L'uso del disegno tecnico oggi e i vantaggi offerti
"Nel tempo una vite ed una trasmissione di potenza non sono mai cambiate. In compenso è cambiato il modo di disegnare e quotare queste forme ed oggetti dai primi CAD a quelli più evoluti per arrivare ai 3D di nuova generazione. Al giorno d'oggi il trovare disegni fatti ancora a china con il rapidograph e con il tecnigrafo, molti ancora con il tratto inconfondibile della 'mano libera', è oramai raro (i disegni fatti a mano, anche se diventati preziosi, sono ormai superati da alcuni decenni) […] " 1
II disegno tecnico permette, tramite un assieme convenzionale di linee, di numeri, di simboli e di indicazioni scritte, i fornire delle informazioni sulla funzione, sulla forma, sulle dimensioni, sulla lavorazione e sul materiale relativi a un determinato oggetto, che potrà quindi essere costruito anche senza necessità di contatto tra chi lo ha ideato e chi lo deve fabbricare.
Rappresenta cioè il modo di realizzare un modello di supporto per una riflessione conoscitiva e di conseguenza è il fondamento dell'azione del progettare. Sotto questo aspetto, il disegno di progetto è un elaborato grafico che, nella sua fase esecutiva, serve a definire e vagliare le ipotesi costruttive e di utilizzo del prodotto. Una volta esaurita la sua funzione primaria nella fase di modellazione dell'oggetto esso viene poi usato per fornire le istruzioni necessarie per la sua costruzione, costituendo uno strumento insostituibile per integrare le diverse fasi del processo produttivo (figura 1). 2
Il disegno tecnico risulta quindi un linguaggio universale, come spesso ripetono i testi, ma in un universo limitato, nei confini, relativamente ristretti, degli "addetti ai lavori", cioè dei tecnici che hanno convenuto di usare tale metodo di comunicazione e l'hanno codificato.
Nelle sue applicazioni tecniche richiede di poter tracciare con precisione linee e curve, di costruire figure geometriche e ha perciò con la geometria uno stretto rapporto, tenuto conto che la geometria classica prevede appunto l'uso di riga e compasso, per risolvere i problemi, procedendo quindi per via grafica.
L'assonometria consente la rappresentazione di un corpo tridimensionale, per mezzo di un'unica proiezione, e dà una visione spaziale completa, abbastanza simile alle configurazioni percepite dall' occhio umano (specie per oggetti abbastanza piccoli). Le assonometrie trovano applicazione nel campo tecnico perché, pur soddisfacendo le esigenze visive meno della prospettiva, sono di più facile esecuzione e permettono anche una descrizione dimensionale accettabile (figura 2). 3
Il ruolo fondamentale di ciò che comunemente è chiamato CAD (Computer Aided Design) è quello di definire la geometria dell'oggetto della progettazione. A questo scopo si utilizzano sistemi 2D (Computer Aided Drafting) e sistemi per la modellazione geometrica.
I primi sono essenzialmente strumenti per il disegno tecnico e consentono di definire la geometria solida ricorrendo ai tradizionali schemi di rappresentazione basati sulle proiezioni ortogonali.
I sistemi per la modellazione geometrica definiscono geometrie solide secondo schemi di rappresentazione di tipo numerico. La disponibilità della descrizione geometrica tridimensionale in forma esplicita consente l'integrazione del sistema CAD con altre funzioni utili al processo di progettazione a cui nella nota si fa un breve cenno. 4
Si rimanda alla pagina di approfondimento per la classificazione degli strumenti CAD e le tipologie di modellazione.
La modellazione
Per la corretta modellazione di un componente in ambito CAD, a prescindere dal tipo di modellatore, sono necessari i seguenti elementi:
- Geometrie, ovvero l'insieme di coordinate dei punti, curve, spline, rette
- Vincoli che definiscano in modo sufficiente, non ridondante e non contradditorio i vari elementi costituenti la geometria del modello.
Nei moderni CAD tridimensionali si distinguono sostanzialmente i seguenti ambienti di lavoro:
Ambiente di sketching: dove si definiscono le geometrie di base per la costruzione delle features (figura 3).
Ambiente di modellazione solida o di superficie: dove vengono applicate le features di modellazione per la realizzazione del particolare.
Ambiente di assieme: in cui i diversi particolari precedentemente modellati vengono "assemblati" tra di loro tramite regole di accoppiamento per costituire un modello più complesso.
Ambiente di messa in tavola.
Nonostante le molteplici applicazioni con cui sono utilizzabili i modelli solidi virtuali non si può fare a meno del classico disegno tecnico "cartaceo".
Per questo motivo tutti i CAD 3D attuali sono muniti degli strumenti necessari per l'esecuzione semiautomatica delle tavole 2D quotate a partire dal modello solido realizzato.
Introduzione a SolidWorks
La progettazione meccanica è l'obiettivo principale del programma che può essere definito come modellatore solido, parametrico, associativo, basato su features 5.
SolidWorks è un sistema di modellazione tridimensionale feature-based, cioè un sistema che propone la modellazione di solidi attraverso entità di forma denominate features, che definiscono le entità di tipo tecnologico e funzionale dei componenti meccanici. E' uno strumento semplice ed immediato per la progettazione tridimensionale parametrica e coniuga i vantaggi offerti dalla tecnologia hardware attuale con le tecniche di sviluppo software 3D (figura 4).
Nell'ambiente assembly è anche possibile visualizzare un assieme in varie configurazioni "esplose" per visualizzare i singoli elementi o per comprendere problemi di montaggio (figura 5).
Come tutti i sistemi di questa categoria, anche SolidWorks affianca alla "nativa" rappresentazione 3D la più tradizionale rappresentazione 2D del disegno tecnico. Il disegno bidimensionale, in passato creato faticosamente linea per linea, viene ora ottenuto automaticamente attraverso la cosiddetta operazione di messa in tavola (figura 6).
Un'altra possibilità offerta dal software è la gestione delle configurazioni (figura 7). Questo concetto è un aspetto importante dell'architettura di SolidWorks e riguarda le parti, gli assiemi e i disegni nonché le loro interazioni. Le configurazioni multiple semplificano il riutilizzo e l'iterazione di una progettazione, creando diverse varianti di un modello di parte o assieme all'interno di un unico documento (ad esempio per rappresentare le fasi di lavorazione di un pezzo dal grezzo al finito).
Le scelte aziendali della TM srl
Dopo il completamento delle capacità tecnologiche sul campo della carpenteria leggera, con l'ausilio nell'anno 2006 del taglio ad acqua, la ditta TM SOMMAGGIO srl nel 2013 ha ritenuto necessario munirsi di un supporto alla progettazione 3D con modellazione solida, per verificare e risolvere in un primo momento le problematiche di sviluppo di strutture di carpenteria. Con alcuni clienti la modellazione tridimensionale ha portato alcuni vantaggi:
- Diminuzione dei costi di campionature per verifica sia del montaggio di particolari verificabili solo con opportune sezioni.
- Diminuzione dei tempi di realizzazione del prodotto. Col tridimensionale si sono eliminate dispendiose e onerose fasi di prototipazione partendo da un primo modello fino ad arrivare direttamente al prodotto finito, studiato nei minimi dettagli dal punto di vista del montaggio e smontaggio.
- Raggiungimento degli obiettivi di estetica e di qualità chiesti dal cliente in maniera più razionale e mirata.
- Strutture studiate e verificate con un modello 3D dal punto di vista degli sforzi applicati, scegliendo opportunamente i materiali con le relative capacità resistenziali e proporzionando correttamente gli spessori per resistere alle condizioni al contorno scelte ed applicate, corrispondenti il più possibile alla realtà.
La scelta si è orientata al software SolidWorks.
Dal 3D alla realizzazione
Oggi molto spesso le aziende produttrici non possono permettersi di perdere del tempo prezioso per verificare realmente il comportamento e la qualità estetica dei loro prodotti costruendo le così dette "campionature".
La realizzazione di assiemi e strutture complessi è resa possibile analizzando i giochi e le interferenze sia con l'ausilio del software tridimensionale sia attraverso la prototipazione rapida, che consente di verificare per esempio in scala ridotta il comportamento cinematico di un assieme di elementi in moto reciproco. Nel caso di assiemi e strutture posti in situazioni di sforzo statici, il 3D evidenzia con l'uso della simulazione le zone critiche così da aumentarne localmente gli spessori o rinforzandoli con piastre.
Dopo uno studio accurato con l'ausilio di un modello tridimensionale, per la realizzazione ci si concentra così solo esclusivamente sulle problematiche legate alle modalità di esecuzione.
Di seguito sono evidenziati alcuni esempi che chiariscono i vantaggi nell'uso del simulatore 3D.
Corrimano in acciaio inox satinato
Prototipazione di un serbatoio in alluminio per moto da corsa
Forcellone in alluminio per moto da trial
Pista per trenini
Maschera per maniglia laterale inox saldata
Parabrezza prototipo per simulatore automotive
Riferimenti:
[1] L.Baldissini, VADEMECUM PER DISEGNATORI E TECNICI, Milano 2010
[2] E.Chirone, S.Tornincasa, DISEGNO TECNICO INDUSTRIALE, Vol.1, Torino 2011, p.8
[3] E.Chirone, S.Tornincasa, DISEGNO, 2011, p.16
[4] P.Andreini, MANUALE DELL'INGEGNERE MECCANICO, 2° ed., p.466
[5] E.Chirone, S.Tornincasa, DISEGNO, 2011, p.23
