Per
prototipazione rapida, o rapid prototyping, si intende quell’insieme di procedimenti industriali messi in campo per produrre dei prototipi in tempi brevi a partire da un
file tridimensionale dell’oggetto.
Il primo esempio di rapid prototyping risale al
1986: in quell’anno
Chuck Hull, inventore che detiene oltre 60 brevetti negli Stati Uniti, inventò la
stereolitografia: era la prima volta che si poteva modellare un oggetto tridimensionale senza ricorrere a metodi artigianali o manuali – da cui la rapidità del processo.
Dalla stereolitografia alla stampa 3d
La storia della prototipazione rapida inizia negli anni Ottanta, e da allora le tecniche di stampa si sono evolute molto rapidamente.
La
stereolitografia, nota anche come SLA – StereoLitographic Apparatus, è la prima tecnica utilizzata: la tecnologia permette di creare i modelli partire da una
resina liquida che, sottoposta all’effetto di un particolare laser, indurisce per effetto della
polimerizzazione.
Il laser si muove all’interno dello spazio di lavoro per strati, costruendo l’oggetto layer dopo layer. Con l’avanzare della tecnica, sono state sviluppate macchine da stereolitografia che polimerizzano diversi materiali: dalle
resine in polvere ai
metalli fino alle
sabbie, usate spesso in fonderia, e ai
materiali biodegradabili.
Allo sviluppo dei primi macchinari di stereolitografia è seguita la messa a punto di nuove tecnologie, tra le quali:
- LOM – Modellazione di oggetti laminati, che incolla degli speciali fogli strato su strato, con il vantaggio di poter prototipare oggetti di grandi estensioni;
- FDM – Modellazione a deposizione fusa, cioè la tecnologia più diffusa per la stampa 3D, che prevede la deposizione di fili di materiale fuso su strati secondo movimenti sugli assi x, y, z;
- SLS – Fusione laser selettiva, che deposita strati di polveri termoplastiche o metalliche per poi indurre la polimerizzazione, strato per strato, tramite laser;
- Tecnica PolyJET, che prevede la deposizione di strati liquidi di fotopolimeri che vengono sottoposti a potenti raggi UV.
Nell’ambito delle diverse soluzioni ingegneristiche, la prototipazione rapida ha visto una rapida evoluzione dal 1986 ad oggi, che ha portato ad un impiego sempre più massiccio, in particolare, delle tecnologie di stampa 3D.
La prototipazione rapida in termoformatura
Le tecniche di prototipazione rapida, soprattutto nella declinazione di
stampa 3D, sono sempre più utilizzate in produzione: non soltanto per la
costruzione di modelli, quindi, ma anche per la creazione del prodotto finale. È l’approccio di alcune agenzie aerospaziali, che stampano componenti di razzi, delle ricerche biomediche in campo di stampa 3D dei tessuti del corpo e anche di importanti marchi di calzature sportive che oggi stampano in 3D le suole di alcuni modelli.
Altre applicazioni della tecnologia della prototipazione rapida stanno coinvolgendo l’
edilizia, con le prime
case interamente stampate in 3D presentate nel 2018 in Italia e diverse aziende statunitensi che riescono a costruire intere case layer dopo layer.
In
termoformatura si usa la prototipazione rapida alla maniera classica, e cioè per produrre i
prototipi dei modelli che serviranno poi per creare gli stampi finali, oppure per effettuare delle
stampe di prova che consentano di verificare l’aspetto e le caratteristiche finali dell’oggetto.
In termoformatura, d’altro canto, è molto importante avere le competenze adatte per poter ricorrere a modelli più tradizionali, realizzati sì con le più avanzate tecnologie CNC ma frutto di
un vero e proprio lavoro di “scultura”.
Ciò si applica soprattutto ai
modelli in legno, spesso utilizzati come modelli provvisori per testare la resa del progetto nel processo di termoformatura. Il legno infatti, a differenza di altri materiali, permette di eseguire delle stampe di prova prima ancora di ricorrere allo stampo finale, consentendo di intervenire laddove
costi e tempi non costituiscono ancora un potenziale problema.
Il più grande vantaggio della prototipazione rapida resta quello di consentire test e verifiche prima di passare alla produzione vera e propria, consentendo di progettare il modello e lo stampo perfetto prima di avviare la produzione in termoformatura, che avviene in serie.
