Università di Brescia – Dipartimento di Ingegneria Meccanica
Tecnologie e Sistemi di Lavorazione
Le tecnologie di oggi e di domani
Ing. Luca Giorleo
Evento 3D Printing – CSMT – 17 Luglio 2014
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Introduzione
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Tecnologie e Sistemi di Lavorazione
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
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Agenda
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- introduzione al concetto di prototipo
- la prototipazione rapida e le tecniche di oggi
- uno sguardo al futuro
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IL CONCETTO DI PROTOTIPO
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Il concetto di Prototipo
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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
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Il concetto di Prototipo
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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
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Il concetto di Prototipo
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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)
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.
Prototipo di un motore per auto per verifiche di
ingombro e di assemblaggio
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Il concetto di Prototipo
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
ginocchio)
piccole
serie
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(protesi
Esempio di singolo componente
(protesi dentale)
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Il concetto di Prototipo
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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.
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LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
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La prototipazione rapida
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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).
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La prototipazione rapida
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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
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3D Printing
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La prototipazione rapida
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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
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Le fasi del processo di RP
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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.
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Le tecniche di RP
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Uno sguardo al futuro
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Uno sguardo al futuro ….
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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.
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Stampanti 3D x il fai da te
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Rep Rap – 630 €
MTM Snap – 450 €
Fab@home – 1100 €
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Cube Pro - 2.500 €
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Food
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Le applicazioni future (prossime non remote) comprenderanno non solo
applicazioni industriali ma un utilizzo delle stampanti 3D (professionali)
sotto diverse applicazioni quali:
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Customized food
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Bio printing (tissue)
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Scientists at the Wake Forest Institute for
Regenerative Medicine have developed tissue
aimed at replicating the outer ear using
bioprinting.
Cross-section
of
multi-cellular
bioprinted human liver tissue, stained
with hematoxylin & eosin (H&E).
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Chemistry (drug fabrication)
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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.
what Apple did for music, I’d like
to do for the discovery and
distribution of prescription drug
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Building
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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.
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Aerospace (NASA)
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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.
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Moda
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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.
… e tanto altro ancora
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Grazie per l’attenzione
Ing. Luca Giorleo, Ph.D.
--------------------------------------------------------------------------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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