Produzione di prototipi con stampa 3D

Un prototipo è il primo esemplare di un prodotto fabbricato, servendo come punto di partenza per apportare le modifiche necessarie, come modello da replicare o come matrice per produrre uno stampo.

Di conseguenza, la prototipazione è un processo sperimentale attraverso il quale i team di progettazione possono materializzare le loro idee. La prototipazione è un processo di grande utilità in vari settori, consentendo di effettuare iterazioni fino a raggiungere il risultato desiderato.

Immagine 1: Prototipo di casco stampato in 3D con Raise Pro2 Plus. Fonte: KIDO Sports.

Esistono vari tipi di prototipazione di prodotti con diverse funzioni:

• Prototipi a bassa fedeltà: I prototipi a bassa fedeltà possono essere realizzati in un breve periodo di tempo, con grande immediatezza, e fungono da modelli di studio, consentendo di analizzare vari aspetti per apportare le modifiche necessarie al modello prima di arrivare al design finale del prodotto.
• Prototipi di design: I prototipi di design sono realizzati con l'obiettivo di convalidare il design del prodotto.
• Prototipi geometrici: Questo tipo di prototipo viene realizzato per verificare la geometria del prodotto e modificarla se necessario.
• Prototipi funzionali: Questi prototipi vengono realizzati per analizzare il comportamento dei materiali utilizzati e testare la funzionalità del prodotto.
• Prototipi tecnici: In questo caso, il prototipo viene utilizzato come modello di studio completo, consentendo di analizzare tutte le sue prestazioni.
• Prototipi ad alta fedeltà: Consistono nella fabbricazione di un prototipo identico al prodotto finale. È molto consigliabile realizzare questo tipo di prototipi prima di avviare la produzione in serie di un prodotto.

Attualmente esistono vari processi per la fabbricazione di prototipi, come il fresatura CNC, lo stampaggio ad iniezione o la stampa 3D.

Prototipazione rapida

La stampa 3D è strettamente legata alla prototipazione rapida per l'immediatezza che questo metodo di produzione offre e le diverse possibilità offerte in base alla tecnologia utilizzata e ai materiali impiegati, quindi è un metodo di produzione molto utilizzato per la realizzazione di prototipi a bassa fedeltà.

Video 1: Prototipazione rapida di DLimit. Fonte: BCN3D.

La prototipazione rapida tramite stampa 3D ha l'obiettivo di realizzare modelli per testare uno o più aspetti del prodotto e quindi apportare modifiche in modo agile e immediato fino a raggiungere il design finale, garantendo sia la forma che la funzionalità del prodotto.

Per la fabbricazione di prototipi tramite stampa 3D, è necessario considerare quale tecnologia sia la più adatta. Ogni tecnologia ha vantaggi e svantaggi, quindi è necessario conoscere i principi su cui si basa il loro funzionamento e le relative limitazioni per trovare quella più adatta a ciascuna esigenza.

Le tecnologie di stampa 3D più diffuse sono:

• La deposizione di materiale fuso (FDM)
• La fotopolimerizzazione selettiva delle resine (SLA)
• La sinterizzazione selettiva laser (SLS)

Di seguito è possibile vedere una tabella di confronto tra di esse:

Tabella 1: Confronto tra diverse tecnologie di stampa 3D. Fonte: Filament2print.

Per una visione più approfondita delle caratteristiche e limitazioni di ogni tecnologia, si consiglia di leggere l'articolo "Come scegliere la tecnologia più adatta: FDM, SLA e SLS".

Alcuni dei vantaggi offerti dal prototipaggio tramite stampa 3D sono:

Rapidità: A seconda della tecnologia di stampa 3D utilizzata, la velocità di produzione può essere maggiore o minore, ma la stampa 3D è in generale un metodo di produzione che offre rapidità.

Risparmio di costi e risorse: A seconda della complessità del pezzo e dei materiali utilizzati, l'uso della stampa 3D per il prototipaggio dei pezzi può comportare un notevole risparmio di costi e risorse se confrontato con altri metodi di produzione tradizionali.

Sostenibilità: Avendo una stampante 3D nelle strutture produttive dell'azienda stessa, i prototipi vengono prodotti localmente, riducendo così l'impronta di carbonio prodotta rispetto alla produzione esterna. Inoltre, spesso è possibile lavorare con materiali biodegradabili, riciclati o riciclabili e, per la stessa natura del metodo di produzione, si riducono al minimo gli sprechi e gli scarti di materiale.

Dal prototipaggio alla produzione

Inizialmente, la stampa 3D veniva utilizzata solo per la produzione di prototipi. Tuttavia, attualmente viene utilizzata anche come un metodo di produzione aggiuntivo. Questo è dovuto principalmente a due fattori:

Sviluppo dei materiali

Uno dei fattori che rendono possibile la produzione di piccole serie di pezzi finali con la stampa 3D è lo sviluppo dei materiali che consentono di realizzare applicazioni per ambienti impegnativi grazie alle loro proprietà meccaniche o a proprietà specifiche.

Un esempio di questo sono i materiali ESD, disponibili in formato di filamento, polvere e persino resina, che consentono di produrre prodotti con protezione da scariche elettrostatiche.

Progressi nelle tecnologie di stampa 3D

Grazie ai progressi avvenuti negli ultimi anni e all'attività di ricerca e sviluppo dei produttori di attrezzature, le caratteristiche offerte dalle stampanti 3D sono notevolmente migliorate, al punto da poter produrre pezzi altamente complessi con qualità industriale.

Tutte le tecnologie di stampa 3D hanno fatto passi da gigante. Un esempio sono le stampanti 3D SLA di FormLabs per il settore medico e dentale, Form 3B+ e Form 3BL, che possono stampare in 3D materiali biocompatibili; oppure le stampanti 3D SLS di Sinterit, che possono produrre pezzi altamente complessi senza la necessità di utilizzare supporti, disponendo anche di modelli di macchine in formato desktop come Lisa, Lisa Pro o Lisa X.

Immagine 3: Produzione di prodotti finali per il settore dentale. Fonte: FormLabs.

Senza dubbio, la produzione tramite stampa 3D consente agli utenti professionisti di produrre prototipi e persino pezzi finali di qualità industriale, essendo attualmente uno dei metodi di produzione più utilizzati per il prototipaggio rapido in molti settori. Grazie alla varietà di tecnologie, attrezzature e materiali, è possibile trovare soluzioni per quasi ogni applicazione.