  • Multi Jet Fusion della HP è una tecnologia piuttosto recente per costruire prototipi in PA12. Il valore aggiunto è l’impermeabilità del pezzo e la sua resistenza termica fino a 175°C.
  • Il Duraform Flex affianca la tecnologia SLS per la realizzazione di prototipi funzionali in gomma, utili per le guarnizioni.
  • La Sinterizzazione di polveri di metallo (DMLS) permette di utilizzare materiali come acciaio inox, titanio, alluminio e cromo-cobalto.

Tali tecnologie, che hanno permesso la nascita del concetto di prototipazione rapida, sono ancora in fase di sviluppo, ma rappresentano sicuramente una delle più grandi innovazioni nell’ambito della R&S.
La garanzia di prodotti più testati, ottimizzati e green, lungo l’intero ciclo di vita, contribuirà a sostenere la diffusione e la piena realizzazione della prototipazione rapida in ogni comparto industriale.

Fonti: weerg.com, formlabs.com, coesum.it

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