Prototipazione rapida: un approccio allo sviluppo di prodotti moderni

"La prototipazione rapida realizza rapidamente modelli e assiemi 2D o 3D personalizzati, consentendo una produzione e test in piccoli volumi prima della produzione finale."

In pratica, molte squadre utilizzano lavorazione CNC prototipo per produrre prototipi funzionali con tolleranze ristrette e buone finiture superficiali. La prototipazione rapida è una produzione a basso volume produzione di prototipi processi che trasforma un progetto CAD in una parte fisica con Un breve periodo di tempo. Consente agli ingegneri di testare il progetto, individuare miglioramenti e apportare modifiche prima di passare alla produzione.

Questa guida illustra i principi fondamentali della prototipazione rapida, le sue applicazioni e come la stampa 3D supporta lo sviluppo dei prototipi. Descrive inoltre le fasi che gli ingegneri seguono per passare dall'idea iniziale a un progetto validato, utilizzando diversi metodi di produzione.

 

Che cos'è la prototipazione rapida e il suo significato?

Prototipazione rapida

In un mondo competitivo, le organizzazioni devono essere creative e introdurre nuovi prodotti sul mercato il prima possibile. In quanto tale, migliora i progetti consentendo ai team di completare rapidamente i cicli. 

Convalida e perfezionamento dei progetti 

La produzione rapida consente di testare tempestivamente la progettazione di un prodotto in termini di forma, idoneità e funzionalità. Questi test iniziali aiutano a determinare i problemi incontrati nella produzione finale e quindi a risolverli. Inoltre, garantisce la conformità del prodotto alle specifiche tecniche e agli obiettivi aziendali, aumentando le probabilità di successo sul mercato. 

Incorporare la prototipazione nei processi di sviluppo delle organizzazioni può migliorare la qualità e l'idoneità dei prodotti sul mercato e quindi migliorare le prestazioni e la soddisfazione degli utenti.

Prototipazione rapida in tre semplici passaggi

La prototipazione rapida aumenta il tasso di sviluppo del prodotto poiché comporta lo sviluppo di modelli rapidi da realizzare. Questo processo iterativo è piuttosto efficace nel mettere a punto i progetti in modo conveniente. 

Crea  

Nella fase di creazione, l'obiettivo è attualizzare il concetto di progettazione del prototipo. Per prima cosa, disegna e poi disegna i concetti di progettazione. Sviluppa queste idee in un modello 2D o 3D preciso utilizzando il software CAM/CAD. Selezionare i materiali appropriati per lo sviluppo del prototipo. Quindi, utilizza i processi ottimali per assemblare il progetto del prototipo. 

Valutare 

Successivamente, si procede alla valutazione del progetto. Il processo di valutazione del prototipo determina in che misura il prototipo sviluppato soddisfa i requisiti di progettazione e le esigenze degli utenti. Questo processo include test funzionali, prestazionali e di usabilità in condizioni reali. Vengono raccolti dati dagli stakeholder per identificare le sfide attuali e le possibilità di miglioramento. L'obiettivo è garantire che il problema previsto venga risolto dal prototipo così come progettato. Il processo di perfezionamento del prototipo prima dell'avvio della produzione di massa è utile per minimizzare alcuni rischi o almeno ridurne l'impatto e risparmiare denaro. Garantisce inoltre il successo del lancio del prodotto. 

Migliorare 

La fase di miglioramento di un prototipo ha lo scopo di perfezionare il prototipo sviluppato sulla base dei feedback e dei risultati dei test. Comporta l'apporto di modifiche che possano migliorarne l'usabilità, l'efficienza e l'efficacia prima di passare alla produzione di massa.

 

Distinguere la prototipazione rapida dalla stampa 3D

Anche se prototipazione rapida e stampa 3D sono termini usati nello stesso contesto, sono diversi. La prototipazione comprende diversi processi utilizzati nello sviluppo di un modello fisico da un modello computerizzato. La manifattura additiva, invece, è una categoria ampia, mentre la stampa 3D è una tecnica che prevede la creazione di oggetti a strati. Sebbene la stampa 3D sia stata adottata per la sua efficienza nella generazione di prototipi, è solo uno degli strumenti che possono essere utilizzati nella prototipazione rapida. 

L'evoluzione della stampa 3D  

All’inizio la stampa 3D veniva utilizzata principalmente per produrre rapidamente prototipi. Tuttavia, con l’evoluzione della tecnologia, è stata in grado di produrre parti di alta qualità che potevano essere utilizzate direttamente nelle applicazioni. Tuttavia, ciò non ha ancora eliminato l’uso della stampa 3D per la prototipazione poiché alcuni metodi sono più costosi. È fondamentale distinguere tra la tecnologia (stampa 3D) e l’applicazione (prototipazione rapida) per scegliere la strategia migliore. 

 

Tre tipi di prototipazione rapida

La prototipazione rapida può essere classificata in tre tipologie principali:

1. Prototipi a bassa fedeltà 

Il primo e quello di base sono i prototipi a bassa fedeltà, che includono modelli cartacei e semplici wireframe. Sono particolarmente utili nelle fasi iniziali del processo di progettazione, quando l'attenzione è rivolta più al riconoscimento del progetto che alle sue specifiche. Questi prototipi aiutano a generare i primi concetti trovandoli e valutandoli rapidamente. Per quanto riguarda le informazioni specifiche sulla costruzione di questi prototipi, potrebbe essere necessario cercare informazioni sugli strumenti e sulle strategie di wireframing. 

2. Prototipi a media fedeltà 

Rispetto ai prototipi a bassa fedeltà, i prototipi a media fedeltà contengono la maggior parte delle interazioni e alcune immagini. Questo livello di fedeltà viene spesso utilizzato oggi nella prototipazione rapida grazie agli strumenti e ai sistemi di progettazione disponibili. Pertanto, utilizzando Figma, i progettisti possono costruire questi prototipi con l'aiuto delle risorse e dei sistemi di progettazione disponibili. In questo modo è possibile provare interazioni e flussi di lavoro significativi senza arrivare ai dettagli dell'implementazione. 

3. Prototipi ad alta fedeltà 

I prototipi realistici sono accurati e sono quasi simili al prodotto reale. Possono essere modelli UX da testare dagli utenti o applicazioni completamente codificate destinate ad essere consegnate agli utenti o agli sviluppatori. La creazione di un prototipo ad alta fedeltà è più semplice e veloce se la libreria di progettazione contiene funzionalità interattive. Supponiamo che tu sia interessato alle migliori pratiche per costruire prototipi altamente realistici. In tal caso, è meglio cercare articoli e materiali incentrati sugli approcci moderni alla prototipazione.

 

Che cos'è il metodo di prototipazione rapida per i metalli? 

La prototipazione rapida a base metallica è un'opzione ideale per la prototipazione rapida di componenti che soddisfano requisiti di precisione e resistenza. Questi prototipi sono soggetti a sollecitazioni termiche o meccaniche, in particolare in settori come i macchinari pesanti e l'industria aerospaziale.

La fusione dei metalli, la lavorazione della lamiera, la stampa 3D e la lavorazione CNC sono tra le principali tecniche utilizzate dai produttori per creare prototipi in metallo. Come si può notare, ognuna di queste tecniche riveste un ruolo specifico nel settore della prototipazione. Tali approcci rientrano in una più ampia gamma di metodi di prototipazione metallica, ciascuno adatto a diverse esigenze strutturali e prestazionali.

• Prototipi di fusione di metallo

I prototipi realizzati tramite fusione di metalli sono preferibili per forme complesse che potrebbero risultare difficili da produrre con la stampa 3D o la lavorazione CNC, soprattutto se il materiale non è facilmente lavorabile. Poiché il metallo fuso viene versato in uno stampo, è facile creare quasi qualsiasi geometria complessa.

Benefici

• Forte e durevole
• Economicamente vantaggioso
• Versatile: molte leghe metalliche
• Adatto a geometrie interne complesse

limitazioni

• Elevato costo di investimento iniziale
• Rifiuti materiali
• Sono richieste elevate competenze

Prototipo in metallo fuso

La finitura superficiale potrebbe non essere delle migliori, ma può essere migliorata con processi supplementari come verniciatura e rivestimento.

• Prototipi in lamiera

La lamiera per la prototipazione è un metodo per creare parti realizzate con sottili lamiere metalliche, comunemente utilizzate in prototipazione lamiera per custodie e staffe.

Prototipazione lamiera

I migliori fornitori di servizi di fabbricazione di lamiere possono sviluppare qualsiasi prototipo di lamiera in base ai requisiti del cliente in termini di tolleranze, finitura superficiale, volumi e così via.

Vantaggi

• Veloce svolta
• Parti di prototipazione rapida a pareti sottili ed economiche
• Molti tipi di metalli

Limiti

• Limitazione dello spessore
• Problemi come il ritorno elastico
• Non ideale per curve complesse

Prototipi in metallo lavorati a CNC

Il processo di lavorazione CNC è un'opzione altrettanto interessante per la prototipazione rapida grazie alla sua elevata velocità, al basso costo e all'eccellente finitura superficiale. Processo di lavorazione CNC per la prototipazione è un'opzione altrettanto interessante grazie alla sua elevata velocità, al basso costo e all'eccellente finitura superficiale.

Lavorazione CNC 

Vantaggi

• Tolleranze strette e precisione dimensionale
• Può produrre sottosquadri e altre geometrie complesse
• Finitura superficiale superiore
• È possibile lavorare un'ampia gamma di gradi di metallo

Limiti

• Elevato spreco di materiale
• Richiede molto tempo, soprattutto per le parti complesse
• Costoso per parti complesse

Prototipi in metallo per stampa 3D

Laddove le tecniche di fabbricazione dei metalli convenzionali non siano in grado di produrre prototipi, i produttori possono utilizzare la sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS), la fusione laser selettiva (SLM) e altri metodi di stampa 3D dei metalli. Materiali che non possono essere lavorati con successo con altri metodi possono essere stampati strato per strato per produrre componenti complessi di prototipazione rapida.

Stampa 3D in metallo

Vantaggi

• Non sono necessari fissaggi e utensili
• Minimo spreco di materiale
• È possibile la produzione simultanea di più parti
• Può produrre geometrie interne complesse

Limiti

• Post-elaborazione spesso necessaria
• Elevati costi delle attrezzature e delle materie prime
• Ci vuole più tempo per le parti più grandi

Metal Injection Moulding (MIM)

MIM involves feedstock preparation, injection molding, debinding and sintering. Dedicated tooling and process development mean that it should be evaluated separately from routes used for a few rapidly changing prototypes.

MIM is typically considered when a small, complex metal-part design is stable and repeat demand can justify tooling. CNC machining or metal additive manufacturing may be more suitable for early iterations.

For a stable design moving into repeat metal-part production, review our Servizi MIM alongside CNC machining or metal 3D printing.

Vantaggi

• Can combine detailed features in a small metal component, subject to a drawing-specific design review.
• Near-net-shape production may reduce machining for suitable geometries.
• Repeat production can be planned after tooling and process validation.
• Economics depend on tooling investment, annual demand and secondary operations.

Limiti

• Tooling investment, design changes, binder removal and sintering behavior must be assessed before selecting this route.

Prototipazione rapida basata sulla plastica

Quando economicità e velocità sono le priorità assolute nella prototipazione rapida, i componenti in plastica rappresentano spesso la scelta migliore. I produttori di prodotti di consumo, medicali ed elettronici solitamente realizzano i loro prototipi funzionali utilizzando la plastica.

A seconda del livello di dettaglio, della finitura superficiale o della resistenza necessaria per il prototipo, le opzioni includono la stampa 3D PolyJet, la modellazione a deposizione fusa (FDM), la sinterizzazione laser selettiva (SLS) e la stereolitografia (SLA).

• Stampaggio ad iniezione rapido

Lo stampaggio a iniezione rapida utilizza un'alta pressione per forzare le resine termoplastiche all'interno di uno stampo. Si tratta di un processo veloce che segue questi passaggi:

• Progettazione tramite software CAD
• Produzione stampi
• Selezione del materiale in resina
• stampaggio ad iniezione
• Raffreddamento
• Post produzione

Vantaggi

• Velocità ed efficienza
• Conveniente (per volumi da bassi a medi)
• Versatilità materica
• Risposta rapida al mercato

Limiti

• Alto costo iniziale
• Modifiche costose al design
• Tempi di consegna inizialmente lunghi

• Stampa 3D PolyJet

Questa tecnologia prevede la spruzzatura di strati sottili di resina fotopolimerica ad alta risoluzione. La resina è trattenuta da una speciale matrice di gel, che viene rimossa al termine del processo.

Diagramma del processo di stampa 3D PolyJet

Il PolyJet viene utilizzato per componenti complessi con pareti sottili ed è disponibile in diversi colori. Il suo limite è la scarsa resistenza e la sua inadeguatezza per i test funzionali.

Vantaggi

• Finitura superficiale superiore
• Multicolore e multimateriale
• Post-elaborazione minima

Limiti

• Scarse proprietà meccaniche
• Le parti potrebbero degradarsi più velocemente
• Non adatto per parti funzionali

• Modellazione a deposizione fusa (FDM)

Modellazione dei depositi fusi

In parole povere, la FDM consiste nel creare un componente 3D partendo da più strati di materiale termoplastico. Questo metodo di prototipazione rapida è compatibile con vari materiali ed è relativamente economico. La sua difficoltà risiede nella scarsa finitura superficiale e nella limitata resistenza sull'asse z.

Vantaggi

• Numerose opzioni di materiali termoplastici
• Post-elaborazione minima
• Grandi volumi

Limiti

• Linee di livello visibili
• Necessità di strutture di supporto
• Problemi di restringimento e deformazione

 

 

Quando utilizzare la prototipazione rapida?

La prototipazione rapida dovrebbe essere utilizzata quando è necessario un feedback sul concetto o su una funzionalità di progettazione. È meglio utilizzarla quando si desidera testare una schermata o un flusso chiave in anticipo, accettando che il risultato non sia perfetto. Questo metodo è relativamente informale e richiede poca preparazione preliminare. Tuttavia, presenta alcune fasi cruciali. Questa tecnica è più utile quando è necessario sviluppare un sistema che probabilmente verrà modificato spesso, in base al feedback degli utenti. Aiuta a garantire che il risultato sia accettabile per l'utente e redditizio per l'azienda. In questa fase, definire un chiaro flusso di lavoro per lo sviluppo del prototipo Aiuta i team a iterare più velocemente e a ridurre i cicli di riprogettazione.

 

Tecniche di prototipazione rapida per lo sviluppo di prodotti?

Per ottenere risposte realistiche, i modelli dovrebbero essere il più realistici possibile. Per quanto riguarda le raccomandazioni, si suggerisce di evitare le differenze tra queste e il prodotto reale per evitare distorsioni nel feedback. Ciò significa sviluppare modelli cliccabili con dati e grafica accurati, anche se sono falsi. 

I prototipi ad alta fedeltà vengono sviluppati per essere molto vicini al prodotto reale. Ciò implica un'adeguata programmazione dell'interazione e della fruizione dei percorsi da parte degli utenti. Questi prototipi realistici richiedono competenze nello sviluppo di software e nell'esperienza utente (UX). Generalmente vengono costruiti tempestivamente anziché in modo pianificato. 

A volte è possibile sviluppare un prototipo completo, ma ciò potrebbe essere eccessivo o troppo costoso. I wireframe offrono una soluzione sotto forma di semplici interazioni e processi tra l'utente e il sito web. I product manager creano questi progetti semplificati, che possono essere utilizzati per il primo test con gli utenti. Aiutano a identificare i parametri principali richiesti per sviluppare un prototipo funzionante, il che, a sua volta, facilita la creazione del prototipo. 

Sono disponibili prototipi cliccabili o di facciata per qualcosa tra wireframe e modelli funzionali. Anche se questi progetti non sono interamente basati sui dati, consentono agli utenti di raccogliere feedback su vari aspetti. Possono essere sviluppati rapidamente con l’aiuto di strumenti di design e UX che forniscono dati sulle azioni e preferenze degli utenti. 

Inoltre, la prototipazione rapida può essere intesa come la creazione di diversi prototipi che verranno ulteriormente testati e valutati simultaneamente. Questo approccio consente ai team di confrontare simultaneamente le diverse versioni e determinare quale versione è ben accettata dagli utenti.

 

Quali sono i vantaggi della prototipazione rapida?

Come accennato in precedenza, la prototipazione rapida offre numerosi vantaggi, principalmente in due ambiti. In primo luogo, garantisce che un prodotto o un componente sia conforme alle specifiche di progettazione, poiché in questa fase è possibile valutare la capacità degli utenti di comprendere il prodotto o il componente, le sue prestazioni e funzionalità. Ciò contribuisce a migliorare il design prima di avviare la produzione su larga scala.

In secondo luogo, riduce i costi di produzione perché non richiede attrezzature di produzione come la produzione di massa. Processi come la stampa 3D, la lavorazione CNC e la prototipazione rapida dell'alluminio sono comunemente utilizzati per la produzione di basso volume e piccoli lotti. costo dei componenti per la prototipazione Dipende da fattori quali il processo di produzione, il materiale, la complessità del pezzo e la quantità.

Come in qualsiasi altra attività, esistono molti metodi di prototipazione, ognuno dei quali presenta vantaggi e svantaggi. I metodi sopra descritti sono i più comuni e, a seconda del livello tecnologico, il progettista deve scegliere quello più adatto al progetto. Ciò implica l'individuazione dei vantaggi e degli svantaggi dei vari metodi di prototipazione. Pertanto, considerando la descrizione di ciascun metodo e le caratteristiche del materiale che è possibile identificare, si può prendere una decisione.

Una guida decisionale include anche alcuni fattori da considerare nella scelta della tecnica di prototipazione. L'obiettivo è quello di aiutare a trovare la soluzione più adatta per l'utilizzo dei prototipi nei processi di sviluppo.

 

Confronto tra processi di produzione rapidi

Ecco alcuni processi di produzione rapida e le loro differenze. Questi processi sono ampiamente applicati in settori quali: prototipazione automobilistica and prototipazione aerospaziale.

SLA (stereolitografia) 

Produzione rapida SLA

La stereolitografia (SLA) prevede l'utilizzo di un laser per polimerizzare i fotopolimeri e sviluppare prototipi da un singolo strato. Questa tecnica fornisce una resistenza compresa tra 2,500 e 10,000 psi (da 17.2 a 68.9 MPa). Lo spessore standard dello strato è compreso tra 0.002 e 0.006 pollici o tra 0.051 e 0.152 millimetri di larghezza. La tecnologia SLA è la più accurata e viene solitamente utilizzata con fotopolimeri di tipo termoplastico. 

SLS (sinterizzazione laser selettiva) 

Parti prototipo SLS

La sinterizzazione laser selettiva (SLS) utilizza un laser per fondere i materiali in polvere. La resistenza delle parti prodotte varia da 5,300 a 11,300 psi o da 36.5 a 77.9 MPa. Gli strati additivi hanno solitamente uno spessore di 0.004 pollici (0.102 mm). SLS viene spesso applicato su materiali in nylon e TPU con buone prestazioni meccaniche e lunga durata. 

DMLS (sinterizzazione laser diretta del metallo) 

Prototipazione DMLS

La sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS) è un processo di fusione della polvere metallica con l'aiuto di un laser. Questo processo si traduce in un'elevata resistenza che varia da 37,700 a 190,000 psi. Lo spessore dello strato è solitamente compreso tra 0.0008 e 0.0012 pollici (da 0.020 a 0.030 mm). DMLS è ideale per la produzione di parti metalliche come acciaio inossidabile, titanio, cromo, alluminio e Inconel e viene utilizzato per produrre parti solide e ad alte prestazioni. 

FDM (modellazione a deposizione fusa) 

Modellazione a deposizione fusa

La modellazione a deposizione fusa (FDM) è un processo di estrusione di materiali termoplastici a strati. Porta a parti con una resistenza compresa tra 5,200 e 9,800 psi (da 35.9 a 67.6 MPa). Lo spessore dello strato varia da 0.005 a 0.013 pollici (da 0.127 a 0.330 mm). I materiali più spesso utilizzati per FDM sono ABS, PC, PC/ABS e PPSU. Questo metodo è ampiamente utilizzato grazie alla sua efficacia ed efficienza in termini di costi rispetto ad altri metodi. 

MJF (fusione multigetto) 

Prototipo di fusione multigetto (MJF).

Multi Jet Fusion (MJF) applica un array a getto d'inchiostro per fondere selettivamente la polvere di nylon. Le parti create hanno una resistenza di circa 6,960 psi (48 MPa). Lo spessore dello strato varia da 0.0035 e 0.008 pollici (da 0.089 a 0.203 mm). MJF è spesso associato a dettagli fini e buone proprietà meccaniche della parte finale, solitamente realizzata in Nylon 12 nero. 

PJET (PolyJet)  

Prototipazione PJET

La tecnologia PolyJet utilizza fotopolimeri a getto polimerizzati con UV. I componenti realizzati con questo processo hanno una resistenza alla trazione compresa tra 7200 e 8750 psi o tra 49 e 6 MPa. Gli strati additivi sono generalmente compresi tra 60 e 3 pollici (da 0.0006 a 0 mm). PolyJet realizza prototipi molto accurati con materiali come fotopolimeri a base acrilica ed elastomerici.  

CNC (lavorazione a controllo numerico computerizzato) 

La prototipazione rapida CNC prevede la creazione di pezzi attraverso l'applicazione di frese e torni a controllo numerico computerizzato. La forza sviluppata varia tra 3,000 e 20,000 psi (da 20.7 a 137.9 MPa). Questo metodo di produzione sottrattiva si traduce in prodotti accurati e altamente rifiniti. È utilizzato in molti prodotti di base e di livello tecnico prototipi in plastica.

IM (Stampaggio ad iniezione) 

L'IM è un processo in cui vengono utilizzati strumenti in alluminio per modellare le parti. Questo processo crea parti con resistenze che vanno da 3,100 a 20,000 psi (da 21.4 a 137.9 MPa). Le parti stampate possono avere anche una superficie liscia o una texture selezionata. Lo stampaggio a iniezione è flessibile e può lavorare materiali come materiali termoplastici di base e tecnici, metalli e gomma siliconica liquida.

 

Vantaggi e svantaggi della prototipazione rapida

Pro

Accelera i test di progettazione

La prototipazione rapida è una tecnica per costruire in breve tempo un modello a dimensioni reali di una parte; quindi, il progetto può essere valutato. Questo ciclo veloce aiuta a rispondere rapidamente ai problemi di progettazione e alle soluzioni corrispondenti. 

Supporta molteplici modifiche al design

Consente di modificare spesso il design con scarsi effetti sui costi. Ciò rende la progettazione progressiva e quindi aiuta a migliorarla nei cicli successivi. 

Riduce i costi

Da questo punto di vista produttivo, la prototipazione rapida è più economica poiché non richiede stampi e strumenti. Diventa quindi un metodo conveniente per la generazione di idee e come prima fase di sperimentazione delle idee nel mercato o nell'ambiente. 

Riduce il time-to-market

Questo perché la creazione di prototipi in tempi relativamente brevi è utile per lo sviluppo complessivo del prodotto. Ciò significa che i prodotti possono essere sviluppati e lanciati sul mercato più velocemente, il che rappresenta un vantaggio competitivo. 

Migliora la precisione del progetto

La prototipazione rapida è utile nella messa a punto del prodotto poiché i test vengono condotti sui prototipi. Ciò aiuta ad arrivare al progetto previsto e alle aspettative degli utenti riguardo al prodotto finale. 

Contro

Può portare a costi più elevati se abusato

Se l’entità della prototipazione viene portata al livello massimo o se la gestione dell’importanza della prototipazione non viene controllata, il costo sarà maggiore. Per questo è necessario prevenire le esigenze di prototipazione e progettazione in modo che si spenda solo quanto serve. 

Non adatto a tutte le fasi di sviluppo

Ciò concorda con la discussione iniziale, in cui veniva evidenziato che la prototipazione rapida non poteva essere applicata a tutte le fasi del processo di sviluppo del prodotto. Alcune fasi potrebbero ancora richiedere approcci convenzionali alla produzione per ottenere precisione e rigidità. 

Può fornire risultati fuorvianti

La prototipazione nelle fasi iniziali potrebbe non essere molto utile per determinare le prestazioni finali del prodotto o anche l'aspetto generale del prodotto. Ciò può portare a presupposti errati e possibilmente a decisioni di sviluppo sbagliate riguardo al mercato di riferimento. 

Non ideale per la produzione su larga scala

La prototipazione rapida viene applicata nei test preliminari e su piccola scala del prodotto. Non viene utilizzato nella produzione di massa poiché sono coinvolti diversi processi di produzione. 

Vincoli tecnici

Alcuni degli svantaggi derivanti dall'utilizzo di alcune tecniche di prototipazione rapida includono quanto segue: selezione dei materiali, precisione e resistenza. Questi pongono una limitazione alla qualità e alla funzionalità del prototipo che deve essere sviluppato.

Strumenti CNC per la prototipazione rapida 

Gli strumenti CNC (Computer Numerical Control) sono tipi di tecniche di sottrazione, mentre quelli additivi sono FDM, SLA o SLS. A differenza delle tecniche di costruzione tradizionali, in cui il materiale è costituito da strati, gli utensili CNC gestiscono blocchi solidi, barre o aste, quindi vengono eseguite le operazioni di taglio, foratura, alesatura o rettifica necessarie.  

 

I 7 principali vantaggi della prototipazione rapida

Vantaggio 1: sviluppo del prodotto più rapido 

La prototipazione rapida aiuta ingegneri e progettisti a evitare di perdere tempo a lavorare su qualcosa che, dopotutto, non funzionerà. Ritardare leggermente un progetto per ottenere feedback da tutti i soggetti coinvolti può sembrare una perdita di tempo, ma i contributi raccolti sono utili per il processo decisionale critico.

Si consideri la produzione di componenti del cruscotto di un'auto di nuova progettazione. Un ingegnere che chiede continuamente feedback sul componente arriverà a un risultato approvato più velocemente di uno che completa l'intero cruscotto solo per poi sentirsi consigliare di rifarlo, passo dopo passo.

Prototipo di cruscotto per auto

La maggior parte dei componenti ingegneristici richiede un'approvazione completa per quanto riguarda sicurezza, ergonomia ed estetica, pertanto la prototipazione rapida è una strategia preziosa per ridurre al minimo i tempi impiegati.

Vantaggio 2: Riduzione dei costi di sviluppo del prodotto

Prima della prototipazione rapida, gli ingegneri disponevano solo di progetti e disegni per perfezionare i prodotti. Quando il prototipo veniva finalmente approvato, individuavano problemi che non erano evidenti nei disegni tecnici.

Poiché i materiali e i processi per realizzare il prototipo erano tradizionalmente costosi, questo approccio si è rivelato finanziariamente dispendioso. La prototipazione rapida risolve efficacemente questo problema economico.

Stampaggio a iniezione di prototipi a basso costo

Gli ingegneri possono ora realizzare modelli di progettazione in scala a costi significativamente inferiori utilizzando materiali di prototipazione rapida economicamente vantaggiosi e sottoporli a test in condizioni operative. Gli enormi risparmi nello sviluppo del prodotto si riflettono solitamente nei margini di profitto.

Il confronto tra le diverse tecnologie disponibili, ad esempio le macchine CNC a 3 assi rispetto a quelle a 5 assi, può aiutare a individuare dettagli più precisi per ridurre i costi di produzione.

Vantaggio 3: Rilevamento precoce dei difetti di progettazione

Gli errori di progettazione in termini di assemblaggio e geometria rappresentano un problema importante se non vengono rilevati, perché potrebbero degenerare in problemi di producibilità, tolleranze scadenti, disallineamenti e misurazioni errate, tra gli altri.

I difetti di progettazione sono evitabili

Se non si utilizzano prodotti di prototipazione rapida, le probabilità di dover riprogettare alcuni componenti in una fase successiva del ciclo di sviluppo del prodotto sono elevate. Si consideri un componente lavorato a CNC che è stato approvato dopo la simulazione digitale nonostante avesse pareti estremamente sottili. Tuttavia, la lavorazione a CNC si è rivelata problematica o addirittura impossibile perché le pareti si danneggiavano continuamente.

Grazie alla prototipazione rapida, un problema di questo tipo viene scoperto molto prima e risolto.

Vantaggio 4: aiuta a testare la funzionalità di un progetto 

Per quanto assurdo possa sembrare, ci sono stati casi in cui team hanno realizzato un prodotto, solo per poi rendersi conto che non serviva allo scopo previsto. Tempo, denaro e idee finiscono sempre nel nulla, in modo così straziante.

Con la prototipazione rapida, le aziende possono utilizzare il modello funzionante del prodotto per testarne la funzionalità in situazioni reali. Che si tratti di prodotti in scala ridotta o addirittura realizzati con componenti realizzati in modo diverso, l'idea è quella di avere prodotti di prototipazione rapida che possano essere testati prima dell'inizio della produzione vera e propria.

È interessante notare che anche i metodi di produzione tradizionali possono essere utili nella prototipazione rapida, ad esempio la lavorazione CNC per piccoli lotti.

Vantaggio 5: Migliora il lavoro di squadra

La prototipazione rapida è uno di quei concetti che incoraggia l'interazione e la comprensione interdisciplinare. Diversi reparti sono coinvolti in una comunicazione costante, dai tecnici al senior management.

Questa stretta interazione favorisce la collaborazione di squadra, allineando con successo i diversi team verso un obiettivo comune, incoraggiando la risoluzione collettiva dei problemi e rafforzando un livello più profondo di unità.

Sono numerosi i vantaggi specifici che un'organizzazione può trarre dalla vicinanza, tra cui una maggiore agilità organizzativa, relazioni più solide tra i reparti e una risoluzione più efficace dei conflitti.

Vantaggio 6: Provare geometrie e progetti complessi

Grazie alla prototipazione rapida, è possibile esplorare geometrie e design che sarebbero complessi con le tecnologie di produzione convenzionali. Il team di progettazione può utilizzare questa soluzione per innovare ulteriormente, soprattutto in combinazione con i progressi nelle tecnologie di supporto come flussi di lavoro CAD/CAM integrati, soluzioni di progettazione generativa e simulazione fluidodinamica computazionale (CFD).

Vantaggio 7: Promuove la sostenibilità

La prototipazione rapida, essendo un processo di produzione additiva, è eccellente nel ridurre al minimo gli sprechi di materiale. Il componente viene costruito strato per strato con uno spreco di materiale minimo, se non nullo.

Oltre all'efficienza del processo di prototipazione rapida, il progetto può essere ottimizzato utilizzando i software più recenti per garantire che il pezzo prodotto sia quello giusto.

 

Altre tecniche di prototipazione rapida

La fresatura e la tornitura CNC sono due dei processi più diffusi eseguiti in un impianto di produzione. Durante la fresatura, l'utensile da taglio è quello che si muove mentre il pezzo è fermo, mentre nella tornitura, il pezzo è quello che ruota mentre l'utensile da taglio è fermo. I laser cutter sono precisi poiché lo strumento di taglio è un laser che incide o taglia il materiale appropriato per disegni complessi. Le taglierine a getto d'acqua, al contrario, utilizzano un getto d'acqua ad alta pressione con abrasivi per tagliare compositi metallici e altri materiali. 

I materiali comuni utilizzati con gli utensili CNC sono plastica, metalli teneri e duri, legno, acrilico, pietra, vetro e compositi. Sono particolarmente adatti per realizzare progetti complessi e parti complesse che contengono caratteristiche difficili da realizzare. Tuttavia, l’applicazione degli strumenti CNC potrebbe essere leggermente più complicata rispetto ai processi di produzione additiva. Questo perché la prototipazione CNC è costosa nella produzione una tantum o in piccoli lotti a causa dei vari metodi, degli strumenti utilizzati e della delicatezza dei materiali. 

Gli strumenti CNC sono molto utili nella creazione di parti scheletriche e metalliche essenziali che non possono essere realizzate in modo efficiente utilizzando tecnologie di produzione additiva in utensili rapidi. Sono affidabili per formare prototipi buoni e precisi se i processi additivi sono impossibili.

 

Riassumendo

Prototipazione rapida è una tecnica vantaggiosa in quanto aiuta non solo a risparmiare tempo ma anche a ridurre i rischi. I prototipi aiutano i product manager a ottenere feedback utili dagli utenti per affermare i concetti di progettazione o identificare le modifiche che potrebbero essere necessarie prima del rilascio del prodotto. Ciò riduce al minimo la probabilità che il prodotto finale non soddisfi le aspettative dell'utente, da qui il termine "esperienza utente". 

In Boda Tech, la comunicazione è migliorata e il lavoro dei team è allineato servizi di prototipazione rapida. Boda aiuta l'azienda a fornire al mercato prodotti di alta qualità che, a loro volta, soddisfano le esigenze dei clienti e dei potenziali clienti.

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