Il fast prototyping permette di verificare la funzionalità di un oggetto prima del suo lancio sul mercato e della sua produzione. Grazie alle tecniche di stampa 3D i prototipi si possono realizzare in tempi molto rapidi e senza grandi investimenti

Prima di lanciarsi nella produzione di un oggetto, è indispensabile testarne la funzionalità e l’apprezzamento da parte dei potenziali clienti. Per questo esistono i prototipi e il fast prototyping o rapid prototyping. I quali, insieme ad altre modalità più strettamente legate al marketing, come il minimum viable product, permettono di limitare i rischi legati all’introduzione sul mercato di un nuovo prodotto. Il fast prototyping consente infatti di identificare tempestivamente problemi e limitazioni, favorendo l’innovazione attraverso l’esplorazione rapida di diverse soluzioni e approcci. Vediamo in cosa consiste il fast prototyping, come funziona e perché usarlo.

Cosa si intende per prototipazione rapida?

Per capire cos’è il fast prototyping, bisogna partire dal concetto di prototipo. In base alla definizione della Treccani, il prototipo è il “primo esemplare, modello originale di una serie di realizzazioni successive, costruito, per lo più artigianalmente, nella sua grandezza normale e suscettibile di collaudi e perfezionamenti, su cui è basata poi la costruzione in serie”. La prototipazione rapida, o fast prototyping, rappresenta l’insieme delle tecniche industriali utilizzate per realizzare concretamente il prototipo. I tempi di realizzazione, come indica il termine, sono rapidi, grazie all’utilizzo di software pensati proprio per questo scopo.

Il prototipo si progetta a partire da una definizione matematica tridimensionale dell’oggetto (CAD). Per la sua costruzione materiale si utilizzano materiali e tecniche differenti: un tempo questo processo era affidato agli artigiani, oggi ai modellisti, professionisti dal background tecnico e informatico. Questo cambiamento ha permesso di accorciare molto i tempi e i costi del fast prototyping.

Ci sono differenti metodi di prototipazione rapida. I principali sono software di prototipazione come Sketch, Figma, Adobe XD, che consentono di creare rapidamente mockup interattivi delle interfacce utente, e la Stampa 3D. Si possono utilizzare anche software di simulazione virtuale per testare il comportamento di sistemi complessi prima di costruire un prototipo fisico.

A cosa serve un prototipo?

Per quanto precisa, la progettazione di un prodotto, di qualunque cosa si tratti, non potrà mai essere completamente esente da rischi, limiti, punti deboli. L’errore, anche se piccolo, è sempre dietro l’angolo, ed è normale che sia così. Per questo vengono realizzati i prototipi. Prove pratiche, in sostanza. Il prototipo permette di testare e verificare se il design funziona come previsto e di migliorarlo in base ai feedback ricevuti. Infatti, può anche capitare che un prodotto funzioni alla perfezione, ma che sia sfuggito qualche dettaglio che lo rende migliore o che risponde a bisogni non intercettati. Inoltre, il prototipo serve a comunicare le idee e i concetti di design ai team interni, ai partner e agli investitori, nonché a presentare il prodotto ai potenziali clienti e raccogliere pre-ordini o fondi.

Esistono diversi tipi di prototipi, a bassa e alta fedeltà. Possiamo dire che anche schizzi e modelli di carta sono forme basilari di prototipi. I modelli 3D sono invece rappresentazioni dettagliate e realistiche del prodotto, spesso realizzate con software di modellazione.

Cosa significa prototipazione nel design thinking?

Fast prototyping e Design thinking sono due concetti strettamente correlati. Fanno infatti parte dello stesso processo. Nello specifico, il Design thinking rappresenta la fase iniziale del processo creativo. Il fast prototyping è il passo successivo, che consente di concretizzare le idee nate nella prima fase, calandole in un contesto specifico. Questo percorso permette di arrivare alla realizzazione vera e propria di un nuovo prodotto con una buona conoscenza del suo funzionamento e della sua efficacia.

Il fast prototyping parte dall’analisi del contesto e dall’ideazione del prototipo. Si prosegue poi con la progettazione dell’interfaccia e la creazione del primo prototipo digitale, seguito dalla verifica dell’idea e della sua implementazione tramite un test utente. In base al riscontro ottenuto, si procede con l’interazione successiva.

Fast prototyping e stampa 3D

Il fast prototyping si può mettere in atto utilizzando tecniche tradizionali da asportazione, come la fresatura o la tornitura. Tuttavia, oggi si utilizza molto più frequentemente la stampa 3D. La stampa additiva, infatti, permette di risparmiare tempo e denaro, essendo molto veloce e utilizzando materiali poco costosi come i polimeri e i derivati della plastica. Allo stesso tempo, consente di realizzare prototipi con caratteristiche molto vicine a quelle del prodotto finale, individuando e correggendo eventuali errori nel progetto. Le modifiche si possono applicare direttamente sul modello CAD 3D, implementandole nella stampa 3D.

Il legame tra fast prototyping e stampa 3D risale allo sviluppo del formato file STL. A metà degli anni ‘80, Charles Hull, l’inventore della stereolitografia, riuscì a creare un formato file in cui i modelli 3D erano rappresentati attraverso triangoli di diverse dimensioni, in modo da avvicinarsi il più possibile alla superficie dell’oggetto progettato. Il formato STL oggi rappresenta uno dei formati standard della stampa 3D. In seguito, dalla prima prototipatrice di Hull, si sono sviluppate molte altre tecniche con caratteristiche meccaniche sempre più vicine alla produzione di serie.

Le fasi della prototipazione rapida

La prototipazione rapida funziona attraverso quattro fasi principali:

• Creazione del file STL (fase preliminare di in cui il file STL viene generato e verificato)
• Gestione del file STL (controllo del fine attraverso software dedicati)
• Costruzione del prototipo layer by layer (strato dopo strato)
• Post trattamenti (operazioni manuali per togliere l’oggetto dalla macchina).

Selective Laser Sintering

La sinterizzazione laser, chiamata anche SLS (Sinterizzazione Laser Selettiva), è una delle tecniche più utilizzate. Essa utilizza polveri o termoplastiche e funziona tramite un laser che sinterizza i materiali utilizzati per la costruzione del prototipo. Si stende uno strato sottile di polvere e il laser procede alla sinterizzazione. La tavola si abbassa, si crea un secondo strato di polvere e il processo si ripete. Alla fine l’oggetto deve essere liberato dalla polvere in eccesso.

Modellazione a deposizione fusa (FDM)

La modellazione a deposizione fusa (Fused Deposition Modeling, FDM o Fused Filament Fabrication, FFF) si basa sull’utilizzo di fili di materiale termoplastico, che viene posto su un vassoio da una testina che si muove lungo tre assi (x, y, z). Si tratta di un processo completamente automatico, al termine del quale il prototipo è pronto senza la necessità di ulteriori trattamenti.