Come Nix stampa in 3D tubi luminosi trasparenti e funzionali

I colori possono avere un'enorme influenza su come interpretiamo il mondo che ci circonda, ma la maggior parte della nostra comunicazione relativa a essi è verbale o avviene attraverso parametri arbitrari e nomenclature. Molti di noi pensano ai colori in modo analogico, ma Nix, un'azienda dell'Ontario, vuole trasformare il colore in un'esperienza digitale.

Esistono già strumenti di laboratorio per rilevare in modo accurato i colori, che sono però disponibili solo per un mercato limitato, a causa della loro fascia di prezzo e della loro curva di apprendimento. Nix Pro Color Sensor e Nix Mini Color Sensor puntano ad aprire nuovi mercati per la rilevazione del colore con dispositivi portatili, facili da usare ed economici.

Fin dal lancio, i sensori di Nix sono stati impiegati per una vasta gamma di applicazioni, dal make-up su misura per la tonalità di pelle al controllo qualità di tuorli d'uovo e salmone prima della vendita nei supermercati. L'azienda ha anche ricevuto un Red Dot Design Award.

Creare uno strumento intuitivo dal design accattivante ha richiesto tempo. Sono stati necessari numerosi prototipi per arrivare al design definitivo. Nix ha scelto la stampante 3D Form 2 per le sue dimensioni ridotte e la sua capacità di stampare con materiali tanto trasparenti quanto opachi. Il team usa la Black Resin per stampare gli involucri e la Clear Resin per i componenti trasparenti, come le lenti e i tubi luminosi interni.

In questo articolo illustriamo le nozioni di base della progettazione di tubi luminosi e il workflow di Nix per la prototipazione di questi componenti complessi da realizzare.

In generale, un tubo luminoso è una fibra ottica o una robusta bacchetta di plastica trasparente che serve a trasmettere la luce da un LED montato su un circuito stampato all'interfaccia utenti di un dispositivo. Se hai visto le lucine lampeggianti di un router, ad esempio, o un robot giocattolo con gli occhi che si accendono, hai visto un tubo luminoso in azione.

I tubi luminosi hanno il compito di trasportare la luce da un punto di entrata a un punto di uscita attraverso un mezzo otticamente trasparente. Nel progettare i tubi luminosi è importante ragionare su come minimizzare la perdita di luce e come usare in modo efficiente il minor numero possibile di LED.

Il prodotto di Nix ha la forma di un diamante, il che rappresenta un vincolo a cui i tubi luminosi devono sottostare. Ciò pone una serie di questioni. Come adattarli all'interno del dispositivo? Quanto devono essere grandi? Come si interfacceranno con LED di dimensioni diverse?

Era facile creare modelli che sembravano funzionare in CAD, ma progettare parti in grado di offrire buone prestazioni sui prototipi fisici era molto più difficile. Il progetto finale richiedeva un accoppiamento con interferenza o a scatto, e il team ha dovuto eseguire numerosi test su prototipi fisici per arrivare al risultato che cercava.

Come vedremo più avanti, scegliere il metodo di produzione e il materiale più adatti può essere difficile, soprattutto nella fase di prototipazione, quando occorre produrre molte iterazioni diverse in un breve lasso di tempo. Per Nix, le opzioni comprendevano acrilico tagliato al laser, acrilico con lavorazione CNC, stampi realizzati con la stampa tridimensionale e materie plastiche stampate direttamente in 3D.

La Clear Resin di Formlabs è perfetta per mostrare i dettagli interni, alloggiare i LED o creare finestre. Scopri come lucidare la Clear Resin per una finitura trasparente o continua a leggere per conoscere il workflow specifico di Nix.

Come per qualunque componente hardware, un tubo luminoso che sembra adattarsi e funzionare perfettamente in un prototipo finito potrebbe essere difficile da produrre con successo in grandi lotti. Nel processo di progettazione bisogna considerare quale sarà il materiale finale e se sarà possibile produrre il pezzo definitivo in grandi quantità.

Materiali diversi richiedono metodi di post-elaborazione differenti, e questo può comportare una dilatazione delle tempistiche, quindi durante la progettazione è importante tenere conto di come verranno rifinite le parti. Ad esempio, si può evitare di aggiungere molti solchi intricati a una parte che dovrà essere carteggiata con cura, dato che ciò comporterebbe un allungamento delle tempistiche e una maggiore quantità di manodopera durante la post-elaborazione.

• Prendi spunto: come progettare un tubo luminoso (Fictiv)
• Fondamenti dei tubi luminosi LED (Design elettronico)

Al team di Nix è servito un po' di tempo per trovare un materiale trasparente abbastanza versatile da essere adatto alla prototipazione dei tubi luminosi interni dei sensori.

Nel caso dell'acrilico tagliato al laser, il materiale era sì trasparente, ma era possibile produrre solo forme estruse bidimensionali. Con l'acrilico lavorato mediante CNC, le superfici diventavano opache e non era quindi possibile ottenere la riflessione interna desiderata, a meno di non lucidare le parti con del dentifricio o una fiamma. Potevano realizzare degli stampi con la stampa 3D, ma è un processo che richiede molto tempo.

Inizialmente Nix ha scelto di esternalizzare la produzione delle parti realizzate con CNC. Anche se disponevano di una macchina a controllo numerico in ufficio, avevano difficoltà a ottenere i tagli che occorrevano per oggetti piccoli e complessi come i tubi luminosi. Per ogni prototipo, questo processo CNC richiedeva dai 3 ai 5 giorni, e il costo per parte talvolta arrivava a centinaia di dollari.

Per una singola parte, non sarebbe stato un problema. Tuttavia, è inevitabile che molti prototipi falliscano prima di arrivare al progetto definitivo. Investire così tanto tempo e denaro in ogni iterazione comportava l'aggiunta di settimane o addirittura mesi e migliaia di dollari al processo di sviluppo del prodotto.

Nix ha usato fin dall'inizio le stampanti 3D di Formlabs, cominciando con la Form 1+ abbinata a una macchina a controllo numerico ai tempi in cui la sede dell'azienda era una stanza di neanche 10 metri quadrati. Ora usano la stampante 3D stereolitografica desktop Form 2. Stampare in 3D i tubi luminosi con la Clear Resin ha permesso loro di creare dieci lenti diverse su una singola piattaforma di stampa in un pomeriggio, anziché aspettare diversi giorni fra un'iterazione e l'altra.

Per ogni versione, il processo inizia con il software CAD e termina con un prototipo pronto da testare.

Prima di tutto, il team crea un nuovo progetto di tubo luminoso, o un set di progetti, in CAD. Quindi importa il progetto nel software PreForm di Formlabs e si assicura che sia orientato e supportato in modo ottimale, affinché la stampa avvenga correttamente. Se necessario, si possono disporre più lenti su un'unica piattaforma di stampa.

Lenti stampate con la Clear Resin a 25 micron.

Il team toglie le parti dalla piattaforma di stampa e rimuove i supporti usando il Finish Kit della Form 2.

Ogni parte viene esaminata per controllare che non vi siano bolle o altri difetti che potrebbero impedire il passaggio della luce. Le parti vengono quindi lavate con cura in alcool isopropilico usando il Finish Kit o la Form Wash. Se rimangono residui, la parte uscirà grumosa e appiccicosa e ciò causerà problemi durante la fase di lucidatura, quindi le parti devono essere risciacquate completamente.

Dopo il lavaggio, le parti possono essere lucidate con il detergente per superfici acriliche Novus 1 (oppure con uno strumento per la lucidatura a scelta).

Per carteggiare le parti, il team posiziona la carta abrasiva su una tavola di sughero piuttosto cedevole e sposta le lenti con movimenti circolari casuali per evitare che restino segni sulla superficie. La grana della carta abrasiva viene via via aumentata fino a quando le parti non sono sufficientemente lucide.

Il risultato è una parte funzionale, dotata di trasparenza ottica, che può essere incorporata nei prototipi di Nix.

Foto fornite da Nix. Dal momento che i tubi luminosi sono piuttosto piccoli, in alcune fasi di questa dimostrazione è stato usato un cubo stampato in 3D più grande per offrire una maggiore visibilità.

La tecnologia di stampa 3D a resina consente di effettuare stampe in materiale trasparente direttamente sulla tua scrivania e semplifica notevolmente il processo di prototipazione di parti trasparenti come i tubi luminosi. La Clear Resin di Formlabs è perfetta per la fluidodinamica e lo stampaggio, per i componenti ottici, l'illuminazione e qualsiasi parte che deve risultare traslucida.