Stampa 3D in silicone al 100% dei prototipi di occhialini da nuoto di FINIS, Inc.

FINIS, Inc. è rinomata per lo sviluppo di prodotti all'avanguardia che hanno conquistato la fiducia di nuotatori di tutti i livelli grazie alla loro eccezionale qualità e alle loro prestazioni. L'azienda, che ha sede in California, negli Stati Uniti, si impegna a migliorare costantemente la propria offerta di prodotti innovativi, prestando particolare attenzione alle mutevoli esigenze di nuotatori e allenatori.

David Beittel svolge il ruolo di designer senior presso FINIS, Inc. e gestisce il team di sviluppo del prodotto, insieme al quale ha iniziato a utilizzare la stampa 3D a filamento per la prototipazione rapida, ma si è subito reso conto della necessità di ottenere parti più dettagliate e isotropiche. Sebbene utilizzi ancora la stampa a filamento nel processo di sviluppo del prodotto, il team ha scelto le stampanti 3D stereolitografiche (SLA) Form 3+ di Formlabs per la realizzazione di prototipi simili al prodotto finale ed è rimasto impressionato dalla "eccezionale gamma di materiali". Tuttavia, poiché le linee di prodotti principali di FINIS, Inc. comprendono pinne, occhialini e attrezzature per l'allenamento, l'unica cosa che mancava era un silicone puro e resistente per fabbricare parti che somigliassero il più possibile ai materiali di produzione finali.

In passato, il team produceva le parti in silicone da colata utilizzando degli stampi, operazione che richiedeva molta manodopera e lunghi tempi di realizzazione. Adesso l'azienda ha a disposizione le stampanti 3D a resina Form 3+ e la nuova Silicone 40A Resin, la prima resina accessibile per la produzione rapida di parti morbide, flessibili e resistenti in silicone al 100%, che consente di apportare rapidamente modifiche e di stampare prototipi funzionali in una notte.

Durante i test interni, dentro e fuori dall'acqua, il team ha evidenziato la straordinaria impermeabilità del materiale e la sua impareggiabile resilienza, di gran lunga superiori a quelle dei materiali per la stampa 3D simili al silicone. Il team di sviluppo del prodotto ha constatato con entusiasmo che la Silicone 40A Resin ha un'elasticità incredibilmente simile a quella del materiale di produzione finale, per cui si è rivelata uno strumento prezioso per perfezionare i design dei prodotti e garantire prestazioni ottimali durante tutte le fasi del processo di sviluppo.

Solitamente, per la produzione di massa di parti in silicone, il team opterebbe per lo stampaggio a iniezione o a compressione. I metodi tradizionali richiedono strumenti in acciaio costosi e tempi di realizzazione lunghi, spesso di mesi. Per questo motivo, la colata di uretano per i prototipi beta e le parti pre-produzione viene spesso esternalizzata durante la fase di sviluppo del prodotto. Sebbene questo approccio sia molto diffuso per produrre decine di parti, richiede comunque tempi di realizzazione di due o tre settimane, e questo limita la possibilità di realizzare prototipi e iterazioni rapide del design. 

Per risolvere questo problema, il team ha integrato la stampa 3D nel ciclo di sviluppo. In questo modo, ha potuto perfezionare i design e condurre test interni prima di dedicarsi alla creazione rapida di attrezzature per il test degli utenti. Di conseguenza, può eseguire numerosi cicli di progettazione, test e revisione per sviluppare prodotti migliori.

Durante lo sviluppo dei nuovi Smart Goggle, il team di FINIS, Inc. ha riscontrato un problema durante la prototipazione delle nuove guarnizioni. Il piccolo modulo che conta il numero di vasche, la frequenza delle bracciate e gli intertempi, destinato a essere inserito negli occhialini, si deve poter accendere e spegnere facilmente. La sfida è stata quindi quella di sviluppare una guarnizione con un pulsante integrato che si allineasse con il pulsante del modulo e fosse allo stesso tempo impermeabile.

Prima di passare alla colata di uretano per i test beta, il team ha dovuto eseguire delle iterazioni sul design: "Il pulsante era un elemento difficile da realizzare e la sua prototipazione è stata impegnativa", ha dichiarato Beittel. In passato, il team avrebbe optato per la stampa 3D con l'Elastic 50A Resin per sviluppare i prototipi di questa nuova guarnizione. Tuttavia, i materiali per la stampa 3D simili al silicone non sono sufficientemente elastici e non ritornano nella posizione iniziale altrettanto velocemente rispetto ai siliconi veri e propri. Per quanto l'Elastic 50A Resin andasse bene per i prototipi iniziali, serviva un materiale che si avvicinasse a quello della produzione finale in silicone. "Per le guarnizioni avevamo bisogno di un materiale per la prototipazione rapida con una certa elasticità. Gli altri materiali si piegavano e flettevano, ma non tornavano nella posizione iniziale come il silicone."

Quando Beittel e il suo team hanno iniziato a utilizzare la Silicone 40A Resin, i prototipi sono progressivamente migliorati. Il nuovo materiale ha una resilienza notevolmente migliore e ha una resa molto simile a quella del materiale di produzione. Il team ha utilizzato la guarnizione stampata con la Silicone 40A Resin per i test interni ed è rimasto stupito dall'aderenza della guarnizione intorno all'occhio e dall'impermeabilità del materiale. Beittel afferma che la convalida è stata così positiva che alla fine ha potuto sostituirla per i primi prototipi con uno strumento di produzione e il risultato è stato molto simile.

Uno dei prodotti più popolari di FINIS, Inc. è il lettore MP3 subacqueo a conduzione ossea. Essendo un prodotto molto apprezzato, il team ha deciso di studiarne una nuova versione over-ear meno voluminosa. Una delle difficoltà emerse è stata la leggera instabilità delle cuffie quando i nuotatori eseguono movimenti vigorosi, come le spinte dal muro o le virate. Beittel e il suo team hanno cercato di risolvere il problema sviluppando un piccolo componente aggiuntivo in silicone che si fissa saldamente alle cuffie, consentendo al cinturino degli occhialini di passarvi sopra e aumentarne la stabilità.

Il team di sviluppo del prodotto ha testato diverse iterazioni stampate in 3D per ottenere il risultato desiderato. "Abbiamo apportato piccole modifiche per verificare quale fosse il componente più facile da indossare e quale andasse meglio in piscina", ha spiegato Beittel. In precedenza venivano utilizzati materiali simili al silicone presenti nel catalogo dei materiali di Formlabs, che però non offrivano la flessibilità necessaria per passare attraverso i fori e mantenere un'aderenza perfetta con le cuffie, ed erano anche più soggetti a lacerazioni." 

L'elasticità e la resistenza della Silicone 40A Resin hanno migliorato notevolmente il processo di prototipazione, rispondendo efficacemente a queste esigenze. Per Beittel è importante anche l'aspetto, la consistenza e il modo in cui si comporta il materiale, per capire se è abbastanza simile a quello utilizzato per il prodotto finale. Ha apprezzato il fatto che il materiale non si deforma e mantiene la forma anche dopo un uso ripetuto.

Senza la stampa 3D, il team avrebbe scelto lo stampaggio a iniezione con un piccolo strumento e avrebbe modificato lo stampo se necessario. Tuttavia, questo metodo avrebbe rallentato notevolmente il processo, che richiedeva almeno un mese per la realizzazione di ogni iterazione. Beittel sottolinea che la Silicone 40A Resin permette al team di completare velocemente il ciclo di sviluppo, poiché consente di prendere decisioni in tempi brevi, di produrre rapidamente i pezzi e di eseguire prontamente i test.

In questo modo, il team può ottimizzare i modelli e assicurarsi che funzionino correttamente prima di ordinare le attrezzature per la produzione finale. "Una volta ordinate le attrezzature, si è molto limitati: si possono apportare alcune modifiche, che però richiedono molto tempo, sono costose e tendono a ridurre la qualità dello strumento."

Un'altra applicazione per cui è stata determinante l'elasticità della Silicone 40A Resin è stata quella delle pinne a sirena, che hanno avuto molto successo negli ultimi anni. A fronte del numero crescente di persone che si avvicinano al "mondo delle sirene", come lo ha definito Beittel, è fondamentale che l'azienda produttrice di attrezzature per il nuoto sia in grado di seguire le tendenze e di adattarsi alle misure più grandi dei piedi degli uomini che ora nuotano con le sirene. Il team ha voluto sondare il mercato prima di produrre in massa più versioni di questo prodotto. A tale scopo, il team di sviluppo del prodotto ha ideato un'estensione del cinturino che può essere aggiunta alla tasca per i piedi per adattarsi a tutti i tipi di piede.

Come nel caso precedente, il team ha inizialmente testato gli altri materiali flessibili prima di utilizzare la Silicone 40A Resin, e il nuovo materiale è indubbiamente unico nel suo genere. La Flexible 80A Resin e la Elastic 50A Resin, pur essendo ottime per la prototipazione iniziale e le iterazioni di design, non sono in grado di sopportare tensioni e sollecitazioni ripetute, che spesso provocano lacerazioni durante i test, mentre l'elasticità della Silicone 40A Resin è ineguagliabile.

"Avere una stampante SLA in-house a questo prezzo è davvero sorprendente. Non avrei mai pensato che sarebbe stato possibile", ha affermato Beittel. 

L'introduzione della Silicone 40A Resin nel workflow ha consentito al team di sviluppo prodotti di FINIS, Inc. di accelerare le fasi di prototipazione. Beittel ha constatato con entusiasmo che il nuovo materiale era adatto ai prototipi funzionali e ai test interni delle guarnizioni degli occhialini e di varie altre parti in gomma, grazie alle sue eccezionali proprietà meccaniche.