Nell’ambito della stampa 3D, la prototipazione rapida rappresenta un processo che permette di ottenere il primo modello fisico di un progetto.
Per fare ciò, nell’ambito della prototipazione industriale, vengono utilizzate tecnologie di Additive Manufacturing. L’obiettivo è quello di produrre prototipi di design, ma soprattutto funzionali, utilizzabili per migliorare le applicazioni esistenti o sviluppare nuovi progetti. Vediamo di approfondire questi aspetti.
Focus sulla prototipazione rapida attraverso la stampa 3D
Il prototipo costituisce la rappresentazione fisica di un'idea o di un progetto: è il primo modello fisico realizzato per valutare gli aspetti estetici e funzionali di un'applicazione.
La prototipazione rapida consente di realizzare rapidamente il primo modello di un'applicazione, utilizzando tecnologie additive o sottrattive. La Manifattura Additiva, conosciuta anche come stampa 3D, è stata originariamente sviluppata per la realizzazione veloce di prototipi per il settore industriale.
Oggi, grazie ai più moderni sistemi industriali di Additive Manufacturing, è possibile produrre veri e propri lotti di produzione, ottimizzando i processi.
Le tecnologie di prototipazione rapida
La realizzazione di parti funzionali e ottimali richiede un’accurata fase di ricerca. Per essere competitive nel mercato, le imprese devono ottimizzare il processo di sviluppo del prodotto, rendendolo sempre più veloce in tutte le sue fasi.
La prototipazione rapida gioca un ruolo chiave in questo, dal momento che consente di produrre modelli da testare in un tempo nettamente ridotto rispetto alle tecniche tradizionali.
Le tecnologie di prototipazione rapida si suddividono in produzione additiva, sottrattiva e fusione. In particolare, per gli oggetti in plastica la produzione additiva o stampa 3D prevede la realizzazione di un modello tramite l'aggiunta di materiale strato su strato, attraverso tecnologie specifiche quali la Fused Deposition Modelling (FDM), la Sinterizzazione Selettiva con laser o SLS, la Stereolitografia (SLA), il Multi-Jet Printing (MJP), il Color-Jet Printing (CJP) e il Smooth Curvature Printing (SCP).
L'ultima tecnologia introdotta è rappresentata dalla Multi Jet Fusion di HP, che consente sia la prototipazione che la produzione di singole parti finite.
La produzione sottrattiva, invece, parte da un blocco di materiale e sottrae il superfluo, utilizzando tecnologie come la fresatura, la tornitura e la foratura.
La fusione consiste invece nella creazione di diversi prototipi a partire da un modello iniziale realizzato tramite produzione additiva. Viene creato uno stampo in gomma siliconica, riempito con il materiale finale.
La fusione richiede numerosi passaggi e la realizzazione di uno stampo, per cui è particolarmente indicata per la produzione di lotti particolarmente numerosi.
Prototipazione stampa 3D nella lavorazione del metallo
Esistono diverse tecnologie di Additive Manufacturing (AM) utilizzate per lavorare il metallo. Di seguito alcune delle principali:
Selective Laser Melting (SLM): una tecnologia che utilizza un raggio laser per fondere strati di polvere metallica per creare oggetti tridimensionali. Il laser fonde il metallo seguendo un modello CAD, arrivando alla creazione di parti complesse e di alta precisione.
Direct Metal Laser Sintering (DMLS): Simile al SLM, anche il sistema DMLS utilizza un raggio laser per fondere e saldare polvere metallica. A differenza della tecnologia Selective Laser Melting, il DMLS lavora con una polvere preriscaldata che viene sinterizzata anzichè fondersi completamente.
Electron Beam Melting (EBM): Un fascio di elettroni viene impiegato allo scopo di fondere e solidificare la polvere metallica. Il processo avviene in una camera a vuoto consentendo di produrre oggetti di varie dimensioni.
Binder Jetting: Questa tecnologia prevede l'utilizzo di un legante che viene spruzzato su uno strato di polvere metallica. Il legante collega le particelle di polvere, solidificando il materiale, strato dopo strato, fino a formare l'oggetto progettato.
Directed Energy Deposition (DED): Questa tecnologia utilizza un ugello per depositare materiale metallico fuso al di sopra di un substrato. Il materiale viene fuso attraverso l'impiego di un raggio laser o di un fascio di elettroni. Il processo consente di aggiungere materiale a componenti esistenti così come di costruire oggetti ex novo.
Laser Metal Deposition (LMD): Sistema simile al Directed Energy Deposition, anche il LMD fa ricorso a un laser per fondere principalmente polveri metalliche, secondariamente filo metallico, applicati in strati per riparare componenti metallici esistenti o crearne di nuovi.
Perché puntare sull’Additive Manufacturing per la prototipazione rapida
La scelta della stampa 3D, come tecnologia flessibile applicabile all'intero lifecycle del prodotto, dallo sviluppo alla messa in produzione offre numerosi vantaggi. In primo luogo, consente alle imprese di ridurre il time to market e di testare e modificare i prototipi in modo veloce e al tempo stesso efficiente, accelerando la produzione del prodotto finito.
Non solo, dal momento che l’Additive Manufacturing consente una maggiore flessibilità per ciò che concerne progettazione e personalizzazione dei prodotti per molteplici tipologie di design.
Tali sistemi sono in grado di attuare una produzione on demand, attraverso la realizzazione di determinati oggetti solo quando se ne verifica la necessità, evitando la creazione di scorte o l'eccesso di produzione. La produzione si basa infatti su un approccio che riduce gli sprechi, i costi di stoccaggio e la necessità di prevedere la domanda futura.
Tutto ciò è possibile dal momento che le tecnologie additive consentono produzioni estremamente rapide e flessibili di oggetti customizzati, ricorrendo a una vasta gamma di materiali, anche metallici, senza la necessità di generare grandi lotti o di avviare linee di produzione dedicate.
Per questi motivi la scelta della stampa 3D, come tecnica di prototipazione rapida, può rappresentare la strada prioritaria da seguire per le imprese che desiderano accelerare il processo produttivo e ottenere prototipi di alta qualità in tempi ridotti. Ma questo aspetto, per quanto importantissimo, non è l’unico estremamente rilevante, dal momento che l’Additive Manufacturing si sta affermando sempre di più come soluzione ideale anche per le produzioni in serie, unendo più vantaggi, dalla velocità di realizzazione all’elevata customizzazione degli articoli.
