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Progettare per la stampa 3D
PROGETTARE PER LA STAMPA 3D - (DFAM – DESIGN FOR ADDITIVE MANUFACTURING)
Si parla tantissimo di stampa 3D, ma molto poco della progettazione specifica per queste nuove tecnologie perché?
Il team PUNTOZERO partendo da sinistra Ivan Vecchio, Francesco P
Probabilmente si tratta di metodologie ancora poco conosciute, ma fondamentali per la buona riuscita di un progetto basato su tecnologie additive. Progettare in modo specifico per l’AM fa la differenza non soltanto in termini di costi e tempi di produzione ma anche per il miglioramento delle performace e per il raggiungimento di altri ambiziosi obiettivi.
Innoviamo per migliorare prodotti e processi produttivi
Negli ultimi 20 anni abbiamo assistito ad una straordinaria evoluzione della tecnologia, in particolare l’Additive Manufacturing ha segnato una svolta nel mondo dell’industria manifatturiera internazionale. La stampa 3D, infatti già nei primi anni 2000 si è affermata e diffusa per la realizzazione di prototipi con numerosi vantaggi, primi fra tutti la digitalizzazione con la conseguente possibilità di creare prototipi direttamente da file 3D quindi identici al prodotto finale e la rapidità di realizzazione che ha notevolmente ridotto il time to market. La crescita di queste tecnologie è stata esponenziale nel corso degli ultimi 10 anni, i materiali utilizzati sono diventati sempre più simili a quelli definitivi, le aree di stampa sono aumentate e il livello di dettaglio è sempre più elevato. Si è quindi iniziato a parlare di produzione additiva; tuttavia, non possiamo negare le numerose ed evidenti barriere che hanno e stanno rallentando l’affermarsi di queste tecnologie come valida alternativa alle tecniche di produzione più tradizionali. Eppure, sono indiscusse le opportunità offerte dall’Additive Manufacturing, basti pensare alla possibilità di ridurre i tempi di produzione e di sviluppo di un prodotto, di creare geometrie molto complesse e realizzare più componenti in un’unica stampa, per non dimenticare il tema legato al peso e al consumo di materiale e al livello elevato di personalizzazione che si può raggiungere. Un tema al quale oggi siamo tutti più sensibili è certamente la sostenibilità, pensiamo ad esempio al potenziale azzeramento dei trasporti che grazie alle tecnologie di AM diventa reale delocalizzando completamente la produzione; tutti questi vantaggi opportunamente sfruttati possono realmente diventare strategici per qualsiasi tipologia di impresa. Ma cosa manca per trasformare le opportunità dell’AM in vantaggi concreti per le aziende? A nostro avviso, dichiara il team PUNTOZERO, bisogna dare più importanza e prestare più attenzione allo sviluppo progettuale. Per anni si è cercato di riprodurre in AM componenti progettati per stampi o per pressofusione e il risultato non è stato ottimale, ma
ENGLISH TEXT
3D printing has become a popular topic, but the same cannot be said for design for additive manufacturing. because? Probably these methodologies are still not known, however they are strategic for the success of a project based on additive technologies. Designing specifically for AM makes the difference not only in terms of costs and production times but also for the improvement of performance and for the achievement of other ambitious goals.
WE INNOVATE TO IMPROVE PRODUCTS AND PRODUCTION PROCESSES
In the last 20 years we have witnessed an extraordinary evolution of technology, Additive Manufacturing has marked a turning point in the world of the international manufacturing industry. 3D printing already in the early 2000s has established itself and widespread for the creation of prototypes with numerous advantages, first the digitization with the consequent possibility of creating prototypes directly from 3D files identical to the final product, and the speed of realization that it has the time to market has been significantly reduced.
The growth of these technologies has been exponential over the last 10 years, the materials used have become more and more like the final ones, the print areas have increased, and the level of detail is always higher. We then started talking about additive manufacturing; however, we cannot deny the numerous and evident barriers that these technologies have and are slowing down as a valid alternative to more traditional production techniques. However, the opportunities offered by Additive Manufacturing are undisputed, just think of the possibility of reducing production and development times of a product, of creating very complex geometries and making more components in a single print, not to forget the weight and the consumption of material and the high level of customization that can be achieved. A topic to which we are all more sensitive today is certainly sustainability, think for example of the potential elimination of transport which, thanks to AM technologies, becomes real by completely delocalizing production; all these advantages appropriately exploited can really become strategic for any type of business. But what is missing to transform AM opportunities into concrete benefits for companies? In our opinion, says the PUNTOZERO team, we need to give more importance and pay more attention to project development. For years we have tried to reproduce in AM components designed for molds or for die casting and the result has not been optimal, but by changing the paradigm, starting from a white sheet, and rethinking the components precisely to be produced in additives, ambitious results can be achieved and created components with exclusive functional characteristics.
LATTICE STRUCTURES
The creation of lattice structures and foams allows to
cambiando paradigma, partendo da un foglio bianco e ripensando ai componenti proprio per essere prodotti in additive si possono raggiungere risultati ambiziosi e creare componenti con caratteristiche funzionali esclusive.
Lattice structures
La creazione di strutture lattice e schiume permette di dar vita a nuovi prodotti che consento traspirabilità, alleggerimento, massimizzazione del comfort, ottimizzazione del passaggio dei flussi e tanti altri obiettivi raggiungibili solo grazie ad un uso consapevole del DfAM. Le Strutture Lattice vengono applicate in campi come l’aerospace dagli anni 70; si possono suddividere in vari campi come cellular solids, architected materials, TPMS, metamaterials, ma tutte hanno in comune una ripetibilità nello spazio e un’elevata complessità topologica. Grazie alle tecnologie additive, alle conoscenze ampliate e all’implementazione di nuovi strumenti, le strutture lattice sono oggi tra le metodologie più promettenti per il presente e per il futuro. Questa tecnica è l’unica che permette di portare a un nuovo livello la definizione della geometria progettata. Per ora, questa tecnica si può utilizzare al meglio solo per le tecnologie additive, aprendo la possibilità di lavorare non solo nel macrospace, ma anche nel meso-space 3D.
Casi studio
Qui di seguito mostriamo alcuni casi applicativi in settori eterogenei che grazie a specifiche metodologie di progettazione ci hanno permesso di raggiungere obiettivi straordinari.
Sottopiede Studio Ebi
Stiamo sviluppando uno speciale sottopiede che con l’utilizzo di una specifica scarpa permette di prevenire problematiche legate alle diverse tipologie di piede. Partendo da un design space ben definito abbiamo sviluppato una struttura lattice con caratteristiche molto specifiche che risponde perfettamente alle esigenze del cliente sia in termini funzionali che estetici.
Cooling Plate
La squadra della Formula SAE del Politecnico di Milano ci ha coinvolto nella riprogettazione del cooling plate del loro ultimo prototipo di vettura da gara. Partendo dall’analisi delle criticità del vecchio componente realizzato tramite asportazione di truciolo lo abbiamo riprogettato con l’obiettivo di ottimizzarlo a livello fluidodinamico per minimizzare le zone di rista-
Leveraggio riprogettato con ntopology per la 3D Core di Alvaro Dal Farra
gno e migliorare così lo scambio termico con gli heatplate degli inverter. Il nostro design ispirato alla natura ed in particolare alla struttura superficiale dello squalo ha raggiunto i seguenti obiettivi: • Riduzione Peso • Incremento delle superfici di scambio
Leveraggio
Abbiamo partecipato al restyling della 3D Core di Alvaro Dal Farra concentrandoci sul leveraggio ingegnerizzato per essere prodotto con tecnologie Additive; è iniziato più come un esercizio di stile che come una vera e propria ottimizzazione, ma si è rivelato un progetto molto interessante. Riduzione peso: -51% Incremento rigidezza: +64%
Protesi
Abbiamo sviluppato il concept di una protesi rivoluzionaria, che ha l’ambizione di sostituire la calza in silicone con una struttura in additive intercambiabile, la combinazione dei risultati ottenuti dalle mappe di pressione con le geometrie sviluppate con le nostre tecniche di progettazione ci hanno permesso di creare una struttura con un livello di comfort e di personalizzazione molto elevati.
Formula SAE – Politecnico di Milano all’interno del quale verrà montato il nostro cooling plate ENGLISH TEXT
create new products that facilitate breathability, lightening, maximizing comfort, optimizing the passage of flows and many other objectives that can only be achieved thanks to a conscious use of DfAM. Lattice Structures have been applied in fields such as aerospace since the 1970s; they can be divided into various fields such as cellular solids, architected materials, TPMS, metamaterials, but all have in common a repeatability in space and a high topological complexity. Thanks to additive technologies, expanded knowledge and the implementation of new tools, lattice structures are today among the most promising methodologies for the present and for the future. This technique is the only one that allows you to take the definition of the designed geometry to a new level. For now, this technique can best be used only for additive technologies, opening the possibility of working not only in macro-space, but also in meso-space 3D.
CASE STUDIES
Below we show some application cases in heterogeneous sectors which, thanks to specific design methodologies, have allowed us to achieve extraordinary objectives. Studio Ebi insole We are developing a special insole that using a specific shoe allows to prevent problems related to the different types of foot. Starting from a well-defined design space, we have developed a lattice structure with very specific characteristics that perfectly meets the customer’s needs both in functional and aesthetic terms. Cooling Plate The Formula SAE team from the Politecnico di Milano involved us in the redesign of the cooling plate of their latest racing car prototype. Starting from the analysis of the criticalities of the old component, we have redesigned it with the aim of optimizing it in terms of fluid dynamics to minimize stagnation areas and thus improve the heat exchange with the heat-plates of the inverters. Our design inspired by nature and in particular the surface structure of the shark has achieved the following objectives: - Weight reduction - Increase of exchange surfaces Leverage We participated in the restyling of Alvaro Dal Farra’s 3D Core focusing on the engineered leverage to be produced with Additive technologies; it started out more as an exercise in style than as a real optimization, but it turned out to be a very interesting project. Weight reduction: -51% Stiffness increase: + 64% Prostheses We have developed the concept of a revolutionary prosthesis, which has the ambition to replace the silicone sock with an interchangeable additive structure, the combination of the results obtained from the pressure maps with the geometries developed with our design techniques have allowed us to create a structure with a very high level of comfort and customization.
UNITY IS STRENGTH
The players involved in the 3D printing theme are numerous and the specializations in materials and
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L’unione fa la forza
I player in gioco sul tema Stampa 3D sono numerosi e le specializzazioni in materiali e tecnologie sono sempre più strategiche, ma è altrettanto importante in un contesto come quello attuale unire le forze per raggiungere l’obiettivo e portare l’AM nelle PMI italiane. In un contesto competitivo come quello odierno è fondamentale per ogni azienda innovare prodotti, migliorare processi produttivi e risolvere in modo innovativo problematiche di prodotto o di processo.
Progetto Advanced Socket Design Revolution realizzato in collaborazione con ADDitive Italia e realizzato con la tecnologia MJF HP
technologies are increasingly strategic, but it is equally important in a context such as the current one to join forces to achieve the goal and bring AM to Italian SMEs. In a competitive context like today’s, it is essential for every company to innovate products, improve production processes and solve product or process problems in an innovative way. Therefore 3D printing is not just technology, but a mix of skills, methodologies and fundamental knowledge for the creation of a production workflow that brings together digital and artisanal, prototype and finished product, to achieve optimization not only on the component but on everything. the process, from the creative phase to logistics without waste and with a maximum level of optimization.
Ecco perché la stampa 3D non è solo tecnologia, ma un mix di competenze, metodologie e conoscenze fondamentali alla creazione di un workflow produttivo che mette insieme digitale e artigianale, prototipo e prodotto finito per raggiungere un’ottimizzazione non solo sul componente ma su tutto il processo dalla fase creativa fino alla logistica senza sprechi e con un livello massimo di ottimizzazione.
Un nuovo workflow
L’Additive Manufacturing porta necessariamente ad una distribuzione diversa delle fasi del progetto. L’andamento lineare dello sviluppo di un prodotto con tecnologie tradizionali viene sostituito da un flusso progettuale in parallelo con la produzione. E’ possibile sviluppare un prodotto e passare tramite diverse iterazioni utilizzando, per prototipare, gli stessi materiali e le stesse tecnologie che useremo per la produzione finale.
PUNTOZERO si occupa in modo esclusivo di Design for Additive Manufacturing, progettare per la produzione additiva con obiettivi concreti e misurabili richiede: competenze ingegneristiche specifiche, una profonda conoscenza delle tecnologie AM e una consapevolezza delle reali esigenze delle industrie manifatturiere; non può quindi essere considerata una tematica complementare o opzionale ma fa parte integrante del processo di sviluppo di un prodotto. Quando progettiamo ci lasciamo ispirare dalla natura dalle sue strutture affascinanti perfettamente ottimizzate, in natura ogni forma ha una specifica funzione e lo stesso facciamo noi con le nostre metodologie ingegneristiche perché l’estetica e la bellezza sono soltanto il risultato di un meccanismo che funziona alla perfezione. Solamente bilanciando forma, funzione e materiale possiamo ottenere risultati eccellenti e l’AM in questo ci supporta e ci lascia liberi di emulare la straordinaria efficienza delle strutture naturali, strutture lattice, generative design e computational design trovano nell’AM la massima espressione e fattività concreta.
