La migliore combinazione per la prototipazione ? La stampa 3d insiemo ai Lego

La stampa 3D è diventata una forza nella produzione di prodotti on-demand e un catalizzatore per la creazione di molti diversi oggetti funzionali, la tecnologia è stata creata per consentire agli ingegneri di creare prototipi rapidi, alcuni dei quali sono più perfetti di altri. In ” Accelerare la prototipazione dei prodotti con metodi ibridi: Accoppiamento della stampa 3D e LEGO “, gli autori David Mathias, Chris Snider, Ben Hicks e Charlie Ranscomb adottano un approccio modulare alla fabbricazione e alla prototipazione.

Per questo progetto, gli autori hanno progettato sei diverse forme 3D con un “continuum di dimensioni ipotetiche dei mattoni”. E anche se è difficile non pensare a LEGOS senza essere ispirati solo per il fattore creativo e creativo associato ai mattoni colorati, i ricercatori qui erano seri nello studio dei vantaggi di tale collaborazione materiale e tecnologica, ottenendo un’incredibile riduzione dei tempi di fabbricazione di fino al 45 percento, con “riconfigurabilità del 57 percento all’ottimo”. Trailing anche, sono tutti i classici vantaggi della stampa 3D: velocità di produzione, accessibilità, risparmio di costi dei materiali e rapido sviluppo.

“Il prototipo è una parte essenziale del processo di sviluppo del prodotto ed è ampiamente accettato che l’aumento della prototipazione, sia fisica che virtuale, porti a prodotti migliori”, affermano gli autori nel loro studio.

Descrivono i vantaggi della prototipazione come segue:

Esplorazione completa di uno spazio di progettazione
Opportunità per risolvere problemi di progettazione
Supplementazione dei modelli mentali dei designer
Scoperta di fenomeni inaspettati
Offrendo oggetti di confine per la comunicazione
Il “trade off” tra tempo e qualità del lavoro in prototipazione è discusso a lungo, ma gli autori ci ricordano anche un altro vantaggio in questo tipo di produzione, dal momento che i progettisti possono interagire con i loro progetti in modo più fisico, “progettando a mano”.

A parte le strutture stampate in 3D, altri materiali usati spesso nella prototipazione sono la schiuma, il cartone e l’argilla, che possono essere uno sforzo di alta fedeltà. Gli autori ci ricordano che non importa in che forma prende il prototipo, se i materiali sono facili da usare e la tecnica favorisce la convenienza, si possono fare più iterazioni nel tentativo di creare un prodotto finale.

I vantaggi dell’aggiunta dei blocchi LEGO al quoziente di stampa 3D includono:

Modellazione semplice
Non sono richieste precauzioni per la salute o la sicurezza
A parte i materiali ovvi, non sono necessari altri strumenti
“Unire la stampa 3D a basso costo e LEGO® introduce un livello di fedeltà irraggiungibile da LEGO® da solo mantenendo la flessibilità e la riconfigurabilità di un kit di costruzione. Offre una rapida ideazione e modifica con un prototipo fisico per evitare di rompere gli studi degli utenti o gli episodi creativi “, hanno affermato gli autori.

La simulazione al computer è stata utilizzata per valutare la fattibilità del progetto, e quindi è stata messa in azione la stampa 3D di un controller video per uno studio di caso destinato a dimostrare ulteriormente i vantaggi di tale accoppiamento per la costruzione di prototipi. Tipiche forme primitive sono state scelte per i campioni, sotto forma di:

Questi primitivi consistevano in:

Cubo
Cilindro
Cono
Sfera
tetraedro
Triangular Prism

“Il volume degli oggetti è stato variato su un intervallo di 1 × 10 3 -8 × 10 3 mm 3 . Questi volumi sono stati utilizzati come sono entro i limiti della fattibilità per la maggior parte delle stampanti 3D a basso costo disponibili sul mercato, come Ultimaker 3 (9.42 × 10 3 mm 3 ( Ultimaker, 2018 )) e Makerbot Replicator + (9.45 × 10 3 mm 3 ( MakerBot Industries, 2018 )). “

“Le simulazioni sono state fatte 50 volte su questo intervallo di volume. Questo è stato poi ripetuto per ciascuna delle forme dell’oggetto e ciascuna delle dimensioni del mattone. “

Le dimensioni dei mattoni sono state descritte come segue:

“La dimensione iniziale del mattoncino era LEGO con dimensioni di 8 × 8 × 3,2 mm. Per queste simulazioni, è possibile utilizzare un pool di mattoncini standard per ridurre il numero totale di mattoni (vedere la Sezione 3.3.2 ). Mattoni più piccoli e più grandi sono stati considerati entrambi i lati della LEGO, questi includono NANO (4 × 4 × 3,2 mm) e DUPLO (16 × 16 × 19,2 mm). L’uso di diverse dimensioni di mattone offre diversi livelli di fedeltà, con l’aspettativa che i mattoncini più piccoli consentiranno una migliore approssimazione di geometrie più complesse. “

I ricercatori hanno notato differenze sostanziali nel tempo di stampa 3D per i tre set di mattoni, con i mattoncini NANO che offrono tempi più lenti, i LEGO che offrono il “miglior miglioramento dei tempi di fabbricazione” ei mattoncini DUPLO che peggiorano le prestazioni rispetto ai mattoncini LEGO. La riutilizzabilità (la quantità di materiali che possono essere trasferiti in un’altra esperienza di progettazione di prototipi) è stata la scelta migliore per i mattoncini NANO; la cosa peggiore per DUPLO, lasciando agli autori la possibilità di usare mattoni di dimensioni ridotte sarebbe la cosa migliore per gli utenti che hanno in mente la riusabilità.

Nel complesso, tuttavia, la dinamica modulare significa maggiore facilità per gli utenti in quanto vi è una notevole libertà di essere in grado di apportare fisicamente modifiche ai progetti. Sia che stiano inserendo o rimuovendo LEGOS o rifinendo i componenti stampati in 3D, la prototipazione può essere migliorata su numerosi livelli, offrendo opportunità di progettazione più estese collegando il processo concettuale a quello di effettiva, vera costruzione fisica.

“Questo approccio alla creazione di prototipi similari di prodotti guidati dall’utente dipende dalla forma. Di conseguenza, potrebbero esserci approcci migliori che utilizzano diversi metodi di prototipazione per ridurre i tempi ei costi di fabbricazione per progetti particolari “, hanno concluso i ricercatori.

“È necessario un ulteriore lavoro per realizzare gli aspetti pratici della produzione di prototipi utilizzando questo approccio ibrido , tra cui l’ottimizzazione del layout dei mattoni per la resistenza delle parti e la facilità di costruzione e la generazione di pezzi di superficie stampabili 3D che si attaccano ai mattoncini LEGO. Poiché il prototipo risultante è modulare, dovrebbe essere costruito in modo tale da poter essere abbastanza forte da resistere all’interazione tra designer e utente senza cadere a pezzi, pur essendo abbastanza facile da smantellare o riconfigurare. “

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