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“Prototipo” è un’affermazione univoca. Ma sappiamo davvero di cosa si tratta?
Fino ad un ventennio fa, prototipo significava eseguire dei pezzi in maniera molto artigianale, a volte con disegni incompleti, affiancando l’operatore delle macchine utensili nel chiedergli a voce quello che serviva.
Era la patria indiscussa di artigiani e modellisti.
Ovviamente parliamo dei prototipi più semplici, riferendoci comunque a qualcosa di fisico. Siamo sicuri che oggi sia ancora così?
In questo articolo parleremo di prototipazione digitale, ma anche della prototipazione rapida al suo supporto, che con l’ausilio della stampa 3D ne realizza i modelli digitali facendoti risparmiare costi e tempo.
Quando nasce la prototipazione digitale? E quali vantaggi ha portato con sé?
Sono gli anni ’70 quando vengono introdotti i primi software 3D, anche se allora funzionavano solamente su mainframe. Dovremo attendere i primi anni ‘90 per avere dei modellatori che possano essere utilizzati su personal computer.
Da quel momento in poi è stata una continua evoluzione, sempre più rapida tra capacità di calcolo, velocità dei processori e software in grado di sfruttarne le potenzialità.
Quando nel 1990 iniziai a lavorare presso uno studio di impiantistica termotecnica, già veniva utilizzato un CAD 2D con tavoletta grafica. Si, in effetti il titolare era una persona alla quale piaceva molto la tecnologia, ma soprattutto era attento all’ottimizzazione del tempo!
Ripensando ad allora – più di 30 anni fa – posso dire che tutto questo sia stato per me molto formativo e che mi abbia aiutato a sviluppare una visione d’insieme ed un’attenzione ai dettagli che conservo ancora oggi.
Ma perché nasce la prototipazione digitale? La possibilità di simulare lavorazioni, componenti e assemblaggi prima ancora che venga costruito fisicamente un pezzo, permette di valutare scenari ed opzioni differenti – integrative o alternative – e di verificare con maggiore velocità e semplicità tutti i problemi, reali e potenziali.
Il ciclo evolutivo hardware-software permette il miglioramento dei sistemi, la possibilità di entrare maggiormente nel dettaglio, di visualizzare alcune movimentazioni in tempo reale e di avere quindi dei rendering realistici.
I vantaggi della prototipazione veloce sono indiscussi. Eccone alcuni:
- Riduzione del time-to-market e dei costi di sviluppo del prodotto
- Facilità di progettazione parallela (diversi progettisti che lavorano, in maniera autonoma e indipendente, a diverse soluzioni)
- Possibilità di progettazione collaborativa e partecipativa, di eseguire test anche parziali in maniera preventiva e di effettuare test diversamente troppo costosi o impossibili
- Ridotta necessità di costruire prototipi fisici
- Maggiore sicurezza e comfort per gli operatori
- Condivisione remota
- Riduzione delle barriere geografiche e fisiche
- Aumentata flessibilità dell’azienda
- Abitudine a definire i modelli funzionali da validare
- Semplificazione della progettazione
Più è complesso il sistema che stai progettando,
maggiore è il ROI che otterrai utilizzando queste tecnologie.
Prototipazione rapida: un alleato contro il tempo!
La figura del prototipista – nel senso tradizionale del termine – è cambiata. Come del resto è cambiato ogni aspetto della nostra vita, e di ogni lavoro. Ma c’è una cosa che è rimasta in comune: il tempo!
Tutto deve essere più veloce: i tempi sono sempre più ridotti, così come anche i costi. L’avvento della progettazione 3D ha permesso di avere dei modelli di riferimento del tutto uguali agli oggetti fisici.
Quando adesso si parla di prototipazione, la prima cosa che ci viene in mente è la prototipazione rapida 3D: se ne parla frequentemente, soprattutto negli ultimi anni grazie all’evoluzione della tecnologia, che ha abbassato i costi rendendoli accessibili a tutti.
Sta avvenendo quello che decenni fa è avvenuto con le prime stampanti ad aghi a supporto dei computer. Fino a quando non sono stati resi disponibili testi ed immagini – anche se di qualità molto ridotta – non aveva alcun senso avere delle periferiche che trasferissero queste “grafiche” su un pezzo di carta.
Allo stesso modo, la prototipazione rapida non sarebbe possibile senza un modello 3D digitale di partenza.
Si può dire quindi che la prototipazione 3D digitale (o se vogliamo usare un termine inglese, Digital Mockup o DMU) è un’attività di costruzione degli oggetti nelle 3 dimensioni e di assemblaggio ed analisi degli stessi effettuata mediante un computer.
In questo prototipo digitale, è possibile simulare:
- la lavorazione dei componenti nelle varie fasi
- l’assemblaggio di particolari a disegno o commerciali
- il funzionamento e la cinematica dei movimenti
- la resistenza
… e potremmo continuare per molto tempo a descrivere tutto ciò che rende possibile.
Estetica, ottimizzazione e supporto: il ruolo della prototipazione digitale
Con l’avvento del 3D – e quindi della prototipazione digitale – la generazione geometrica anche più complessa è affidata al software, ed il progettista può quindi concentrarsi sulla congruenza del risultato di quanto modellato con quanto desiderato. Funzionalmente o esteticamente necessario.
Grazie alla prototipazione, la componente estetica in particolare è visualizzabile in modo completo: gli oggetti possono essere ruotati, contestualizzati in ambienti, testati con un cambio di colori, trame, finiture superficiali, ombre, riflessi e molto altro ancora.
Questo riduce tempi e costi per la validazione del progetto e fornisce un supporto ineguagliabile alla presentazione dei progetti tecnici: soprattutto quando non sono solo delle semplici modifiche, ma vere e proprie attività che derivano dalla Ricerca e Sviluppo di prodotti nuovi e innovativi.
Fino ad un po’ di tempo fa, questi modelli 3D venivano inviati esclusivamente al CAM, e quindi alle macchine utensili per la produzione dei componenti. Adesso abbiamo a disposizione anche tecniche di prototipazione rapida – o stampa 3D – che permettono di ridurre ulteriormente i tempi ed i costi e passare da un prototipo digitale ad uno fisico.
E quindi, dal progetto al prodotto.
Addirittura la stampa 3D permette l’esecuzione di pezzi che con le tradizionali lavorazioni meccaniche non sarebbero possibili: pensa ad esempio ad un percorso raggiato di un foro o a delle lavorazioni di alleggerimento all’interno di una parete. O a delle forme complesse interne, sottosquadra, e chi più ne ha più ne metta.
Anche nell’attrezzaggio dei macchinari il prototipo digitale viene in aiuto, permettendo di simulare (senza impegnare fisicamente il macchinario e quindi senza fermare la produzione) posizionamenti, tempi ciclo ed interferenze.
Prototipazione: una base di partenza
Il prototipo digitale è la base per moltissime applicazioni: dalle simulazioni di resistenza come le analisi FEM, alle simulazioni fluidodinamiche, a quelle cinetodinamiche. Possono essere simulate anche durata di vita e prevenzione guasti, con ottimizzazione delle operazioni di manutenzione dei macchinari.
Non tutti i modelli sono uguali però!
In base a cosa si vuole fare, i modelli devono essere generati e/o ottimizzati per permettere loro di avere tutte le informazioni necessarie (dati collegati, storicità delle variazioni, ecc.) o essere molto “leggeri”, per permettere un’elaborazione in tempo reale:
- Modelli CAD
- CAM
- Animazioni
- Simulazioni
- Analisi
- Realtà virtuale
- Realtà aumentata
- Mixed reality
Questi sono solo alcuni degli utilizzi dove è fondamentale avere un corretto modello 3D ottimizzato per il proprio compito.
Per trovare e scegliere con cura la soluzione migliore per il tuo progetto, rivolgiti a professionisti del settore: attraverso training e consulenze mirate, ti guideranno verso la direzione vincente che saprà dargli vita, esattamente come l’hai progettato.
Sono Socio e General Manager di Kreacta, un brand di 10 i cube srl. Ho svolto in più occasioni il ruolo progettista meccanico e responsabile di prodotto in importanti aziende nel settore delle macchine utensili e della Ricerca Scientifica. Opero da oltre trent’anni nella progettazione meccanica e nella consulenza industriale, con esperienze anche nei settori di sviluppo del software, piattaforme web, realtà virtuale ed aumentata e sistemi interattivi.