La simulazione plastica

Autodesk Moldflow il software per la simulazione plastica

La progettazione è il cuore pulsante dell’innovazione: abbraccia la produzione simulata in ogni minimo dettaglio, mirando a un prodotto della migliore qualità, ottenuto al minor costo e nel minor tempo possibili.

Oggi è necessario progettare sin dalla fase di concept un prodotto configurabile, ingegnerizzato in ogni dettaglio: dall’analisi del comportamento durante lo stampaggio dei materiali più innovativi (i compositi), alla stesura di un layout 3D per simulare il ciclo produttivo e individuare così strategie di lean manufacturing. Questo approccio – spiega Giuseppe Donanzan, Chief Executive Officer di Prisma Tech – è cruciale nell’ottica dell’industria 4.0. Aziende di primo piano come BTicino, uno dei nostri clienti, ne dimostrano l’efficacia. Inoltre, in tema di ottimizzazione produttiva non si può trascurare il ruolo del design generativo e dell’additive manufacturing. Questi permettono di creare forme molto funzionali non producibili con tecnologie tradizionali.

Dal Concept alla Lean Manufacturing

Prisma Tech – prosegue Donanzan – nasce nel 2004 per la distribuzione del software CAD 3D Inventor di Autodesk, con la creazione di una divisione commerciale affiancata dal solido team del personale tecnico acquisito come ramo d’Azienda dal Gruppo Prisma. Ad Inventor abbiamo da subito associato come prodotto PDM il software tedesco Compass, poi acquisito da Autodesk nel 2016.
La nostra specializzazione nell’industrial machinery, ovvero nel design 3D e nella gestione PDM/PLM, si è ampliata ulteriormente con l’aggiunta nel nostro portafoglio prodotti di Autodesk Alias.
Questo è il software più diffuso nei centri stile auto e nelle aziende di prodotti consumer di alto profilo estetico, come i brand di elettrodomestici De Longhi, Electrolux ed altri.
In parallelo abbiamo scelto di proporre un supporto indispensabile alla progettazione, siglando una partnership con Stratasys per commercializzare le sue soluzioni di Stampa 3D, oggi evolute in strumenti di additive manufacturing per la realizzazione di: prototipi, prodotti, attrezzature e stampi. L’area del making si è affiancata al design nel 2009 con Autodesk Moldflow , il prodotto best-in-class nell’ambito nella simulazione dello stampaggio di materie plastiche, e oggi, la nostra proposta all’avanguardia è Netfabb: la recente soluzione di Autodesk per l’ottimizzazione delle lavorazioni di additive manufacturing.

Una ricca casistica di materiali e tecnologie

Moldflow – sottolinea Michele Segato, Simulation Application Engineer – è sostanzialmente una pressa virtuale: permette di anticipare e risolvere problematiche di processo che in fase di set-up stampo comporterebbero costosi ritardi produttivi o non potrebbero più essere evitate.

Il software è compatibile con qualsiasi formato CAD e supporta la simulazione dello stampaggio a iniezione in tutte le sue varianti tecnologiche: dallo svuotamento gas al sistema MuCell, dall’inietto-compressione allo stampaggio con tecnologia di termoregolazione heat and cool. Nato per lo stampaggio a iniezione dei termoplastici, gestisce anche i materiali termoindurenti, gomme, siliconi e materiali compositi. Con l’integrazione in Moldflow di Helius PFA, software specializzato nella simulazione di materiali rinforzati con fibra continua di carbonio per il mercato aerospaziale e navale è possibile effettuare un’analisi strutturale tenendo conto delle reali proprietà del polimero caricato, valutando stress residui da stampaggio, orientamento della fibra e resistenza delle linee di giunzione.
Le analisi non lineari elaborate con i software Nastran In-Cad, Ansys o Abaqus, scelti secondo i diversi settori di applicazione, simulano risultati molto vicini alla realtà fino a prevedere la rottura di una parte o di un prodotto, riducendo il numero di prototipi e abbreviando il tempo delle modiche necessarie nella messa a punto di un progetto. La simulazione aiuta inoltre a scegliere la tecnologia ottimale in funzione del componente, valutando la possibilità di soluzioni innovative.

La stampa 3D

Il mondo additivo è sempre più vicino allo stampaggio tradizionale perché i suoi costi si stanno riducendo, osserva Donanzan. Ai nostri clienti proponiamo soprattutto le Design Series di Stratasys, macchine da prototipazione per verifiche funzionali ed estetiche che lavorano con materiali simili all’ABS.

Con i sistemi Connex è possibile realizzare stampi con materiali particolari, mentre i modelli Fortus hanno aree di costruzione importanti per produrre in un unico pezzo componenti di dimensioni notevoli come, per esempio, il telaio di una bicicletta. È in arrivo anche la tecnologia additiva a metallo di Stratasys. Gli inserti con canali conformati, realizzati con additive manufacturing, sono molto diffusi in una certa tipologia di stampi. Per piccoli lotti e campionature di pezzi, da produrre con il materiale definitivo, è conveniente l’impiego di uno stampo additivo. Ma la grossa novità nell’additivo è rappresentata da un software di ottimizzazione e preparazione dei prototipi per la stampa 3D: Autodesk Netfabb. Con questa tecnologia è possibile calibrare gli spessori e progettare le strutture portanti di un prodotto in funzione dei carichi meccanici svuotandolo del materiale non necessario e risparmiando sui costi: è il caso applicativo di un cliente che ha realizzato pinze per la manipolazione di componenti auto. Inoltre, il software simula la stampa 3D di particolari metallici, individuando possibili difettosità, deformazioni e stress residui.

Comprendere e gestire il design generativo

All’interno di Fusion 360, la piattaforma cloud di Autodesk per la modellazione 3D, la scelta della strategia produttiva è guidata dall’ottimizzazione sulla base dei vincoli di design intrinseci al componente e alla sua funzionalità. La necessità di resistere a carichi applicati in punti precisi detta spessori e strutture e di conseguenza determina l’opportunità di produrre il pezzo tramite stampaggio a iniezione, con tecnologia additiva o sottrattiva.

Il contributo del design generativo – spiega Riccardo Moi, Simulation Sales Specialist – che manifesta al meglio le chance dell’additive manufacturing (ricco di analogie con la formazione degli organismi viventi) sarà presto integrato nei software di progettazione e sarà accolto dai progettisti come un nuovo paradigma che prevede tempi di elaborazione e schemi mentali necessariamente diversi da quelli standard. Il progetto Dream Catcher di Autodesk si basa sull’ottimizzazione delle forme guidate dall’analisi FEM ma anche su un’intelligenza artificiale elaborata sulle forme naturali e che dunque attinge a tutte le tecnologie di design per delineare il processo produttivo ottimale. I software di progettazione, ormai maturi nella capacità di realizzare oggetti con estetica di alto profilo, saranno presto in grado di indicare anche la strategia più efficace per produrli.

Preparare il futuro

Il business model scelto da Autodesk – conclude Donanzan – propone prodotti tramite un canone di abbonamento anziché con licenze perpetue. In questo modo, il cliente che acquista la licenza base della Product Design Collection e può disporre, accanto agli strumenti di modellazione 3D, di una soluzione di simulazione come Nastran che tutti possono imparare a utilizzare per anticipare la simulazione sin dalle prime fasi della progettazione, migliorando la qualità del prodotto e la velocità del processo. Il tema dell’industria 4.0 è un’opportunità preziosa per le aziende italiane, forti nella realizzazione di prodotti personalizzati e accurati sul piano della manifattura, che possono mantenere questa specializzazione e sostenere la concorrenza internazionale, pianificando molto bene la progettazione per conciliare qualità elevata e time-to-market competitivo.
Una parte importante della nostra attività è dedicata alla formazione dei giovani designer sui temi della simulazione e del generative design. Collaboriamo con diverse Università del Paese per preparare personale qualificato e promuovere l’innovazione. Un progetto di cui siamo particolarmente orgogliosi è quello in corso con l’Università di Padova. All’interno della quale troviamo un laboratorio specializzato in processi di micro stampaggio delle materie plastiche che sta per essere completato con l’additive manufacturing. Abbiamo già installato 5 macchine per stampa 3D e stiamo sperimentando lo stampaggio a iniezione di materiale definitivo per piccoli lotti produttivi condotto con stampi additivi, in tecnologia Polyjet.