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Università di Brescia – Dipartimento di Ingegneria Meccanica

Tecnologie e Sistemi di Lavorazione

1 Evento 3D Printing – CSMT – 17 Luglio 2014

Le tecnologie di oggi e di domani

Ing. Luca Giorleo




Introduzione

Il gruppo di ricerca svolge la propria attività presso l’Università degli Studi di Brescia e l'Università degli Studi di Bergamo occupandosi di ricerca di base e di ricerca industriale nell'ambito delle lavorazioni meccaniche, della loro simulazione, ottimizzazione, pianificazione e gestione considerando in particolare problematiche di: • asportazione truciolo, • deformazione plastica, • processi laser, • qualità e gestione della produzione, • prototipazione rapida in ambito biomedicale




Agenda

- introduzione al concetto di prototipo

- la prototipazione rapida e le tecniche di oggi

- uno sguardo al futuro




IL CONCETTO DI PROTOTIPO




La parola deriva dal greco πρωτότυπος, composto di πρωτο, "precedente, primario" e τύπος, "tipo” dunque per prototipo si intende il primo elemento di una serie. Durante la fase di sviluppo di un prodotto vengono realizzate le seguenti tipologie di prototipi:

– concettuali

– funzionali e/o tecnici

– pre-serie

– attrezzatura personalizzata (rapid tooling)

Gli obiettivi di ciascuno sono ovviamente differenti così come il materiale impiegato per la costruzione e la tecnologia di fabbricazione

Il concetto di Prototipo




I prototipi concettuali sono la rappresentazione fisica di un modello il cui scopo è poter permettere: – valutazioni di stile – valutazioni ergonomiche – verifiche di progetto


XStylus - Prototipo ergonomico di una stilo per Nintendo DS




I prototipi funzionali sono una rappresentazione fisica di un modello per : - prove di assemblaggio nei casi in cui l’accoppiamento dei componenti determina la funzionalità dell’assieme per la verifica del progetto

- test funzionali, ovvero prove fisiche di una o più funzioni, di un particolare o di componenti, inclusi alcuni carichi fisici (termici, meccanici, ecc)


Prototipo di un motore per auto per verifiche di ingombro e di assemblaggio

I prototipi tecnici sono prototipi che hanno anche le proprietà meccaniche identiche ai pezzi finali e vengono realizzati per certificazioni, verifiche di durata o verifiche di rispondenza alle normative di sicurezza.




Il concetto di prototipo, inteso come realizzazione di pre serie o di un singolo prodotto, può trovare applicazioni anche nella realizzazione di manufatti che debbano essere fortemente personalizzati come, ad esempio, nel campo del biomedicale (protesi)


Esempio di piccole serie (protesi ginocchio)

Esempio di singolo componente (protesi dentale)





Il Rapid Tooling (RT o Attrezzaggio Rapido) sono un insieme di tecniche mirate alla costruzione in tempi brevi di attrezzature e/o stampi destinate alla realizzazione delle preserie.




LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA




Realizzare un prototipo, cioè un modello in scala reale di un prodotto, coinvolge molte operazioni che utilizzano diverse macchine e attrezzature e richiede settimane o addirittura mesi. Un importante svolta nel manifatturiero si è avuta a partire dalla metà degli anni 80 con con il Rapid Prototyping cioè un processo in cui si realizza un modello fisico della parte attraverso disegni CAD tridimensionali.

Il Rapid Prototyping (RP) si è sviluppato a partire dalla metà degli anni ’80 e comprende diverse tecnologie. L’importanza e l’impatto economico del RP si manifestano in:

1. la progettazione viene vista nella sua interezza e sotto diversi angoli attraverso la modellazione CAD 3D;

2. il prototipo può venire realizzato anche in materiali metallici e studiato nelle sue caratteristiche tecniche, funzionali e estetiche;

3. la prototipazione viene fatta in tempi ristretti (poche ore o pochi giorni) e costi inferiori (meno tempo significa anche entrare prima nel mercato).

La prototipazione rapida





Le tecniche di prototipazione rapida sono una serie di sistemi che, prescindendo dalla complessità costruttiva dell'oggetto, lo riproducono con tecniche additive, partendo da una sua definizione matematica specificata su un CAD tridimensionale ed utilizzando processi rapidi, flessibili e altamente automatizzati.

CNC Milling 3D Printing




Con il termine Rapid Prototyping si intende un insieme di processi che realizzano modelli e componenti per addizione di materiale layer by layer a partire da un modello matematico tridimensionale. La prototipazione rapida si può paragonare all'operazione di stampa di un testo, solo un po' più complicata.

Le fasi che portano alla realizzazione del prototipo sono le seguenti:

- creazione del file STL

- gestione del file STL

- costruzione del prototipo layer by layer (strato dopo strato)

- post trattamenti





Successivamente a queste operazioni preliminari, il prototipo viene generato dalla macchina, gli eventuali supporti vengono rimossi e il pezzo viene finito manualmente e, in certi casi, sottoposto a post-trattamenti per migliorarne le caratteristiche.

Le fasi del processo di RP




Le tecniche di RP




Uno sguardo al futuro




Uno sguardo al futuro ….

Una nuova filosofia è in crescita, al fine di portare la produzione in una terza rivoluzione industriale: Fab Labs. Fab Labs sono laboratori completamente attrezzati con macchine CN (in generale una stampante 3D, una macchina per il taglio laser ed una microfresatrice) che permettono a chiunque di fare (quasi) tutto: dalle schede di circuiti integrati al vere e proprie abitazioni. I Fab Labs sono basati su una rete di conoscenza condivisa che distribuisce processi e progetti su Internet in modo da fornire gratuitamente strumenti accessibili per portare fabbricazione al livello del singolo utente.




Stampanti 3D x il fai da te

Rep Rap – 630 €

MTM Snap – 450 €

Fab@home – 1100 € Cube Pro - 2.500 €




Food

Le applicazioni future (prossime non remote) comprenderanno non solo applicazioni industriali ma un utilizzo delle stampanti 3D (professionali) sotto diverse applicazioni quali:




Customized food




Cross-section of multi-cellular bioprinted human liver tissue, stained with hematoxylin & eosin (H&E).

Bio printing (tissue)

Scientists at the Wake Forest Institute for Regenerative Medicine have developed tissue aimed at replicating the outer ear using bioprinting.




Chemistry (drug fabrication)

what Apple did for music, I’d like to do for the discovery and distribution of prescription drug

If you apply that idea to making drugs, you have all your ingredients and you follow a recipe that a drug company gives you. They will have validated that recipe in their lab. And when you have downloaded it and enabled the printer to read the software it will work. The value is in the recipe, not in the manufacture. It is an app, essentially.




Building

Dopo la Canal House di Amsterdam, la prima casa ottenuta stampante 3D - di dimensioni maxi - che è in costruzione e sarà completata entro tre anni, in Cina una società ha sviluppato una tecnologia per 'stampare in 3D' sempre abitazioni ma nel tempo record di 24 ore.




Aerospace (NASA)

Building a base on the moon could theoretically be made much simpler by using a 3D printer to construct it from local materials. The concept was recently endorsed by the European Space Agency (ESA) which is now collaborating with architects to gauge the feasibility of 3D printing using lunar soil.




Moda

… e tanto altro ancora

eveloped in partnership with Continuum Fashion, the N12 is the first fully 3D printed Bikini, ready to wear and available for purchase from the Conitnuum's Shapeways Shop.




Grazie per l’attenzione

Ing. Luca Giorleo, Ph.D.

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Gruppo di Tecnologie e Sistemi di Lavorazione

Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale

Università degli Studi di Brescia

Via Branze, 38 25123 Brescia - Italy

mob.: (+39) 331/6133145 ph.: (+39)030/371.5522 FAX: (+39) 030/370.2448

mail: [email protected]

website: tecmec.ing.unibs.it

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