Oltre 150 componenti differenti in due o tre giorni per accorciare il passaggio dal CAD al test aerodinamico
PartsToGo sta utilizzando la stereolitografia industriale per ridurre drasticamente il tempo necessario a trasformare una modifica aerodinamica digitale in un componente fisico pronto per essere installato in galleria del vento. Il service tedesco dichiara di poter produrre e completare oltre 150 componenti differenti nell’arco di due o tre giorni, combinando preparazione dei dati CAD, profili di stampa ottimizzati e processi di post-processing organizzati per gestire rapidamente grandi quantità di parti. È un caso nel quale il valore dell’additive manufacturing non deriva tanto dalla possibilità di realizzare una geometria impossibile con tecnologie convenzionali, quanto dalla capacità di aumentare la frequenza con cui un reparto di sviluppo può modificare un progetto, costruirlo, misurarlo e utilizzare i risultati per generare la variante successiva. Nello sviluppo aerodinamico questa velocità è particolarmente importante perché un componente può essere tecnicamente perfetto e diventare comunque poco utile se arriva in galleria del vento quando il progetto è già passato alla configurazione successiva.
Nella galleria del vento il vero prodotto è il ciclo di iterazione
Un normale processo di prototipazione può essere valutato chiedendo quanto costa realizzare un singolo pezzo. Nel motorsport e nello sviluppo aerodinamico il parametro più importante è spesso diverso: quante varianti possono essere testate prima della prossima decisione progettuale? Un team può partire da una geometria CFD, realizzarne una versione fisica, misurare il comportamento in galleria del vento e utilizzare i risultati per correggere nuovamente il modello digitale. Il ciclo diventa quindi:
CAD → produzione → finitura → montaggio → test → dati → nuovo CAD
Se la produzione richiede una settimana, il numero di iterazioni possibili diminuisce. Se richiede uno o due giorni, lo stesso gruppo di progettazione può esplorare molte più direzioni.
È precisamente qui che la stampa 3D diventa uno strumento di sviluppo e non semplicemente un metodo alternativo per costruire componenti.
La Formula 1 è probabilmente l’esempio più estremo di questa logica
I team utilizzano modelli di galleria del vento che, secondo le regole FIA, non possono superare il 60% delle dimensioni della monoposto reale. Non stiamo quindi parlando di piccoli modellini. Una vettura lunga più di cinque metri genera un modello comunque lungo diversi metri, composto da numerosi elementi intercambiabili e ricco di sistemi di misura.
Il regolamento limita inoltre il tempo disponibile per le attività aerodinamiche. Questo significa che non è sufficiente avere una buona galleria del vento: bisogna utilizzare nel modo più efficiente possibile ogni sessione disponibile.
Una parte che arriva in ritardo può consumare una risorsa più preziosa del materiale utilizzato per stamparla:
tempo di sviluppo aerodinamico.
Il modello deve essere modificabile molto rapidamente
Durante una campagna di sviluppo possono cambiare:
- profilo dell’ala;
- endplate;
- fondo;
- diffusore;
- sidepod;
- brake duct;
- piccole appendici aerodinamiche.
Spesso una variazione geometrica apparentemente minima può modificare:
- separazione del flusso;
- vortici;
- distribuzione della pressione;
- interazione tra più superfici.
La geometria deve quindi essere trasformata in hardware con sufficiente rapidità da consentire confronti A/B e serie di configurazioni correlate.
Non serve produrre un componente definitivo destinato alla vettura.
Serve produrre un componente sufficientemente preciso da generare dati aerodinamici affidabili.
È una distinzione fondamentale tra prototipo estetico e modello aerodinamico
Una parte può sembrare visivamente perfetta ma avere una deviazione geometrica sufficiente a modificare il flusso.
Nel wind tunnel modeling contano in particolare:
- profilo;
- bordo d’attacco;
- bordo d’uscita;
- curvatura;
- raccordi;
- posizione rispetto agli altri componenti.
Un piccolo errore su una superficie aerodinamica può diventare più significativo della stessa deviazione su un normale prototipo di design.
Per questo la ripetibilità del processo è importante almeno quanto la velocità.
Se due varianti vengono prodotte con deformazioni differenti, il test potrebbe misurare contemporaneamente:
effetto della modifica progettuale + effetto dell’errore produttivo.
Il dato perderebbe quindi parte del proprio valore.
PartsToGo utilizza la Stratasys Neo800
Una delle piattaforme indicate per queste applicazioni è la Neo800, sistema SLA industriale di grande formato.
Il volume di costruzione nominale è:
800 × 800 × 600 mm
equivalente a circa:
384 litri di volume geometrico utile.
È una dimensione importante perché permette di stampare componenti relativamente grandi senza dividerli in numerose sezioni.
Ogni giunzione evitata può ridurre:
- assembly;
- errori di allineamento;
- stuccatura;
- finishing.
Su una superficie aerodinamica anche una piccola discontinuità tra due parti può richiedere ulteriore lavorazione.
Il dato di ±0,1 mm deve però essere interpretato correttamente
La specifica ufficiale della Neo800 distingue due intervalli.
Per dimensioni inferiori a circa 100 mm, Stratasys indica accuratezza nell’ordine di ±0,1 mm.
Per dimensioni superiori a 100 mm viene invece specificato circa:
±0,15% della dimensione nominale.
Questo significa che non è corretto affermare che una parte lunga 800 mm sia garantita a ±0,1 mm semplicemente perché utilizza la stessa macchina.
Per esempio, lo 0,15% di 800 mm equivale teoricamente a circa:
1,2 mm.
Non significa che ogni parte da 800 mm avrà un errore di 1,2 mm.
Significa che la specifica ufficiale deve essere letta in funzione della dimensione e non trasformata in una tolleranza costante su tutto il build volume.
Accuratezza macchina e accuratezza della parte finale non sono comunque la stessa cosa
Il risultato reale dipende da:
- orientamento;
- materiale;
- post-cure;
- supporti;
- geometria;
- distribuzione delle masse.
Un componente lungo e sottile può comportarsi diversamente da un blocco compatto.
La polimerizzazione finale può inoltre generare piccoli movimenti dimensionali.
Per componenti particolarmente critici il service può quindi utilizzare compensazioni e controlli specifici invece di affidarsi esclusivamente alla specifica nominale della macchina.
La stereolitografia rimane molto interessante per le superfici aerodinamiche
Il processo SLA utilizza un laser UV per polimerizzare selettivamente una resina liquida.
Rispetto a FFF presenta tipicamente:
- layer più fini;
- superfici più uniformi;
- minore evidenza delle linee di deposizione;
- dettaglio superiore.
Questo è particolarmente utile per il wind tunnel testing.
Una superficie molto ruvida può modificare localmente il boundary layer.
Non significa che qualsiasi modello debba avere una superficie perfettamente speculare: la rugosità richiesta dipende dalla scala e dal tipo di test.
Ma un processo capace di produrre pareti relativamente uniformi riduce il lavoro necessario prima dell’utilizzo.
La superficie è importante perché la galleria del vento misura la fisica del flusso, non il CAD
Il CFD lavora sulla geometria matematica.
La galleria del vento lavora sull’oggetto realmente costruito.
Se il CAD contiene un profilo perfetto ma il pezzo fisico presenta:
- waviness;
- gradini;
- support marks;
- giunti;
il flusso vede questi elementi.
Questo rende particolarmente importante il passaggio:
CAD nominale → geometria realmente prodotta.
In applicazioni molto spinte, la parte può anche essere digitalizzata dopo la produzione per verificare che la geometria fisica rientri nelle deviazioni ammesse.
Il Neo800 utilizza un laser UV da 355 nm
La macchina appartiene alla famiglia delle SLA laser-based e utilizza un laser a stato solido da 355 nm.
Il fascio viene controllato dinamicamente e la piattaforma offre differenti modalità destinate a bilanciare:
- dettaglio;
- velocità;
- area.
Il vantaggio di una piattaforma grande non consiste soltanto nel costruire una parte enorme.
Può anche essere utilizzata per riempire il piano con numerosi componenti differenti.
Per una campagna aerodinamica questo può essere ancora più importante.
Centocinquanta componenti non significa necessariamente centocinquanta build separate
La grande area di costruzione permette di nidificare molte geometrie nello stesso job.
La produttività dipende quindi da:
- altezza delle parti;
- area occupata;
- orientamento;
- layer time.
In SLA il tempo di costruzione non cresce necessariamente in modo lineare con il numero di parti.
Aggiungere più elementi sullo stesso layer aumenta il percorso laser, ma può risultare comunque molto più efficiente che avviare decine di build separate.
È una delle ragioni per cui i grandi service investono in piattaforme di grande volume anche quando i singoli componenti sono relativamente piccoli.
Il dato PartsToGo di oltre 150 parti in due o tre giorni è un dato di processo aziendale
Va quindi interpretato nel contesto corretto.
Non significa che qualsiasi cliente possa inviare 150 grandi ali complete e riceverle tutte dopo 48 ore.
La produttività dipende da:
- dimensione;
- geometria;
- quantità di materiale;
- finitura richiesta.
Il numero descrive la capacità dichiarata dal service per campagne caratterizzate da numerosi componenti e varianti.
Il punto significativo è la capacità di coordinare rapidamente l’intera catena.
La stampa rappresenta solo una parte del lead time
Un modello SLA appena estratto dalla macchina non è normalmente pronto per la galleria del vento.
Serve una sequenza che può comprendere:
drain → lavaggio → rimozione supporti → UV post-cure → eventuale trattamento termico → finitura → controllo → assemblaggio.
A seconda dell’applicazione possono aggiungersi:
- verniciatura;
- inserti;
- filettature;
- sensori;
- tubazioni.
Se la stampante impiega dieci ore ma il post-processing ne richiede quaranta, aumentare del 20% la velocità di scansione modifica poco il lead time complessivo.
PartsToGo sottolinea proprio l’importanza dell’automazione e dell’organizzazione del post-processing.
È il concetto di throughput end-to-end
Nella stampa 3D industriale si tende spesso a confrontare macchine utilizzando:
- mm/h;
- cm³/h;
- tempo build.
Per un reparto sviluppo la metrica più utile è però:
tempo CAD-to-part-ready.
Il cronometro parte quando il file viene approvato.
Si ferma quando il componente può essere montato nel test rig.
Tutto ciò che accade nel mezzo contribuisce al costo e al lead time.
Un workflow molto rapido di stampa ma lento di finitura può quindi perdere contro una macchina nominalmente più lenta inserita in una catena più efficiente.
PartsToGo aveva già lavorato sulla riduzione del finishing
Con l’introduzione delle piattaforme Neo, il service aveva già dichiarato una riduzione del tempo di finitura fino al 50% in alcune applicazioni grazie alla qualità superficiale e alla consistenza dei componenti.
Anche questo dato è specifico del workflow aziendale e non una caratteristica garantita per qualsiasi parte.
Ma evidenzia bene perché nel wind tunnel modeling l’SLA continui a essere molto competitivo.
Meno lavoro manuale significa:
- lead time inferiore;
- meno variabilità;
- maggiore ripetibilità tra varianti.
Il materiale chiave è Somos PerFORM
Per molte applicazioni di galleria del vento PartsToGo utilizza Somos PerFORM, fotopolimero SLA caricato con materiale ceramico.
La presenza del filler aumenta fortemente la rigidità rispetto a molte resine SLA standard.
I dati tipici mostrano un modulo elastico nell’ordine di:
circa 10 GPa.
È un valore molto superiore a quello di molti fotopolimeri convenzionali.
Per una superficie aerodinamica questa rigidità è importante perché il pezzo deve mantenere la propria geometria sotto il carico del flusso.
Una geometria precisa che si deforma durante il test non è più precisa
Questo è uno dei problemi principali dei modelli in scala.
Una piccola ala molto sottile può essere prodotta esattamente secondo CAD, ma se durante il test:
- flette;
- torce;
- vibra;
la galleria sta misurando una geometria differente.
La rigidezza del materiale diventa quindi un parametro aerodinamico indiretto.
Il componente deve essere sufficientemente rigido perché la pressione dell’aria non modifichi in modo significativo la forma.
È proprio per questo che il filler ceramico è utile
Le particelle riducono la natura puramente polimerica del materiale e aumentano:
- modulo;
- stabilità;
- risposta termica.
Il risultato rimane un materiale fotopolimerico e non diventa naturalmente una ceramica strutturale nel senso tradizionale.
La matrice è sempre una resina.
Ma il comportamento è molto più vicino a quello richiesto per:
- tooling;
- modelli;
- fixture rigide.
La famosa resistenza di circa 270 °C va spiegata meglio
Somos PerFORM viene spesso presentato come materiale capace di resistere a temperature intorno ai 260-270 °C.
La scheda tecnica indica una Heat Deflection Temperature di circa 268 °C a 0,46 MPa dopo post-cura termica.
Ma lo stesso materiale presenta valori differenti quando cambiano:
- post-cura;
- carico;
- test.
Per esempio, alla pressione superiore prevista dalla prova HDT a 1,81 MPa, la temperatura dichiarata è molto inferiore.
Quindi:
268 °C ≠ temperatura continua universale di esercizio.
È un risultato di una specifica prova standardizzata.
Per un wind tunnel model conta più la stabilità nelle condizioni reali di test
La maggior parte delle gallerie del vento Formula 1 non espone il modello a 270 °C.
Il vantaggio della buona stabilità termica può essere invece:
- minore deformazione durante il post-cure;
- maggiore stabilità dimensionale;
- possibilità di lavorare in applicazioni di test più severe.
L’HDT molto elevata è quindi un indicatore interessante del materiale, ma non è necessariamente la caratteristica più importante nella galleria del vento.
Rigidezza e geometria possono essere ancora più rilevanti.
Somos PerFORM ha anche un basso coefficiente di espansione rispetto a molte resine
Il filler ceramico riduce parte dei cambiamenti dimensionali associati alla temperatura.
Questo può essere utile per mantenere la geometria stabile dopo post-processing e durante differenti condizioni ambientali.
Ancora una volta, il problema è la ripetibilità.
Un team deve sapere che la variante B differisce dalla variante A perché è stata modificata intenzionalmente nel CAD e non perché ha subito una diversa deformazione dopo la stampa.
Le strutture interne sono uno dei vantaggi meno evidenti ma più importanti
I modelli di galleria del vento non sono semplicemente sculture della carrozzeria.
Devono contenere sensori e sistemi di misura.
Per esempio, sulla superficie possono essere realizzati piccoli pressure tap collegati tramite condotti interni a trasduttori di pressione.
L’additive manufacturing permette di costruire parte di questi canali direttamente all’interno del componente.
PartsToGo indica la possibilità di integrare condotti con diametri nell’ordine di circa un millimetro.
Questo può ridurre drasticamente:
- foratura;
- tubazioni esterne;
- assemblaggio.
Un canale interno da un millimetro non è però una feature banale
In una resina SLA può essere necessario garantire che:
- il canale venga realmente formato;
- la resina liquida possa essere rimossa;
- non restino ostruzioni;
- la sezione rimanga sufficientemente costante.
Un lungo canale curvo da 1 mm può essere molto più difficile da pulire rispetto a un semplice foro verticale.
La possibilità geometrica non equivale quindi automaticamente a una feature produttivamente robusta per qualsiasi percorso.
Il design deve considerare:
- lunghezza;
- orientamento;
- curve;
- accesso.
Il pressure tap deve inoltre avere un comportamento fluidodinamico corretto
Un sistema di misura della pressione non è soltanto un foro.
La lunghezza e il diametro del tubo possono influenzare:
- risposta dinamica;
- risonanza;
- smorzamento.
Se lo scopo è misurare pressioni variabili rapidamente, la geometria del condotto può diventare parte del sistema di misura.
L’additive manufacturing permette di creare geometrie complesse, ma non elimina la necessità di progettare correttamente il sistema pneumatico.
La stampa può anche integrare passaggi impossibili da forare
Una punta convenzionale genera essenzialmente un foro rettilineo.
Un canale stampato può:
- curvare;
- aggirare un inserto;
- raggiungere una superficie da una direzione non accessibile.
È lo stesso vantaggio che rende interessanti i conformal cooling channels negli stampi.
Qui però la funzione non è raffreddare.
È trasportare il segnale di pressione.
In alcuni casi il CAD può quindi essere ottimizzato contemporaneamente per aerodinamica e sensoristica
Con tecnologie tradizionali l’ingegnere potrebbe dover modificare la forma per lasciare spazio a:
- tubi;
- forature;
- raccordi.
Con la produzione additiva può essere più facile incorporare questi elementi senza modificare significativamente l’esterno.
È una forma di functional integration.
Il componente non rappresenta soltanto la geometria da testare.
Contiene anche parte dell’infrastruttura necessaria a misurarla.
La scala al 60% non mantiene automaticamente tutta la fisica della vettura reale
Qui emerge uno dei problemi fondamentali dei test in galleria del vento.
Riducendo la dimensione del modello cambia il numero di Reynolds, che dipende da:
- densità;
- velocità;
- lunghezza caratteristica;
- viscosità.
Se la lunghezza diminuisce, per mantenere esattamente lo stesso Reynolds sarebbe necessario modificare altre variabili.
Ma il regolamento FIA limita anche la velocità dell’aria nei test ristretti.
Il comportamento del modello non è quindi una copia perfetta della vettura 1:1.
Serve correlazione tra:
- CFD;
- galleria del vento;
- pista.
Una parte molto precisa aiuta proprio questa correlazione
Se il team conosce bene la geometria fisica utilizzata nel tunnel, può confrontarla meglio con il modello CFD.
Se la produzione introduce deviazioni sconosciute, diventa più difficile determinare se una differenza nei dati derivi da:
- limiti del CFD;
- modello fisico;
- strumentazione.
La qualità della produzione diventa quindi una parte della qualità sperimentale.
La superficie deve essere controllata anche in relazione allo strato limite
In aerodinamica, la rugosità può influenzare la transizione da flusso laminare a turbolento.
Nel caso di Formula 1 il flusso è estremamente complesso e molte regioni sono già dominate da fenomeni turbolenti e vorticosi.
Ciò non significa che la finitura sia irrilevante.
Una differenza sistematica nella texture tra due parti può modificare localmente il comportamento.
Per questo la standardizzazione del finishing è importante almeno quanto ottenere una superficie visivamente bella.
Una parte levigata manualmente può introdurre un altro tipo di variabilità
Se un operatore rimuove troppo materiale dal bordo di un’ala, il profilo cambia.
Un processo di finitura aggressivo può quindi migliorare la rugosità ma peggiorare l’accuratezza geometrica.
È uno dei motivi per cui una buona qualità superficiale direttamente dalla macchina è utile.
Meno materiale deve essere rimosso manualmente.
Meno si rischia di modificare la geometria.
La resina PerFORM è piuttosto diversa dalle normali resine “model”
Il filler ceramico produce elevata rigidezza ma comporta anche un materiale più fragile e meno deformabile rispetto a molte resine ABS-like.
La scheda tecnica riporta elongation at break intorno all’1%.
Questo significa che non è progettato per piegarsi molto prima della rottura.
In un wind tunnel model questo può essere perfettamente accettabile perché il requisito principale è mantenere la forma.
In un componente destinato a urti o snap-fit sarebbe invece un comportamento poco desiderabile.
Il materiale giusto dipende quindi dal tipo di componente
PartsToGo utilizza anche altre resine Somos, tra cui WaterShed, per applicazioni nelle quali servono caratteristiche differenti.
Non tutto il modello di galleria del vento deve necessariamente essere realizzato con PerFORM.
Un componente può richiedere:
- trasparenza;
- toughness;
- rigidezza;
- temperatura.
Un service dotato di una piattaforma SLA aperta può scegliere il materiale in funzione della funzione specifica.
È un vantaggio rispetto a considerare “SLA” come un unico materiale.
La Neo800 è infatti una piattaforma a resina aperta a 355 nm
Questo consente di utilizzare differenti materiali commerciali compatibili con la tecnologia.
Per un service è particolarmente importante perché la stessa macchina può essere destinata a:
- prototipi visuali;
- parti trasparenti;
- tooling;
- modelli rigidi.
Aumenta quindi il livello di saturazione possibile dell’investimento.
Una macchina dedicata esclusivamente al motorsport avrebbe un mercato molto più limitato.
PartsToGo non nasce come reparto Formula 1
È un service provider che lavora con differenti settori e utilizza le stesse infrastrutture produttive per molte applicazioni.
Questo è importante perché la notizia non indica che PartsToGo stia necessariamente producendo componenti per uno specifico team di Formula 1.
Il motorsport viene presentato come uno degli esempi più rappresentativi del tipo di esigenza:
molte parti precise, moltissima velocità di iterazione.
Non bisogna quindi trasformare automaticamente il case study in una partnership con un team non identificato.
La Formula 1 utilizza comunque additive manufacturing da decenni
I modelli di galleria del vento sono stati una delle prime applicazioni importanti della stereolitografia nel motorsport.
La ragione è abbastanza evidente.
Un’ala sperimentale può avere:
- valore informativo elevato;
- vita operativa brevissima.
Potrebbe essere utilizzata per poche ore e poi sostituita da una nuova variante.
Creare tooling tradizionale per ogni iterazione avrebbe poco senso.
La stampa 3D elimina questa barriera.
Il pezzo può essere “usa e impara”, non necessariamente “usa e conserva”
Questo cambia completamente il modo di valutare il costo.
In produzione seriale si cerca di ammortizzare tooling e processo su migliaia di componenti.
In R&D il valore del componente deriva dai dati che produce.
Una parte da 500 euro che permette di scoprire rapidamente che una soluzione aerodinamica non funziona può generare un risparmio molto superiore evitando settimane di sviluppo nella direzione sbagliata.
Il prototipo viene quindi valutato come strumento informativo.
Il costo del fallimento diventa molto basso
Con produzione tradizionale può esistere una naturale resistenza a testare una soluzione molto radicale perché realizzare il prototipo costa troppo.
Con additive manufacturing il progettista può permettersi di testare:
- geometria conservativa;
- variante intermedia;
- soluzione estrema.
Questo aumenta la quantità di design space esplorabile.
È uno dei vantaggi più importanti ma meno facilmente quantificabili della prototipazione rapida.
La stampa 3D non elimina comunque il CNC dal processo di sviluppo
Alcuni elementi possono richiedere:
- inserti metallici;
- alberi;
- superfici di accoppiamento;
- componenti strutturali.
Il CNC rimane superiore quando servono:
- tolleranze molto strette;
- metalli;
- superfici meccaniche;
- elevate rigidezze locali.
Il modello finale può quindi essere un assemblaggio di componenti:
SLA + CNC + compositi + metallo.
L’additive manufacturing viene utilizzato dove offre il maggior vantaggio.
Il confronto corretto non è quindi “stampa 3D contro CNC”
Una parte complessa e cava con numerosi canali può essere ottima per SLA.
Una semplice piastra di alluminio può essere molto più razionale da fresare.
Il miglior workflow di sviluppo utilizza entrambi.
L’obiettivo non è massimizzare il numero di pezzi stampati.
È minimizzare il tempo:
idea → dato sperimentale utile.
Anche la suddivisione di una parte può essere una scelta intenzionale
Il grande volume della Neo800 permette di evitare molte giunzioni, ma non significa che ogni componente debba essere stampato in un unico pezzo.
Una geometria può essere deliberatamente separata per:
- cambiare rapidamente un elemento;
- ridurre il tempo di stampa;
- utilizzare materiali differenti;
- semplificare pulizia dei canali.
Nel wind tunnel modeling la modularità può essere un vantaggio.
Un team può sostituire soltanto il flap invece dell’intera ala.
Il design for additive deve quindi considerare anche il design for experimentation.
È una differenza interessante rispetto alla produzione finale
Nel prodotto definitivo la riduzione del numero di parti viene spesso considerata un vantaggio.
Nel prototipo sperimentale può essere vero il contrario.
Più modularità può significare:
- cambi più veloci;
- meno parti ristampate;
- maggiore numero di configurazioni.
Un buon modello per test non deve necessariamente imitare l’architettura produttiva della vettura finale.
Deve essere ottimizzato per generare dati.
Anche il colore e le proprietà ottiche possono diventare importanti
Alcuni wind tunnel test utilizzano tecniche come:
- Particle Image Velocimetry;
- laser sheet;
- flow visualization.
Per queste applicazioni il comportamento ottico della superficie può influire sulla qualità della misura.
Stratasys offre anche una variante Somos PerFORM Reflect, sviluppata proprio per ridurre il lavoro aggiuntivo richiesto nelle applicazioni PIV.
È un esempio interessante di come il materiale possa essere progettato non soltanto per le proprietà meccaniche, ma per il sistema di misura utilizzato.
Un materiale che riduce il post-processing può aumentare direttamente il numero di iterazioni
Se un normale modello richiede:
- stampa;
- levigatura;
- coating ottico;
e un materiale specifico elimina uno di questi passaggi, il vantaggio non è soltanto una riduzione di costo.
La parte entra prima in galleria.
Nel motorsport questo può essere il valore più importante.
La produttività additiva dipende quindi anche dallo sviluppo di materiali progettati per applicazioni molto specifiche.
La stampa 3D diventa una componente della metodologia sperimentale
Questo è probabilmente l’aspetto più interessante dell’applicazione PartsToGo.
La tecnologia non viene utilizzata perché “è moderna”.
Viene utilizzata perché permette di cambiare il modo con cui vengono condotti gli esperimenti.
Se un team può produrre cinque varianti nello stesso tempo in cui prima ne produceva una, può progettare diversamente la campagna di test.
Invece di scegliere in anticipo una sola soluzione promettente può confrontare un’intera famiglia di geometrie.
Più iterazioni non significano automaticamente migliore sviluppo
Esiste naturalmente un limite.
Produrre cento configurazioni senza una buona ipotesi ingegneristica può generare semplicemente una montagna di dati.
Il valore nasce dall’integrazione tra:
- CFD;
- design;
- manufacturing;
- test;
- analisi.
La stampa 3D aumenta la capacità di generare campioni fisici.
Non sostituisce la metodologia con cui decidere quali campioni siano utili.
L’obiettivo è ridurre il costo temporale dell’esperimento fisico
Il CFD permette di valutare migliaia di configurazioni virtualmente.
La galleria del vento rimane però importante perché introduce:
- fisica reale;
- ground effect;
- tyre interaction;
- flow structures.
Il ruolo ideale dell’additive manufacturing è rendere il passaggio dal mondo virtuale al mondo fisico abbastanza rapido da mantenere i due ambienti strettamente collegati.
Un ciclo di settimane crea distanza.
Un ciclo di giorni permette feedback continuo.
Questo vale molto oltre la Formula 1
Lo stesso principio può essere applicato a:
- automotive;
- aerospace;
- UAV;
- turbine;
- ventilazione;
- treni;
- ciclismo.
Qualsiasi settore nel quale l’aerodinamica venga sviluppata attraverso modelli fisici può beneficiare di un processo rapido e ripetibile.
La Formula 1 è semplicemente l’esempio nel quale il valore del tempo è più evidente.
Anche piccoli produttori possono oggi accedere a qualità che un tempo richiedeva reparti interni specializzati
Un service come PartsToGo permette a un’azienda di utilizzare:
- grande SLA;
- materiali specialistici;
- post-processing;
- competenze;
senza acquistare direttamente la macchina.
È particolarmente interessante quando il fabbisogno è intermittente.
Un’azienda può avere bisogno di 100 componenti durante una campagna di test e quasi nessuno nel mese successivo.
Esternalizzare permette di trasformare una parte del costo fisso in costo di progetto.
Per il service il problema opposto è mantenere la capacità sempre occupata
Da qui deriva l’importanza di servire più settori.
La stessa Neo800 può lavorare oggi su componenti aerodinamici e domani su:
- master pattern;
- tooling;
- housing;
- prototipi.
La flessibilità dei materiali e del volume di costruzione aiuta a mantenere elevata l’utilizzazione della macchina.
È una logica economica differente da quella di un reparto Formula 1 dedicato.
Il dato dei due o tre giorni comprende quindi molto più della velocità del laser
È questo il punto centrale del caso PartsToGo.
Per raggiungere un lead time simile servono:
- ricezione e verifica file;
- preparazione;
- scheduling;
- stampa;
- pulizia;
- cura;
- finitura;
- controllo;
- spedizione.
La prestazione è quella dell’intero sistema produttivo.
Una Neo800 installata in un ambiente con processi manuali poco organizzati non produrrebbe automaticamente lo stesso risultato.
L’automazione del post-processing diventa sempre più importante proprio quando cresce il throughput
Stampare una singola parte è relativamente facile da gestire manualmente.
Stampare 150 componenti differenti crea un problema logistico:
- quale parte appartiene a quale ordine?
- quale post-cura richiede?
- quale finitura?
- quale controllo?
Aumentare la capacità della macchina senza aumentare parallelamente quella downstream crea semplicemente una coda dopo la stampante.
È lo stesso problema che sta emergendo nella produzione metal AM.
La tracciabilità diventa indispensabile
Quando molte varianti sono geometricamente molto simili, confonderne due può compromettere l’intero test.
Una variante dell’ala può differire da un’altra di pochi millimetri o addirittura meno.
Il workflow deve quindi collegare in modo affidabile:
CAD → job → parte fisica → configurazione di test.
Questo è un problema di digital manufacturing almeno quanto di stampa.
La misurazione può diventare parte del ciclo automatico
In un workflow più avanzato è possibile immaginare:
- stampa;
- scansione 3D;
- confronto automatico con CAD;
- accettazione o scarto.
Non significa che PartsToGo abbia dichiarato di utilizzare necessariamente questo workflow su ogni componente.
Ma è una direzione naturale quando la precisione geometrica ha un impatto diretto sulla validità del test.
La produzione rapida diventa realmente utile soltanto se la qualità può essere verificata altrettanto rapidamente.
Una tolleranza geometrica non racconta comunque tutta la qualità aerodinamica
Due parti possono rientrare entrambe nella stessa tolleranza e presentare:
- diversa waviness;
- diverso bordo;
- diversa rugosità.
Per questo una parte aerodinamica può richiedere parametri di controllo differenti da quelli utilizzati per un normale componente meccanico.
Il profilo locale può contare più della dimensione globale.
L’additive manufacturing rende anche più semplice creare geometrie volutamente sperimentali
Una superficie può includere:
- piccoli generatori di vortice;
- curvature non convenzionali;
- microfeature.
Con tooling tradizionale ogni deviazione dal design precedente può avere un costo significativo.
Con SLA la penalizzazione associata alla complessità geometrica è spesso molto inferiore.
Il designer può quindi testare ipotesi che altrimenti potrebbero essere scartate troppo presto per ragioni produttive.
Ma una geometria stampabile non è automaticamente una geometria misurabile
Una feature molto sottile può:
- deformarsi;
- rompersi;
- essere difficile da controllare.
La progettazione del modello deve quindi considerare contemporaneamente:
- aerodinamica;
- produzione;
- montaggio;
- misura.
Un piccolo elemento può essere perfetto dal punto di vista CFD e inutilizzabile fisicamente.
È uno dei motivi per cui il dialogo tra service e reparto engineering è importante.
La produzione additiva riduce il tempo tra ipotesi e falsificazione
Da un punto di vista scientifico questo è probabilmente il beneficio più profondo.
Un ingegnere formula:
“questa modifica dovrebbe migliorare il flusso in questa zona.”
La stampa rapida permette di trasformare l’ipotesi in un oggetto.
La galleria la mette alla prova.
Se il risultato è negativo, il team può tornare immediatamente al CAD.
La velocità non serve quindi soltanto a confermare più idee.
Serve a scartare più rapidamente quelle sbagliate.
È proprio questo che rende molto preziose 150 parti prodotte in pochi giorni
Il valore non è il numero in sé.
Non serve celebrare la capacità di produrre grandi quantità di resina.
Il punto è che quelle parti possono rappresentare:
- differenti profili;
- differenti raccordi;
- differenti configurazioni.
Ogni componente diventa un esperimento fisico.
Aumentare il throughput significa aumentare il numero di domande che il reparto di sviluppo può porre al mondo reale.
La nuova Neo800+ spinge ulteriormente nella stessa direzione
Stratasys ha nel frattempo evoluto la piattaforma con la Neo800+, mantenendo il volume 800 × 800 × 600 mm ma introducendo miglioramenti su velocità, gestione termica e controllo del fascio.
Per applicazioni come il wind tunnel modeling questo mostra chiaramente dove sta andando lo sviluppo SLA industriale:
non soltanto parti migliori, ma parti precise prodotte più velocemente e con minore variabilità.
È una metrica completamente coerente con le esigenze del motorsport.
Ma il vantaggio della macchina rimane inutile senza il materiale giusto
Una stampante molto precisa utilizzata con una resina troppo flessibile produrrebbe comunque un modello inadatto.
Una resina estremamente rigida stampata con un processo poco ripetibile avrebbe lo stesso problema.
Il risultato dipende dalla combinazione:
macchina + materiale + parametri + post-processing.
Questo è particolarmente evidente con Somos PerFORM.
Le prestazioni elevate dichiarate nella scheda tecnica dipendono anche dal tipo di post-cura.
Non basta selezionare il nome della resina nello slicer.
Anche la post-cura diventa quindi parte del processo qualificato
Tempo, temperatura e UV exposure possono modificare:
- modulo;
- resistenza;
- Tg;
- HDT.
Due parti stampate nello stesso modo ma curate in maniera differente possono quindi avere proprietà diverse.
Per un’applicazione sperimentale ripetibile il post-processing deve essere standardizzato.
È un esempio di perché SLA industriale sia molto più di:
laser + vasca di resina.
Il caso PartsToGo mostra una maturità interessante dell’additive manufacturing
La notizia non riguarda una nuova tecnologia spettacolare.
La stereolitografia esiste dagli anni Ottanta.
I modelli di galleria del vento vengono stampati da molto tempo.
La vera evoluzione è il livello di integrazione e throughput raggiunto.
L’obiettivo non è più chiedere:
“possiamo stampare un’ala?”
La risposta a questa domanda è nota da decenni.
La domanda industriale è:
“possiamo ricevere decine o centinaia di componenti differenti, tutti sufficientemente precisi e finiti, nel tempo necessario a mantenere vivo un ciclo di sviluppo di pochi giorni?”
È una sfida completamente differente.
La stampa 3D diventa così una tecnologia per comprimere il tempo di sviluppo
Il risparmio di materiale può essere utile.
L’assenza di tooling può essere utile.
La libertà geometrica è importante.
Ma nel caso della galleria del vento il vantaggio dominante è probabilmente il tempo.
Più rapidamente il team passa:
dal CAD alla misura
più rapidamente può imparare.
E più rapidamente può imparare, più opzioni può esplorare prima che il progetto venga congelato.
È questo il vero significato della produzione additiva ad alta iterazione.
PartsToGo dichiara di riuscire a completare più di 150 componenti differenti in due o tre giorni; la Neo800 fornisce il volume e la qualità superficiale necessari, mentre Somos PerFORM aggiunge la rigidità richiesta da modelli aerodinamici dimensionalmente stabili. I canali interni stampabili permettono inoltre di integrare parte della sensoristica direttamente nelle geometrie.
Nessuno di questi elementi, preso singolarmente, rappresenta una rivoluzione.
La loro integrazione in un workflow rapido e ripetibile, invece, può modificare profondamente la produttività di un reparto R&D.
Ed è proprio nelle applicazioni come Formula 1 e motorsport, dove una nuova geometria può diventare obsoleta nel giro di giorni, che emerge uno dei vantaggi più concreti della stampa 3D industriale: non produrre semplicemente il prototipo più velocemente, ma permettere all’ingegneria di pensare, testare e correggere più velocemente.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI).
