BLOG / 14 marzo 2019

Progettare in 3D per Additive Manufacturing

Per sfruttare al meglio i vantaggi di Additive Manufacturing è importante progettare in 3D tenendo in considerazione alcuni parametri fondamentali per la producibilità del prodotto. Per ottimizzare il progetto ci aiutano analisi e simulazione.
Additive Manufacturing (AM), offre una libertà progettuale enorme che se usata sapientemente già nella fase di progettazione 3D, permette di ridurre i costi, eliminare i tempi di assemblaggio, migliorare la funzionalità o l’estetica dei prodotti, sfruttando così tutti i vantaggi offerti dalla fabbricazione additiva.

L’adozione della stampa 3D da parte delle aziende sta crescendo velocemente in quanto esse identificano nella tecnologia additiva un fattore determinante nella messa a punto di strumenti di produzione innovativi. Per sfruttarne al meglio i vantaggi in ottica di costruzione è importante tenere conto già dalla fase di progettazione della tecnologia di produzione, del materiale e dell’applicazione cui è destinato il progetto.


 

Progettare per Additive Manufacturing: cosa significa

La diffusione dei sistemi professionali di stampa 3D sta modificando l’approccio progettuale in funzione della producibilità che grazie all’additive manufacturing può superare i limiti imposti dai metodi di lavorazione tradizionali (manifattura sottrattiva) per ottenere un concreto vantaggio in termini di riduzione dei costi e dei tempi di produzione, di riduzione del peso, di miglioramento della resistenza meccanica e della funzionalità delle parti. Progettare in funzione della stampa 3D permette di ridurre il numero di componenti, semplificando l’assemblaggio e tagliando così i tempi, i costi e i rischi di errore dei processi di post-produzione. La produzione additiva permette, per esempio, di integrare direttamente nella parte cerniere, canali o giunzioni a scatto, evitando che questi componenti debbano essere aggiunti successivamente con ulteriori lavorazioni.

 

Ottimizzazione topologica e Additive Manufacturing: un'alleanza vincente

I vantaggi della produzione additiva si concretizzano nella capacità di modellare i materiali in forme che con le tecniche di produzione tradizionali, come la fusione o l’asportazione di truciolo, sarebbero impossibili da ottenere. La stampa 3D permette quindi di ottenere componenti con una forma estremamente ottimizzata da un punto di vista strutturale.

Nel contesto Additive Manufacturing lo studio della ottimizzazione topologica si rivela vincente in quanto permette di elaborare la forma migliore per il pezzo in funzione delle prestazioni desiderate.

Lo studio topologico durante la fase di progettazione permette di conseguire la riduzione del peso dei componenti in funzione della loro costruzione con la stampa 3D. Pensiamo, per esempio, ad una catena di componenti in movimento: avere masse ridotte può significare operare a velocità più elevate a parità di potenza, oppure ridurre il consumo energetico con pari velocità. La reingegnerizzazione dei componenti può portare a migliorare la marginalità del prodotto, ridurne il costo, aumentare le prestazioni.


 

Che cosa è l’ottimizzazione topologica (TO)

L'ottimizzazione della topologia è un metodo di progettazione meccanica non convenzionale basata sulla simulazione al computer che ottimizza la geometria di un prodotto (o componente) in base a vincoli e obiettivi definiti dall'utente, come il volume di progetto, la tecnologia produttiva, i carichi, le condizioni di funzionamento, che permette di ottenere una forma ottimizzata per il prodotto.

La formulazione convenzionale di Topology Optimization utilizza un metodo ad elementi finiti (FEM) per valutare le prestazioni del progetto. Ha una vasta gamma di applicazioni nell'ingegneria aerospaziale, meccanica, biochimica e civile e viene attualmente utilizzata nel concept di un processo di progettazione e come parte fondamentale del design per la produzione additiva.

Topology Study in SOLIDWORKS

L’ottimizzazione topologica si dimostra uno strumento ideale nella fase concettuale del processo di progettazione e permette di ridurre drasticamente i tempi di molte iterazioni progettuali e, allo stesso tempo, fornisce indicazioni preziose al progettista su come migliorare il design del prodotto. Ad esempio, è possibile massimizzare la resistenza allo sforzo riducendo la massa.

Utilizzando insieme fabbricazione additiva e ottimizzazione topologica è possibile realizzare componenti strutturali e non strutturali dotati di prestazioni ottimali in termini di resistenza, rigidezza e peso, in tempi molto ridotti e con costi minimi. Questa metodologia concentra lo sviluppo del prodotto in gran parte sulla progettazione e sulla ottimizzazione del componente prima di arrivare alla fase di produzione.

Componente modellato con ottimizzazione topologica Live Parts in SOLIDWORKS
 

Progettazione 3D per la produzione additiva

I software per progettare in 3D più evoluti dispongono di moduli di analisi e simulazione che permettono di ottimizzare la topologia di una parte durante la fase di sviluppo del progetto. Tra questi Topology Optimization di SOLIDWORKS Simulation Professional consente di concentrarsi sulla validazione della funzione del progetto. Basato sui parametri di utilizzo reale, sugli obiettivi desiderati, sui vincoli e anche sulle considerazioni della produzione, lo strumento di ottimizzazione topologica di SOLIDWORKS fornisce i risultati necessari per guidare le decisioni relative alla forma dei componenti. Dopo l’elaborazione, SOLIDWORKS crea design ottimizzati in base ai vincoli.

La geometria risultante dalla ottimizzazione della topologia è ideale per la produzione additiva (stampa 3D).

Forma ottenuta con la progettazione generativa di Live Parts in SOLIDWORKS


 

Stampa 3D metallo e progettazione generativa: un passo avanti

Sul fronte della stampa 3D metallo, Desktop Metal, l’azienda produttrice dell’innovativa stampante 3D Studio System, già nel 2018 aveva presentato in anteprima un software sperimentale avanzato, Live Parts ™, disponibile esclusivamente per gli utenti di SOLIDWORKS, che offre un nuovo approccio alla progettazione in funzione della produzione additiva detto progettazione generativa.


Utilizzando Live Parts™ all'interno di SOLIDWORKS, gli utenti definiscono i parametri costituiti da vincoli geometrici e carichi statici o dinamici e quindi esportano questi dati su parti dinamiche.

In pochi minuti, Live Parts™ genera un progetto ottimizzato guidato dai vincoli definiti dall'utente e dalla simulazione avanzata di condizioni di carichi complessi e dinamici.

In qualsiasi momento durante o dopo il processo di generazione del progetto, gli utenti possono salvare il progetto nel suo stato attuale o manipolare i parametri per vedere l'impatto sul progetto in tempo reale.

Il risultato è un design robusto e leggero ottimizzato per la stampa 3D.

  Progettazione generativa con SOLIDWORKS e Live Parts

 

Ottimizzazione topologica e stampa 3D: i vantaggi

Riassumendo. Quali sono i principali vantaggi che si ottengono progettando una parte guidati dallo studio topologico in funzione della produzione additiva?

  • Miglioramento delle caratteristiche meccaniche e fisiche dei componenti
  • Minori costi di produzione e minor utilizzo di materie prime
  • Riduzione del numero di componenti dei sistemi
  • Riduzione dei tempi di assemblaggio
  • Maggiore velocità di produzione
  • Maggiore rapidità di immissione sul mercato dei prodotti

 




 


 

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