Prototipazione rapida: cos'è e vantaggi per i progettisti

Quando si parla di prototipazione rapida ci si riferisce ad una serie di tecnologie per realizzare, in tempi relativamente brevi, prototipi di un manufatto in scala reale a partire da modelli 3d (CAD).

La prototipazione rapida come strumento di progettazione

Nella fase di sviluppo prodotto, il progettista può avvalersi della prototipazione rapida per procedere velocemente alla revisione del modello concettuale, con iterazioni rapide fra design digitale e prototipi fisici che non sarebbero possibili.

Questo non sarebbe possibile con i processi produttivi tradizionali, come ad esempio lo stampaggio a iniezione. 

I prototipi estetici, benché privi di molti aspetti funzionali, consentono di:

• avere un’idea precisa dell’aspetto formale del prodotto
• presentarlo ai potenziali clienti
• eseguire prove di assemblaggio
• verificare le tolleranze e l’ergonomia.

I prototipi funzionali

I prototipi, quindi, permettono di validare il design del prodotto prima di passare alla produzione in serie, ottimizzando il time-to-market e riducendo i costi del progetto. Ma non è tutto. 

Con la prototipazione rapida, inoltre, è possibile realizzare anche prototipi funzionali. Questi manufatti sono ingegnerizzati e presentano tutte le caratteristiche tecniche e prestazionali del prodotto finale, compreso il materiale costituente.

Caratteristiche e vantaggi della prototipazione rapida

La prototipazione rapida rappresenta uno strumento estremamente utile al servizio dell’industria manifatturiera, con molteplici vantaggi rispetto ai processi di fabbricazione tradizionali:

• Completa libertà nella geometria dei componenti realizzabili
• Non richiede stampi e modelli fisici, ma solo file 3d in formato STL
• Vasta gamma di tecnologie disponibili e materiali per prototipazione rapida (plastica, metalli e non solo)
• Possibilità di realizzare prototipi di alta qualità direttamente con il materiale finale
• Ridotti tempi di realizzazione e costi di produzione

Tipologie di prototipazione rapida

Le tecnologie di prototipazione rapida possono essere classificate in due macro famiglie: tecniche di produzione additiva (o stampa 3d) e tecniche di produzione sottrattiva.

Produzione sottrattiva

Alla produzione sottrattiva afferiscono le tradizionali lavorazioni meccaniche a controllo numerico (CNC) quali fresatura e tornitura. Queste tecniche permettono di ottenere l’oggetto desiderato mediante asportazione del volume in eccesso, a partire da un blocco di materiale.

Produzione additiva

La produzione additiva è un insieme di tecniche relativamente più recenti ed in rapido sviluppo. L’oggetto viene creato grazie all’apporto di materiale strato dopo strato, con ovvi vantaggi in termini di risparmio di materiale. 

La grande diffusione negli ultimi anni delle tecnologie di produzione additiva, dal livello hobbistico alla produzione industriale, ha fatto sì che prototipazione rapida e stampa 3d siano diventate di fatto espressioni interscambiabili.

Tecnologie di stampa 3d

Le aziende di prototipazione rapida o che forniscono servizi di prototipazione rapida hanno a disposizione diverse tecnologie di stampa 3d consolidate ed affidabili. Questo permette loro di lavorare su una grande varietà di materiali e finiture.

SLA

La stereolitografia (SLA) fa uso di un fascio laser per consolidare una resina liquida fotosensibile mediante un processo di foto-polimerizzazione. 

Loctite offre un vasto catalogo di resine per SLA con una ampia gamma di proprietà. Mette, inoltre, a disposizione stampanti ed attrezzature di post-produzione (lavaggio del pezzo e post-trattamento UV).

FDM

La modellazione a deposizione fusa (FDM) è certamente uno dei processi di stampa 3d più comunemente utilizzati per la prototipazione rapida in plastica. Un polimero termoplastico (ABS, PLA ecc.) in forma di filamento viene fuso per mezzo di un ugello di estrusione e depositato strato per strato su un eventuale supporto fino a formare il pezzo della forma desiderata.

DMLS

Per la prototipazione rapida di alluminio ed altri metalli si può ricorrere alla fusione laser selettiva (DMLS). La tecnica prevede che strati successivi di polvere metallica (alluminio, acciaio, titanio) vengano depositati sul piano mobile di stampa e sinterizzati per mezzo di un fascio laser ad alta potenza.

Gli adesivi nella prototipazione rapida

Una volta stampato, per essere pronto all’impiego, il prototipo potrebbe necessitare di alcuni passaggi di post-produzione come:

• pulitura
• applicazione di rivestimenti superficiali per conferire proprietà addizionali
• sigillatura delle porosità
• incollaggio di eventuali singole parti.

In queste fasi, di primaria importanza sono i prodotti per la preparazione preliminare delle superfici (agenti pulenti e primer). 

Gli adesivi strutturali, in un secondo momento, permettono di ottimizzare notevolmente il volume utile di stampa, con chiari vantaggi in termini di produttività. Inoltre, consentono maggiore flessibilità progettuale, oltre che procedure di accoppiamento più semplici e veloci. 

Grazie alla disponibilità di adesivi di vario tipo, infine, l’opzione dell’incollaggio è applicabile ai più diversi materiali (gomma, plastica, alluminio e metalli).

L’esperienza Loctite e i servizi di consulenza specialistica

Loctite offre una vasta gamma di adesivi specifici per le applicazioni di prototipazione rapida 3d, in grado di soddisfare i requisiti tecnici più disparati. 

Tra questi: resistenza meccanica, sigillatura di vuoti e asperità superficiali, applicazioni trasparenti, creazioni di giunti rigidi o flessibili, resistenza alle temperature, agli urti ed agli agenti atmosferici.

La scelta dell’adesivo più adatto si basa altresì su diversi fattori: la tipologia di materiali da incollare (aspetto particolarmente critico nel caso di materiali nuovi e/o dissimili), le condizioni di carico attese, la geometria del giunto ed il volume da riempire con l’adesivo stesso. 

La consulenza di un esperto può, dunque, fare la differenza. 

Loctite lo sa e per questo fornisce un servizio di consulenza specializzata. Un team di esperti supporta i clienti nella ricerca della soluzione più idonea per ogni specifica applicazione, eseguendo test ad hoc nei propri laboratori, come illustriamo in questo video:

LOCTITE 401

Loctite 401 è un adesivo istantaneo monocomponente a base cianoacrilato. 

Il prodotto assicura l’incollaggio rapido di un’ampia gamma di materiali (metalli, plastiche e elastomeri), anche in caso di superfici porose grazie alla ridotta viscosità. Inoltre, è particolarmente indicato per giunti strutturali cui è richiesta elevata resistenza a taglio.

LOCTITE HY 4070

Loctite HY 4070 è un adesivo in gel, ibrido tra cianoacrilato e metacrilato. 

Il prodotto assicura un fissaggio rapido a temperatura ambiente e riempie giochi fino ai 5 mm. L’alta viscosità fa sì che non coli anche su superfici verticali. Resistente alla temperatura e all’umidità, è idoneo per vari substrati che includono per la maggior parte plastiche, gomme e metalli.

Loctite 401 e Loctite HY 4070 coprono il 90% delle esigenze di incollaggio e sono validati per la maggior parte delle tecnologie di stampa 3d.