Tecnologia computer aided: La prototipazione

Rubrica: Tecnologia computer aided

Titolo o argomento: Introduzione ai software/sistemi per la prototipazione

Questo articolo segue dai precedenti indicati di seguito:
Tecnologia computer aided: La progettazione
Tecnologia computer aided: L’analisi

Prototipazione

RP – Rapid Prototyping

La prototipazione rapida (Rapid Prototyping – RP) consiste in un insieme di processi volti a realizzare modelli e componenti per addizione di materiale layer by layer a partire da un modello matematico tridimensionale ottenuto in ambiente CAD. Diversamente dalle tradizionali macchine, che operano una sottrazione successiva di materiale da un blocco nel quale è contenuta la forma che si vuole ricavare, i sistemi di prototipazione rapida fabbricano strati successivi di materiali  che possono essere costituiti di volta in volta da liquidi, polveri, fili o laminati. Strato dopo strato, queste macchine ricostruiscono l’oggetto che rappresenta il modello matematico di partenza. Per questa ragione tale tecnologia produttiva è anche nota come Layer Manufacturing. Il prototipo viene disegnato tramite sistemi CAD 3D e poi convertito in un formato compatibile con il tipo di macchinario che si va ad utilizzare. Lo standard grafico attuale è il “Solid to layer” o STL. Questo formato prevede la tassellizzazione (o mesh) delle superfici interna ed esterna del pezzo attraverso poligoni triangolari. L’approssimazione di superfici curve attraverso facce triangolari introduce inevitabilmente un errore il quale viene valutato misurando la distanza tra il baricentro del triangolo e la superficie originaria. E’ possibile aumentare la densità dei triangoli in presenza di una superficie curva del modello per raggiungere l’approssimazione richiesta.

RC – Rapid Casting

Il Rapid Casting è una tecnica che sfrutta opportuni metodi di prototipazione rapida (ad es. SLS – Selective Laser Sintering) per ricavare un modello a perdere da utilizzare poi nella fusione a cera persa. Questo significa che il tradizionale modello di cera, realizzato per farne lo stampo in argilla, è ora sostituito da uno realizzato con materiale polistirenico mediante stampa 3D di un file STL proveniente direttamente da disegno CAD 3D. Dopo aver realizzato il modello a perdere, la procedura prosegue sottoponendo il modello stesso ad infiltrazioni con cera per renderlo meno fragile e aumentarne l’evacuabilità. Segue il rivestimento in bagni di ceramica prima di evacuare il modello a perdere con flash firing o in autoclave. Infine viene cotto il guscio ceramico e tutto è pronto per la fusione della lega, la colata nello stampo ottenuto, il raffreddamento, la riduzione del guscio, la pallinatura, il taglio primario dell’alimentazione ed i trattamenti termici necessari.

VP – Virtual Prototyping

Il Virtual Prototyping rappresenta una fase fondamentale del processo di sviluppo di un prodotto, esso consiste nell’utilizzo di software CAD – CAE al fine di confermare la validità di un progetto prima di avviare la produzione fisica del prototipo (ossia il primo modello di una serie). Ciò avviene creando al computer dei modelli virtuali tridimensionali (fasi di concept, redesign, restyling) di ogni singolo elemento di un prodotto; ogni parte viene poi unita alle altre in un assieme come se il modello fosse reale. I software CAD – CAE permettono così di valutare il comportamento, la bontà e la funzionalità di ogni componente, sia esso considerato singolarmente oppure considerato in relazione alle altre componenti con cui vi è interazione, come se il prodotto si trovasse nel mondo reale. Una volta effettuata una prima analisi atta a confermare la direzione di sviluppo da intraprendere possono comunque essere realizzati dei modelli di forma (maquette) sia con tecniche di tipo tradizionale, sia mediante il Rapid Prototyping. L’utilità del Virtual Prototyping emerge, oltre che per la definizione del progetto, anche per la fase di presentazione del prodotto.

VR – Virtual Reality

La Realtà Virtuale offre un’esperienza di visualizzazione più coinvolgente rispetto all’ordinaria visualizzazione sul monitor di un computer. L’utilizzo di sistemi stereoscopici (adottati per la realizzazione di filmati e presentazioni in tre dimensioni) permette di percepire l’oggetto rappresentato in video con un realismo sorprendente. Questo consente di verificare quanto un dato progetto risponda all’idea d’origine; è inoltre possibile valutare in tempi molto brevi eventuali variazioni di forma e colore effettuando veloci rendering.

RM – Reverse Modeling

Per Reverse Modeling si intende modellazione inversa: invece di disegnare/modellare un oggetto mediante il computer, ovvero partendo da dati precisi di forma e dimensione, si effettua l’operazione inversa andando ad acquisire i modelli di oggetti già esistenti (ad esempio mediante “Laser scanning”) ricavando così le matematiche dell’oggetto (misure lineari, spessori, diametri, sezioni o superfici di best-fitting). L’acquisizione tridimensionale, ovvero il passaggio dall’oggetto fisico alla sua rappresentazione digitale, può essere effettuata attraverso la fotogrammetria digitale (Digital photogrammetry) o tramite la scansione laser (Laser scanning) o, ancora, tramite l’integrazione dei due sistemi.

Fonti:
Articoli precedentemente redatti
CRP Technology
Nadia Ambrosetti – Università degli Studi di Milano

Link correlati
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Tecnologia computer aided: La produzione
Tecnologia computer aided: Soluzioni Open Source (articolo in preparazione)

Rapid Casting

Portamozzo ottenuto mediante Rapid Casting
Image’s copyright: CRP Technology