Utilizzo della stampa 3D per la produzione di prototipi ad alta precisione per orologi meccanici

Gli orologi, con i loro movimenti, sono dispositivi di misurazione in cui è importante non solo la precisione, ma anche l’aspetto estetico, che deve soddisfare i gusti dei clienti. Combinare questi due elementi non è sempre facile. 

Petra Möller, direttrice del dipartimento di gestione dei prodotti presso Sinn Spezialuhren, e il suo team si trovano continuamente ad affrontare la sfida di trasformare le idee di prodotto in realtà. Per raggiungere questo obiettivo, hanno recentemente iniziato a utilizzare la stampante 3D stereolitografica (SLA) Form 3 per creare prototipi dei loro modelli di orologi.

Da quasi 60 anni Sinn Spezialuhren è sinonimo di orologi meccanici dalle funzionalità ricercate. La loro gamma di prodotti spazia da orologi da aviatore a orologi subacquei, cronografi e timer di missione indossati da piloti, sommozzatori e dall'unità tattica d'élite GSG 9 della polizia federale tedesca. Il design di un orologio è fortemente influenzato dalla funzionalità prevista e ciò spesso crea problemi al team durante il processo di sviluppo.

Nils Hunder lavora nel team di Petra Möller e si occupa di sviluppo e ingegneria di casse, movimenti e bracciali per orologi. Il compito del team è quello di guidare lo sviluppo del prodotto fino alla produzione in serie, collaborando con tutti gli altri reparti. 

Le parti di un orologio sono spesso piccole, con minuscoli dettagli che possono influenzare in modo significativo l'aspetto e la funzionalità di un segnatempo. Alcune delle domande fondamentali durante il processo di sviluppo riguardano le proporzioni dell'orologio sono corrette, l’effetto che farà la forma della cassa sul braccio o il modo migliore per fissare il cinturino alla cassa. 

Spesso i disegni, digitali o fatti a mano, dei prodotti non trasmettono in modo ottimale l’effetto che farà il prodotto finale sul braccio. Per facilitare il processo di sviluppo, è molto utile creare prototipi degli orologi prima della fase di produzione di massa.

Finora Sinn si era affidata a un fornitore di servizi esterno per la produzione dei prototipi. All'inizio i modelli degli orologi erano realizzati utilizzando la stampa 3D SLA con una resina sintetica molto fragile. Il materiale non era adatto per quei modelli, che dovevano anche essere indossati sul braccio per controllarne l’aspetto e la sensazione reali. Successivamente il team è passato all’uso di stampanti 3D a modellazione a deposizione fusa (FDM), con un materiale simile alla cera. In questo modo, però, i modelli dovevano comunque essere colati in alluminio, con un considerevole dispendio di tempo e denaro. “In passato i prototipi venivano introdotti nel processo di sviluppo molto più tardi, quando tutto era praticamente pronto e volevamo dare un’ultima occhiata all’orologio prima di premere il tasto di avvio sulla macchina a controllo numerico”, racconta Hunder.

Siccome il team voleva introdurre la stampa 3D nei processi in-house, Hunder ha cominciato a seguire Formlabs con interesse. Era entusiasta della finitura superficiale liscia prodotta delle stampanti 3D SLA, anche se non era molto convinto del valore aggiunto della Form 1 e della Form 2. A causa della necessità di utilizzare strutture di supporto con la tecnologia SLA, per molto tempo il team ha ritenuto che una stampante FDM con strutture di supporto lavabili e una finitura superficiale più ruvida rimanesse la scelta migliore. Alla fine sono state la finitura superficiale e le strutture di supporto facilmente rimovibili a convincere Petra Möller e Nils Hunder ad acquistare una Form 3 e i relativi apparecchi di post-elaborazione Form Wash e Form Cure. Da allora, la loro nuova stampante Low Force Stereolithography (LFS) è stata utilizzata regolarmente per lo sviluppo di prototipi. 

Il laser ad alta precisione della Form 3 permette di stampare dettagli di piccole dimensioni come incisioni o increspature sulla corona della cassa dell'orologio. Il loro materiale preferito per la stampa di casse per orologi è la Black Resin. I dettagli vengono riprodotti al meglio con uno spessore dello strato di 25 micron. La post-elaborazione necessaria è minima e la cassa può essere ulteriormente rifinita in un secondo momento (ad esempio aerografata per ottenere il colore desiderato).

Il team si è reso conto di quanto fossero importanti l'utilizzo della Form Wash e il corretto processo di lavaggio delle parti stampate, prima in etere monometilico di tripropilenglicole, quindi in alcool isopropilico. I bracciali presentano delle sottili scanalature che potrebbero rimanere sigillate intrappolando la resina al loro interno durante la polimerizzazione post-stampa se i modelli non sono stati lavati accuratamente. 

A parte questo dettaglio, l'implementazione della stampa 3D è stata un gioco da ragazzi per Sinn Spezialuhren. La stampa 3D viene ora utilizzata fin dalle prime fasi dello sviluppo dei prototipi e dei modelli. I modelli vengono spesso stampati durante la notte in modo da poter apportare modifiche o eseguire ulteriori iterazioni il prima possibile.

Grazie all’innovazione continua dei materiali per le stampanti 3D Formlabs, il team riceve regolarmente anche suggerimenti per nuove idee da testare durante la prototipazione. Ad esempio, la nuova Flexible 80A Resin ha la stessa durezza Shore del silicone utilizzato per i cinturini degli orologi e il team di Sinn ha già utilizzato il materiale per stampare in 3D prototipi simili al silicone.

Dopo aver acquistato la prima stampante 3D, il team di Sinn ha rapidamente individuato altri interessanti casi d’uso oltre alla prototipazione. La versatilità e l’affidabilità della Form 3 nella stampa ad alta qualità si prestano a diverse applicazioni durante lo sviluppo e la produzione del prodotto.

Leggi il prossimo articolo per scoprire come l'azienda ha sfruttato la stampa 3D per la fabbricazione di strumenti di produzione come attacchi, fissaggi e attrezzature per test.