Dalla prototipazione alla produzione di massa

Per ridurre al minimo i tempi di sviluppo di nuovi prodotti, Geberit International AG realizza numerosi prototipi utilizzando la stampa 3D. Dal 2016 l’azienda svizzera utilizza Sintratec S1 per l’ottimizzazione del design e la verifica dei materiali nel suo laboratorio di prototipazione.

di Giovanni Sensini

Il Gruppo Geberit, ai vertici del mercato in Europa nei prodotti sanitari, gestisce 29 stabilimenti di produzione in oltre 50 paesi. Prima che il Gruppo rilasci un nuovo prodotto per il lancio sul mercato, deve soddisfare una varietà di requisiti. Presso la sede centrale del Gruppo a Rapperswil-Jona, in Svizzera, tutti i prototipi sono testati per qualità, funzionalità, design e facilità di montaggio. Gli ingegneri di sviluppo dei vari reparti beneficiano del moderno laboratorio di prototipazione che permette loro di implementare le idee in breve tempo. Prima della produzione in serie (ad esempio, stampaggio ad iniezione), ogni componente subisce diverse modifiche di design. Nel laboratorio di prototipazione di Geberit sono disponibili un numero considerevole di dispositivi professionali con una vasta gamma di processi di stampa 3D.
Ogni anno sono stampate un totale di circa 16.000 parti – con SLS, FDM, SLA, 3DP o MJF.

Soluzioni speciali per spazi ristretti
Uno degli ultimi progetti sviluppati da Geberit era una guaina flessibile di un angolo di connessione di una valvola da installare in spazi ristretti. Roger Baggenstos, Ingegnere di Sviluppo della divisione Piping Systems di Geberit, sviluppa soluzioni speciali come questa: “I sistemi di alimentazione sono isolati in modo che il minor calore possibile sia irradiato dal tubo dell’acqua calda al tubo dell’acqua fredda – in questo modo l’acqua calda rimane calda e l’acqua fredda rimane fredda. Questo è necessario anche per soddisfare i requisiti normativi. Per l’angolo di connessione della valvola, ad esempio, utilizziamo il polipropilene espanso, EPP in breve”. La plastica espansa è elastica e meccanicamente resistente allo stesso tempo. I requisiti di igiene generalmente influenzano la progettazione delle linee di fornitura idrica. Oggi queste sono progettate per ridurre il più possibile la distanza del tubo dall’acqua stagnante.
In passato, ad esempio, un tubo separato portava al lavandino, uno al bagno e uno alla doccia, mentre oggi la linea continua direttamente da un’installazione all’altra.

Prototipi funzionali immediatamente disponibili
Ma torniamo alla guaina in EPP. Geberit utilizza la sinterizzazione laser selettiva (SLS) per produrre prototipi funzionali con proprietà in gran parte simili al componente così sofisticato. Il rivestimento è stato stampato con il materiale flessibile Sintratec TPE sulla stampante desktop SLS Sintratec S1 (distribuita nel nostro Paese da cmf marelli) e immediatamente testato in una situazione reale. Così, Roger Baggenstos e il suo team sono stati in grado di verificare se l’idea di prodotto fosse realizzabile. E così è stato: le due parti della guaina possono essere spostate attorno all’angolo di connessione del raccordo senza alcun ostacolo e fissate su di esso tramite il necessario meccanismo a scatto.
Hugo Arnold, Responsabile del laboratorio di prototipazione di Geberit, ripercorre il progetto: “I prototipi prodotti con altri processi di stampa 3D non hanno mostrato la flessibilità e la resistenza meccanica richieste. La decisione di fabbricare i componenti su Sintratec S1, tuttavia, dipendeva da altri fattori”. È interessante notare come i grandi sistemi SLS si sono rivelati poco pratici per il progetto a causa dei loro complessi processi di cambio materiale: “Su Sintratec S1, grazie ad un’area di stampa piccola, posso eseguire immediatamente una stampa di prova con relativamente poca polvere”, continua Arnold. “Stampare pezzi singoli piccoli su grandi sistemi SLS non è pratico”.

La stampa 3D ha in gran parte sostituito i metodi convenzionali
Che i sistemi SLS come Sintratec S1 creino vantaggi competitivi è confermato anche da Roger Baggenstos, che per lo sviluppo di questo progetto aveva a disposizione poco tempo: “Apprezziamo la possibilità di implementare velocemente i componenti di prova. Con il prototipo stampato in mano, possiamo immediatamente valutare la sua funzionalità insieme al nostro partner di produzione”. Con il resistente PA12 di Sintratec, Geberit stampa oggetti come alloggiamenti per l’acqua, distributori o provini in grado di resistere a una pressione fino a 48 bar. Geberit utilizza il materiale flessibile Sintratec TPE per le guarnizioni su modelli illustrativi, parti di isolamento acustico (per il disaccoppiamento del rumore dell’acqua) o parti di isolamento termico. Per soddisfare la curiosità evolutiva degli ingegneri e del personale di laboratorio, anche i test con materiali differenti vengono eseguiti con Sintratec S1. Hugo Arnold commenta: “Per tali applicazioni di ricerca, valutiamo da dieci a venti parametri al giorno”.

Più immaginazione e riduzione del time-to-market
Geberit aveva già acquistato la prima stampante 3D nel 2005. Mentre torni e fresatrici erano ancora la maggioranza nel laboratorio di prototipazione in quel momento, le stampanti 3D oggi predominano. La sinterizzazione laser selettiva è una delle tecnologie più comunemente utilizzate. Roger Baggenstos riassume: “Grazie all’SLS, possiamo generare idee più velocemente nella fase di sviluppo del prodotto. Provare gli oggetti stampati in 3D stimola la nostra immaginazione e ci consente di ottimizzare rapidamente i progetti e quindi di ridurre significativamente il time-to-market”.