Cos'è lo sviluppo di prodotti 3D? Guida alla produzione moderna

La maggior parte dei prodotti nasce come un'idea finalizzata a risolvere un problema o a soddisfare un'esigenza ancora non soddisfatta. In questa fase iniziale dello sviluppo del prodotto, i team di ingegneria e di prodotto analizzano la domanda di mercato, il feedback dei clienti, le lacune rispetto alla concorrenza e la fattibilità tecnica, al fine di comprendere appieno il problema in tutte le sue sfaccettature. L'obiettivo è determinare se l'idea proposta può risolvere il problema o soddisfare le esigenze non soddisfatte e diventare un prodotto completamente funzionale che può essere progettato, prodotto e venduto in modo economicamente vantaggioso entro il budget e le tempistiche richiesti. 

In genere, questo si traduce in un documento sui requisiti del prodotto che definisce le prestazioni del prodotto e le dimensioni di destinazione, i vincoli dei materiali e altri requisiti di progettazione. Questo documento diventa il riferimento operativo per le decisioni che seguono, consentendo ai team di rimanere allineati man mano che il prodotto passa dal concept alla progettazione, alla convalida e alla produzione.

Una volta definiti i requisiti dei prodotti, i team iniziano a trasformare i requisiti in possibili progetti. Gli ingegneri possono creare modelli concettuali 3D iniziali per confrontare modi diversi di risolvere il problema. In questa fase i modelli proposti non sono definitivi: vengono utilizzati per studiare la forma, le dimensioni, le relazioni tra i componenti e il comportamento meccanico di base prima di passare a un progetto dettagliato.
Ogni concept viene quindi valutato in base ai requisiti originali. I team confrontano le prestazioni potenziali, le opzioni dei materiali, il costo stimato, la producibilità e la fattibilità complessiva. L'obiettivo è selezionare uno o due concept validi e, infine, procedere con quello che verrà progettato e sviluppato in modo completo.

Dopo aver selezionato un concept, il progetto viene sviluppato in dettaglio nel CAD 3D. Gli ingegneri creano i modelli accurati delle parti e degli assemblaggi con quote, tolleranze, materiali e intenti di progettazione definiti. Per intento progettuale si intende il ragionamento ingegneristico che sta dietro un prodotto: come deve funzionare, come le sue parti sono correlate tra loro e come dovrebbe comportarsi quando vengono apportate modifiche al progetto. I singoli componenti vengono uniti in un modello digitale completo del prodotto, consentendo ai team addetti allo sviluppo di verificare gli accoppiamenti, le distanze, i movimenti e le potenziali interferenze prima che venga avviata qualsiasi attività produttiva.

Questa fase è fondamentale perché stabilisce la definizione del prodotto che costituisce la base per le successive attività di sviluppo. I modelli 3D dettagliati, i disegni 2D, le distinte dei materiali e le specifiche tecniche supportano la simulazione, la prototipazione, la creazione degli strumenti, l'approvvigionamento e la produzione. Quando i dati CAD sono accurati e completi, i team addetti allo sviluppo dei prodotti riducono le rilavorazioni, controllano i costi e accompagnano il prodotto verso la produzione in modo più fluido e affidabile.

Un prototipo virtuale è la versione digitale di un prodotto fisico. Prima di creare un prototipo fisico, i team di progettazione possono testare il modello 3D tramite la simulazione in un ambiente virtuale. Il software di simulazione utilizza metodi numerici per modellare le condizioni fisiche reali, quali i carichi strutturali, il trasferimento termico, il flusso dei fluidi, le vibrazioni e le forze di impatto, aiutando i team a valutare il comportamento previsto di un progetto prima dell'avvio dei test fisici. Gli ingegneri possono individuare e correggere le aree critiche, verificando se il prodotto soddisfa i requisiti prestazionali prima che vengano realizzati i componenti.

Invece di rilevare eventuali problemi dopo l'avvio della creazione degli strumenti, fabbricazione o produzione, i team possono apportare modifiche in ambiente digitale, quando il modello 3D è ancora facilmente modificabile. Questa fase svolge un ruolo importante nel miglioramento della sicurezza, della durabilità, della qualità e della conformità normativa dei prodotti, contribuendo al contempo a prevenire costosi errori di produzione.  

Esaminiamo brevemente un'azienda che sta raccogliendo i vantaggi dello sviluppo dei prodotti 3D.