Corso di Stampa 3D: 9 – Applicazioni e Prototipazione Rapida

9 – Applicazioni e Prototipazione Rapida

La stampa 3D non è solo una tecnologia di produzione: è un ponte diretto tra idea e realtà.
La prototipazione rapida consente di testare forme, funzioni e prestazioni senza dover ricorrere a costosi stampi o lavorazioni tradizionali.

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1) Prototipi funzionali e pezzi personalizzati

• Prototipi funzionali: non solo estetici, ma capaci di resistere a carichi reali.
  Esempio: un supporto per sensore in ABS che deve reggere 2 kg.

  $$\sigma =\frac{F}{A}=\frac{20N}{0.0005m^2}=40kPa$$

  → Se il materiale ha resistenza a trazione di 40 MPa, il fattore di sicurezza è altissimo ($S = 1000$).

• Personalizzazione: ogni pezzo può essere unico senza costi aggiuntivi.
  → In ortopedia: tutori e protesi su misura.
  → In elettronica: custodie disegnate attorno al circuito stampato reale.

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2) Campi di applicazione

🏎️ Modellismo e design

• Modelli in scala (auto, architettura, miniature da gioco).

• Vantaggio: geometrie complesse a basso costo.

• Tecniche: stampa SLA per dettagli fini; FDM per pezzi grandi.

🏥 Medicina

• Biocompatibilità: resine speciali certificate ISO 10993.

• Protesi, guide chirurgiche, modelli anatomici.

• Formula semplificata per scalare un modello TAC in 3D:

  $$k=\frac{L_{stampa}}{L_{originale}}$$

  → utile per ridurre/ingrandire organi mantenendo proporzioni corrette.

⚙️ Ingegneria

• Prototipi per test aerodinamici (gallerie del vento).

• Parti strutturali alleggerite con reticoli lattice.

• FEM + stampa → validazione rapida.

🎨 Arte e design

• Lampade parametriche, sculture organiche, arredi su misura.

• Integrazione con software generativi (Grasshopper, Blender).

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3) Integrazione con elettronica e meccanica

La stampa 3D trova la sua forza quando incontra Arduino, Raspberry Pi e servomotori.

• Custodie funzionali: disegnate attorno a PCB, con attacchi snap-fit.

• Componenti meccatronici: leve, giunti e alloggiamenti per servomotori.

• Robotica educativa: bracci robotici stampati in PLA + servo SG90.

👉 Calcolo semplificato per scegliere un servomotore:

$$\tau =F\cdot d$$

dove:

• $\tau$ = coppia richiesta (N·m),

• $F$ = forza sul braccio,

• $d$ = distanza dal perno.

Esempio: se un braccio deve sollevare 0.5 kg a 5 cm →

$$\tau$$

Un microservo SG90 (0.25 N·m) è al limite → meglio un MG996R (1 N·m).

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4) Attività pratica (120 min)

Obiettivo: progettare un prototipo funzionale e interattivo.

1. Scelta applicazione:

   • Custodia per sensore Arduino con LED RGB.

   • Braccetto robotico stampato in PLA.

   • Mini lampada touch con base personalizzata.

2. Modellazione CAD:

   • Disegno parametricamente l’alloggiamento (Fusion 360).

   • Inserisco tolleranze per viti o incastri:

     $$\mathrm{\Delta }=d_{foro}-d_{vite}\approx 0.2mm$$

3. Stampa 3D:

   • FDM per struttura.

   • SLA per pulsanti o parti trasparenti.

4. Assemblaggio:

   • Inserimento Arduino/servo.

   • Test del funzionamento interattivo.

5. Analisi qualità:

   • Resistenza → prova di carico.

   • Ergonomia → adattamento all’utente.

   • Iterazione → modifiche al CAD in base ai risultati.

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Conclusioni

• La prototipazione rapida è un acceleratore di innovazione: dall’idea al prodotto in ore.

• Permette di testare, correggere, personalizzare.

• L’unione tra stampa 3D, elettronica e meccanica apre scenari in robotica, medicina e design interattivo.