La guida definitiva alla prototipazione rapida per lo sviluppo di nuovi prodotti

Right hand robotics - Rapid prototyping

La prototipazione è una parte fondamentale del processo di design ingegneristico, ma in passato ha rappresentato un ostacolo.

Progettisti e ingegneri potevano creare modelli Proof-of-Concept improvvisati con strumenti semplici, ma produrre prototipi funzionali spesso richiedeva gli stessi processi usati per i prodotti finali. I processi di fabbricazione tradizionali come stampaggio a iniezione o CNC richiedono attrezzature e impostazioni costose, rendendo i prototipi personalizzati per produzioni ridotte estremamente costosi.

La prototipazione rapida permette alle aziende di trasformare le idee in Proof-of-Concept realistici, consente di sviluppare prototipi di alta qualità che funzionano in tutto e per tutto come prodotti finali e guida i prodotti lungo una serie di fasi di validazione che portano alla produzione di massa.

Grazie alla prototipazione rapida, designer e ingegneri possono creare dei prototipi direttamente a partire dai dati CAD in tempi prima inimmaginabili e possono effettuare delle rapide revisioni frequenti dei loro modelli basandosi sui riscontri ottenuti durante l'esecuzione di test svolti in ambienti reali.

In questa guida scoprirai come la prototipazione rapida si inserisce all'interno del processo di progettazione dei prodotti, quali sono le sue applicazioni e quali strumenti per la prototipazione rapida hanno a disposizione oggigiorno i team di designer industriali

Che cos'è la prototipazione rapida?

La prototipazione rapida è un insieme di tecniche utilizzate per creare rapidamente un modello in scala di una parte o una configurazione fisica utilizzando i dati di progettazione assistita dall'elaboratore (Computer-Aided Design, CAD). Siccome queste parti o configurazioni sono di solito realizzate utilizzando delle tecniche additive, piuttosto che dei metodi sottrattivi tradizionali, questa espressione è diventata sinonimo di produzione additiva e stampa 3D.

La produzione additiva è ideale in combinazione con la prototipazione. Offre una libertà quasi totale nella scelta delle forme, non richiede strumenti specifici e permette di creare parti dalle proprietà molto simili a quelle di molti materiali realizzati con i metodi di produzione tradizionali. Le tecnologie di stampa 3D esistono fin dagli anni '80, ma il loro costo e la complessità eccessivi le hanno rese accessibili principalmente solo alle grandi aziende, mentre le piccole imprese hanno dovuto rivolgersi a fornitori specializzati, dovendo quindi attendere svariate settimane tra un'iterazione e l'altra.

L'avvento della stampa 3D da banco e desktop ha rivoluzionato il settore e ha dato il via a numerose applicazioni, e il numero sembra destinato a crescere. Grazie alla possibilità di stampare in 3D in-house, ingegneri e designer possono iterare rapidamente tra design digitali e prototipi fisici. È ora possibile creare dei prototipi in un solo giorno ed eseguire rapide iterazioni di design, dimensioni, forma o composizione in base ai risultati di test e analisi svolte in ambienti reali. In conclusione, la prototipazione rapida consente alle aziende di ottenere dei prodotti migliori da lanciare sul mercato prima della concorrenza.

Grazie alla stampa 3D, i designer possono iterare rapidamente tra design digitali e prototipi fisici, potendo quindi passare più velocemente alla fase di produzione.

Grazie alla stampa 3D, i designer possono iterare rapidamente tra design digitali e prototipi fisici, potendo quindi passare più velocemente alla fase di produzione.


Webinar

Validating Part Designs for Injection Molding: Cutsforth Case Study

Guarda il nostro webinar, in cui il manager ingegneristico di Custsforth, Jason Kammerer, spiega il processo di sviluppo per un nuovo prodotto di sistema di monitoraggio, dal concetto iniziale ai primi prototipi, fino alle parti finali stampate a iniezione e l'assemblaggio.

*In inglese.

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Perché usare la prototipazione rapida?

Realizza ed esplora i concetti dei progetti più rapidamente

Grazie alla prototipazione rapida, potrai dare forma in breve tempo a nuove idee effettuando indagini concettuali che si avvicinano ai prodotti reali. I designer potranno andare oltre la visualizzazione virtuale, in modo da aver chiaro con facilità quale sarà l'aspetto del prodotto finale, e confrontare i concetti.

Comunica le idee in maniera efficace

I modelli fisici consentono ai designer di condividere i loro concetti con colleghi, clienti e collaboratori, in modo da trasmettere le idee in una maniera che non sarebbe possibile con la semplice visualizzazione dei progetti su uno schermo. La prototipazione rapida permette di ricevere feedback chiaro e pratico, che è essenziale per finalizzare e migliorare i progetti.

Progetta iterativamente e incorpora le modifiche all'istante

La progettazione è sempre un processo iterativo che richiede numerose prove, valutazioni e modifiche prima di poter ottenere il prodotto finale. La prototipazione rapida con stampa 3D offre la flessibilità di creare più velocemente prototipi realistici e apportare le modifiche all'istante, potenziando quindi questo fondamentale processo di sperimentazione.

Iterazioni consecutive di Sutrue, un dispositivo per la sutura chirurgica i cui prototipi sono stati creati utilizzando le stampanti SLA di Formlabs.

Iterazioni consecutive di Sutrue, un dispositivo per la sutura chirurgica i cui prototipi sono stati creati utilizzando le stampanti SLA di Formlabs.

Un buon modello è costituito da un ciclo di progettazione di 24 ore: creazione del progetto durante il giorno, stampa in 3D delle parti nel corso della notte, pulizia e test il giorno successivo, modifiche al design, quindi ripetere il processo.

Risparmia tempo e denaro

Con la stampa 3D non sono necessari strumenti e impostazioni costosi: lo stesso dispositivo può essere utilizzato per produrre geometrie diverse. La prototipazione in-house elimina i costi elevati e i tempi di attesa associati con l'esternalizzazione.

Esegui test rigorosi e minimizza i difetti di progettazione

Nella progettazione e nella fabbricazione dei prodotti, se i difetti vengono rilevati durante le prime fasi, si possono evitare costose revisioni e modifiche della strumentazione durante i passaggi successivi.

La prototipazione rapida consente agli ingegneri di eseguire test rigorosi su prototipi che hanno l'aspetto e la funzionalità dei prodotti finali, riducendo perciò il rischio di riscontrare problemi di usabilità e realizzazione prima di avviare la produzione.


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In questo whitepaper scoprirai come funzionano le tecnologie SLA, perché migliaia di professionisti usano oggi questo processo e cosa hai bisogno di sapere per esplorare come la stampa 3D SLA può essere utile per il tuo lavoro.

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Applicazioni della prototipazione rapida

Grazie alla vasta gamma di tecnologie e materiali disponibili, la prototipazione rapida con la stampa 3D facilita lo sviluppo dei progetti per designer e ingegneri, dai modelli concettuali iniziali fino alle fasi di progettazione, validazione e produzione.

Modelli concettuali

I modelli concettuali o prototipi Proof-of-Concept (POC) aiutano i designer industriali a convalidare idee e supposizioni e a testare la viabilità dei prodotti. I modelli concettuali fisici possono servire per presentare un'idea alle persone coinvolte nel progetto, avviare discussioni e ottenere l'approvazione o meno utilizzando esplorazioni del concetto a rischio limitato.

I designer dello studio svizzero di consulenza e design Panter&Tourron hanno usato la stampa 3D SLA per passare dall'idea al prodotto da presentazione in sole due settimane.

I designer dello studio svizzero di consulenza e design Panter&Tourron hanno usato la stampa 3D SLA per passare dall'idea al prodotto da presentazione in sole due settimane.

Per realizzare una creazione di modelli concettuali efficace, la velocità è fondamentale: i designer devono generare numerose idee prima di costruire e valutare i modelli fisici. In questa fase, usabilità e qualità sono meno rilevanti e i team si affidano il più possibile a parti disponibili immediatamente.

Le stampanti 3D sono lo strumento ideale per la creazione di modelli concettuali. Offrono tempi di produzione rapidissimi per trasformare un file in un prototipo fisico e consentono quindi ai designer di testare rapidamente più concetti. Rispetto alla maggior parte degli strumenti di produzione e officina, le stampanti 3D desktop sono pensate per l'ufficio, perciò non richiedono uno spazio dedicato.

Prototipi funzionali

Man mano che il prodotto prosegue nel processo di produzione, i dettagli diventano sempre più importanti. La stampa 3D consente agli ingegneri di creare dei modelli fedeli, che rappresentano accuratamente il prodotto finale. In questo modo è più facile verificare design, funzionalità e possibilità di realizzazione prima di investire in macchinari costosi e avviare la produzione, quando i tempi e i costi per apportare modifiche diventerebbero sempre più proibitivi.

Il produttore di telecamere subacquee Paralenz ha utilizzato la stampa 3D per creare prototipi realistici che hanno resistito a test effettuati a più di 200 metri sotto il livello del mare.

Il produttore di telecamere subacquee Paralenz ha utilizzato la stampa 3D per creare prototipi realistici che hanno resistito a test effettuati a più di 200 metri sotto il livello del mare.

 

I materiali di stampa 3D avanzati possono imitare fedelmente l'aspetto e le caratteristiche fisiche delle parti prodotte con i processi di fabbricazione tradizionali, come lo stampaggio a iniezione. Diversi materiali possono simulare parti con dettagli raffinati, superfici lisce e a bassa frizione, alloggiamenti rigidi e robusti o componenti morbidi e trasparenti. Le parti stampate in 3D possono essere finalizzate con processi secondari come levigatura, lucidatura, pittura o trattamenti galvanici per replicare qualsiasi attributo visivo di una parte finale, nonché essere lavorate a macchina per creare assemblaggi composti da più parti e materiali.

Gli ingegneri presso Wöhler hanno costruito un prototipo di un misuratore di umidità altamente realistico e funzionante a partire da più materiali diversi con un alloggiamento rigido e dei tasti morbidi.

Gli ingegneri presso Wöhler hanno costruito un prototipo di un misuratore di umidità altamente realistico e funzionante a partire da più materiali diversi con un alloggiamento rigido e dei tasti morbidi.

I prototipi ingegneristici richiedono numerosi test funzionali per verificare il modo in cui una parte o un assemblaggio si comporterà quando sottoposto a sollecitazioni e condizioni di utilizzo sul campo. La stampa 3D consente la progettazione di plastiche per prototipi a elevate prestazioni che possono resistere a sollecitazioni termiche, chimiche e meccaniche. Questa tecnologia fornisce inoltre una soluzione efficace per la creazione di fissaggi di prova personalizzati che consentono di semplificare i test e le certificazioni funzionali tramite la raccolta omogenea dei dati.

Pre-produzione e fabbricazione

Una volta ottenuto un prototipo eccellente si è solo a metà strada: per poter essere un prodotto finale di successo, un design deve poter essere fabbricato più volte in maniera economica. Il design per la fabbricazione (DFM) coniuga l'estetica e la funzionalità del design mantenendo i requisiti del prodotto finale. Il DFM facilità il processo di fabbricazione per ridurre i costi di produzione e mantenere il costo per unità al di sotto del livello richiesto.

L'azienda di design di dispositivi medici Coalesce usa delle dime personalizzate per eseguire dei test in-house.

L'azienda di design di dispositivi medici Coalesce usa delle dime personalizzate per eseguire dei test in-house.

La prototipazione rapida consente agli ingegneri di creare piccoli lotti, soluzioni personalizzate uniche e sottoassemblaggi per la validazione delle parti dal punto di vista ingegneristico e del design (EVT e DVT), in modo da testarne la fabbricabilità.

La stampa 3D rende più facile la verifica delle tolleranze tenendo a mente il processo di fabbricazione effettivo e consente di svolgere numerosi test in-house e sul campo prima di passare alla produzione di massa. Le parti stampate in 3D supportano anche la produzione, con strumenti per la prototipazione, stampi, dime e fissaggi per la linea di produzione.

Dime stampate in 3D in una linea di produzione automatizzata presso Pankl Racing Systems.

Dime stampate in 3D in una linea di produzione automatizzata presso Pankl Racing Systems.

Con la stampa 3D, la progettazione non deve per forza terminare dove inizia la produzione. Gli strumenti per la prototipazione rapida consentono a designer e ingegneri di migliorare costantemente i prodotti e risolvere in modo efficace e veloce le problematiche che si presentano nel corso del progetto mediante attrezzature e strumenti che ottimizzano l'assemblaggio o i processi di controllo di qualità.

Strumenti per la prototipazione rapida

Esistono diverse tecniche di prototipazione rapida, e scegliere tra le diverse soluzioni potrebbe risultare difficile. Ti interessa scoprire quale strumento di prototipazione rapida si adatta meglio alla tua applicazione?

Nel prossimo articolo analizziamo le tre tecnologie di stampa 3D più utilizzate per la plastica al momento: modellazione a deposizione fusa (FDM), stereolitografia (SLA) e sinterizzazione laser selettiva (SLS).

Tecnologia FDM vs SLA vs SLS

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