Seguimi su: 
Imparare tutto sulla prototipazione rapida
La prototipazione rapida (RP) è un termine relativamente nuovo che descrive semplicemente il processo di creazione rapida di prototipi utilizzando processi di produzione avanzati, con l'obiettivo di valutare visivamente e funzionalmente il design di nuovi prodotti e ottimizzarlo continuamente. Ingegneri o designer trasformano le grandi idee in modelli concettuali realistici che simulano l'aspetto e il funzionamento del prodotto finale, e vengono sottoposti a una serie di validazioni prima di passare alla produzione di massa. Un prototipo è la versione originale del prodotto finale, utilizzata per valutare il design, testare le tecniche, analizzare i principi di funzionamento del prodotto, adattare design, materiali, dimensioni, forma, assemblaggio, colore, producibilità e resistenza, evitare tempestivamente potenziali problemi e migliorare la qualità del prodotto finale. Questo articolo esplora sette metodi di prototipazione attualmente diffusi e confronta le caratteristiche dei materiali dei componenti realizzati con diversi processi. Inoltre, vengono riassunti i fattori chiave da considerare nei vari processi di produzione. L'obiettivo è aiutare i designer a scegliere il processo di produzione di prototipi più adatto.
Definizione di prototipazione rapida
La prototipazione rapida è il processo di produzione di modelli il più rapidamente possibile per simulare il prodotto finale. Esistono dozzine di metodi di produzione che possono realizzare prototipi, il più impressionante dei quali è la produzione additiva, ovvero la stampa 3D. Tuttavia, la tradizionale lavorazione CNC di produzione sottrattiva può anche produrre prototipi di alta qualità. La stampa 3D e la prototipazione rapida si adattano perfettamente, consentendo la produzione di parti con forme geometriche quasi illimitate, richiedendo solo una stampante e nessun altro strumento. La stampa 3D può produrre parti con proprietà meccaniche molto simili a vari materiali fabbricati con metodi di produzione tradizionali.
7 tipi di processi di produzione di prototipi
Processo | Detto | DESCRIZIONE | FINITURA | ESEMPIO DI MATERIALI |
stereolitografia | SLA | Polimeri fotosensibili polimerizzati al laser | La gamma tipica degli strati additivi è 0.002-0.006 pollici (0.051-0.152 mm) | Come il termoplastico |
Sinterizzazione laser selettiva | SLS | Polvere sinterizzata laser | Gli strati additivi tipici sono di circa 0.004 pollici (0.102 mm) | Come nylon e TPU |
Sinterizzazione laser diretta del metallo | LMD | Polveri metalliche sinterizzate al laser | La gamma tipica degli strati additivi è 0.0008-0.0012 pollici (0.020-0.030 mm) | Come i materiali metallici in lega di ferro in acciaio inossidabile, titanio, cromo, alluminio e cromo-nichel |
Modellazione di deposizione fusa | FDM | Estrusioni fuse | La gamma tipica degli strati additivi è 0.005-0.013 pollici (0.127-0.330 mm) | Come ABS, PC, PC/ABS, PPSU e altra plastica |
PolyJet | PJET | Polimeri fotosensibili UV Cured Jet | La gamma tipica degli strati additivi è 0.0006-0.0012 pollici (0.015-0.030 mm) | Come il PMMA, polimero fotosensibile elastico |
Lavorazione CNC | CNC | Utilizzare fresatrici e torni CNC per rimuovere il materiale in eccesso | Rimuovere il materiale in eccesso (liscio) | La maggior parte delle materie plastiche e dei metalli di livello ingegneristico ha centinaia di materiali |
Colata sotto vuoto | VC | Utilizzare stampi in silicone per realizzare parti in plastica replica | Liscio o con texture selezionata | Termoplastico di livello ingegneristico |
Vantaggi e svantaggi dei diversi metodi di produzione
SLA
SLA : La SLA è il metodo di produzione additiva più antico, più diffuso e più conveniente, nonché il primo metodo di stampa 3D applicato al commercio. Si tratta di un processo che utilizza un laser ultravioletto controllato da computer per polimerizzare strato per strato una resina polimerica liquida fotosensibile, ripetendo il processo per produrre i pezzi. Le sezioni trasversali degli strati vengono ricavate da file di progettazione CAD (formato .stl). È importante notare che i file CAD in formato .stl sono diventati il linguaggio di programmazione predefinito per la maggior parte delle stampanti 3D.
Vantaggi: Rispetto ad altri processi additivi, la SLA consente di produrre prototipi e componenti di alta qualità con forme geometriche complesse. La SLA è veloce, economica e i componenti realizzati presentano un'eccellente finitura superficiale e dettagli ottimali, mantenendo tolleranze rigorose. Sono disponibili diverse librerie di materiali selezionabili, con proprietà ottiche, meccaniche e termiche, per adattarsi a termoplastiche standard, ingegneristiche e industriali. I prototipi SLA sono tipicamente utilizzati per la produzione di prototipi medicali e per la realizzazione di modelli master per la fusione sottovuoto.
Svantaggi: i prototipi realizzati con la tecnologia SLA spesso presentano una resistenza insufficiente e non sono adatti per essere testati in condizioni estreme. Inoltre, i raggi ultravioletti indeboliscono i materiali nel tempo in ambienti umidi.
SLS
SLS: La SLS è una tecnologia di stampa 3D per la produzione di prototipi in metallo e plastica. Si tratta di un processo di creazione di prototipi strato per strato utilizzando un laser ad alta potenza controllato da computer per riscaldare e sinterizzare materiali in polvere, come nylon o polveri elastiche di TPU, simili alle plastiche di grado ingegneristico. La tecnologia SLS risale agli anni '1980 ed è stata brevettata da Carl Deckard. Similmente a molti altri processi di stampa 3D, permette di realizzare componenti con forme geometriche complesse, incluse caratteristiche interne, sottosquadri, pareti sottili, ecc., come ad esempio parti con strutture reticolari interne difficili da ottenere con la lavorazione CNC.
Vantaggi: Rispetto alla tecnologia SLA, i componenti realizzati con la tecnologia SLS sono più precisi e durevoli, e sono adatti ad alcuni test funzionali.
Svantaggi: La superficie dei pezzi realizzati con SLS presenta una texture granulare o sabbiosa, è priva di dettagli fini e risulta molto ruvida. Per ottenere risultati estetici soddisfacenti sono necessari processi di lavorazione secondari e i materiali disponibili sono limitati.
LMD
DMLS: La DMLS è una tecnologia di stampa 3D per la produzione di prototipi metallici e componenti finali, che consiste nella saldatura di polvere strato dopo strato fino al completamento del pezzo. I componenti DMLS possono essere realizzati con la maggior parte delle leghe metalliche e, naturalmente, è possibile scegliere gli stessi materiali dei componenti finali per produrre prototipi resistenti e funzionali.
Vantaggi: la tecnologia DMLS consente di realizzare prototipi metallici (in genere con una densità del 97%) per test funzionali e di produrre elementi interni o canali impossibili da realizzare con i processi tradizionali. Le proprietà meccaniche dei componenti prodotti con la tecnologia DMLS sono sostanzialmente identiche a quelle dei componenti prodotti con metodi tradizionali.
Svantaggi: La superficie dei pezzi realizzati con DMLS è ruvida e richiede costosi trattamenti successivi. Se la tecnologia DMLS viene utilizzata per la produzione di più componenti metallici, il costo può risultare elevato.
FDM
FDM: Nel processo di stampaggio a deposizione di fusione (FDM), i materiali termoplastici (come ABS, policarbonato o una miscela di ABS/policarbonato) vengono fusi in un ugello riscaldato dalla stampante, e quindi l'ugello si muove lungo un percorso prestabilito, depositando strato dopo strato il materiale in resina liquefatta, creando un prototipo dal basso verso l'alto.
Vantaggi: la tecnologia FDM consente di utilizzare materiali termoplastici di alta qualità, producendo componenti economici e robusti, adatti anche a test funzionali. Naturalmente, questo processo permette di realizzare anche parti con strutture complesse. La tecnologia FDM è facile da usare, si presta all'impiego di diversi tipi e colori di plastica nella produzione di un singolo pezzo ed è sicura, pulita e a basso impatto ambientale.
Svantaggi: i pezzi realizzati con la tecnologia FDM presentano spesso fori, resistenza non uniforme, scarsa finitura superficiale e evidenti segni di ondulazione. Rispetto alla tecnologia SLA o SLS, la FDM non è efficiente.
SLM
SLM: La SLM è una tecnologia che utilizza laser ad alta potenza per fondere e unire polveri metalliche al fine di produrre prototipi o componenti. Le polveri metalliche più comuni includono titanio, acciaio inossidabile, alluminio e leghe di cobalto e cromo, che possono essere utilizzate per fabbricare componenti metallici di precisione con elevata resistenza, durata e complessità.
Vantaggi: I componenti di precisione realizzati con la tecnologia SLM sono ampiamente utilizzati in settori quali quello aerospaziale, automobilistico, della difesa nazionale e medicale.
Svantaggi : i pezzi o i prototipi realizzati con la tecnologia SLM possono essere costosi e richiedono il controllo da parte di un macchinista specializzato.
POLIGETTO
POLYJET: PolyJet utilizza una testina di stampa per spruzzare strato dopo strato una resina polimerica fotosensibile e impiega materiali fotopolimerizzabili per realizzare prototipi o componenti. Lo strato di resina spruzzato con questo processo può essere molto sottile e permette di ottenere pezzi con superfici lisce. Le testine di stampa possono essere utilizzate con diversi materiali, consentendo la realizzazione di prototipi multimateriale.
Vantaggi: Polyjet è conveniente e può essere utilizzato per produrre componenti flessibili con strutture complesse, nonché per realizzare prototipi di componenti stampati a involucro utilizzando materiali flessibili e rigidi.
Svantaggi: i componenti realizzati con la tecnologia Polyjet non sono sufficientemente resistenti per i test funzionali e possono ingiallire dopo un'esposizione prolungata alla luce.
Lavorazione CNC: le frese ruotano lungo un percorso prestabilito per tagliare blocchi (o barre) solidi di plastica o metallo, rimuovendo il materiale in eccesso per produrre parti o prototipi, in un processo di riduzione del materiale. Rispetto alla produzione additiva, i pezzi lavorati con macchine CNC presentano un'eccellente resistenza e finitura superficiale, e sono relativamente completi. La gamma di materiali selezionabili è molto ampia, con migliaia di tipologie, che consentono di produrre pezzi CNC con molteplici funzioni, come resistenza alla trazione, resistenza agli urti, temperatura di deformazione termica, resistenza chimica e biocompatibilità. Le buone tolleranze sono adatte all'assemblaggio e ai test funzionali.
Vantaggi: i pezzi lavorati con macchine CNC presentano una buona finitura superficiale e tolleranze rigorose, ed è possibile scegliere tra una varietà di termoplastiche e metalli di qualità ingegneristica. Rispetto alla stampa 3D, i prototipi possono essere consegnati entro 24 ore, a seconda della complessità del pezzo.
Svantaggi: Per alcuni pezzi complessi, la lavorazione CNC può presentare delle limitazioni. Ad esempio, è molto difficile lavorare pezzi cavi a parete sottile e talvolta è necessario capovolgere e fissare il pezzo con dispositivi di fissaggio personalizzati. Pertanto, per la lavorazione di pezzi con forme geometriche complesse, il costo della lavorazione CNC è relativamente elevato.
Fusione sottovuoto: In senso stretto, la fusione sottovuoto è un processo per la produzione di piccoli lotti di pezzi. Il processo prevede la deschiumatura, la miscelazione, il preriscaldamento e lo stampaggio del materiale poliuretanico colato in condizioni di vuoto, seguiti da un processo di stampaggio e polimerizzazione secondaria di 2-3 ore in una camera a temperatura costante di 60 ℃ – 80 ℃.
Vantaggi: La replica realizzata mediante stampaggio sottovuoto può raggiungere la resistenza e la durezza di materiali grezzi come l'ABS e può anche essere colorata a seconda delle esigenze. Il processo di stampaggio sottovuoto consente di produrre piccoli lotti di componenti in plastica con strutture complesse e spessore uniforme delle pareti, in grado di soddisfare specifiche funzioni ed estetiche.
Svantaggi: Ogni stampo può produrre fino a 25 copie (a seconda della complessità dello stampo e del materiale di fusione); se i pezzi richiedono un'elevata qualità (come strutture trasparenti o complesse), da un singolo stampo si possono ricavare solo 12 o addirittura 10 repliche.
Quanto costa la prototipazione rapida?
È difficile rispondere a questa domanda. La prototipazione rapida dipende da una varietà di fattori diversi, con differenze significative nei costi. Ad esempio, se informazioni quali tecnologia di elaborazione, dimensioni, quantità, finitura superficiale, quantità, materiale e trattamento superficiale sono incerte, è difficile valutare quanto costerà produrre un prototipo, che può variare da decine di dollari a migliaia di dollari. Se hai completato la progettazione di un progetto prototipo, non esitare a contattare DDPROTOTYPE, uno dei principali produttori di prototipazione rapida in Cina, per fornirti un preventivo gratuito e fornire gratuitamente suggerimenti costruttivi e soluzioni fattibili per il tuo design.
