MODELLI TRIDIMENSIONALI

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1 Tridimensionali

2 MODELLI TRIDIMENSIONALI Il 3D è una tecnologia applicabile a quasi tutte le categorie merceologiche. Con il suo contributo è possibile individuare pregi e difetti di un prodotto prima che esso venga messo in produzione. L'importanza della modellazione è rilevante soprattutto per studi di ergonomicità ed usabilità. Accade spesso che le immagini tridimensionali vengano usate per la promozione di prodotti ancora in fase di progettazione.

3 MODELLI 3D Oggetti tridimensionali semplici possono essere rappresentati con equazioni operanti su un sistema di riferimento cartesiano tridimensionale: per esempio, l'equazione x²+y²+z²=r² è perfetta per una sfera di raggio r. Anche se equazioni così semplici possono sembrare limitative, l'insieme degli oggetti realizzabili viene ampliato con una tecnica chiamata geometria solida costruttiva (CSG, constructive solid geometry), la quale combina oggetti solidi (come cubi, sfere, cilindri, ecc.) per formare oggetti più complessi attraverso le operazioni booleane (unione, sottrazione e intersezione): un tubo può ad esempio essere rappresentato come la differenza tra due cilindri aventi diametro differente. Anche questa tecnica non risulta però sufficiente a descrivere con equazioni semplici una gran quantità di oggetti, per cui non è di utilizzo comune. Per modellare superfici curve in modo arbitrario si possono usare le patch, ovvero l'estensione delle spline, che approssimano curve continue, alle tre dimensioni. Le patch più comunemente usate sono in pratica basate su spline NURBS. L'impiego di equazioni matematiche pure come queste richiede l'utilizzo di una gran quantità di potenza di calcolo, e non sono quindi pratiche per le applicazioni in tempo reale come videogiochi e simulazioni. Una tecnica più efficiente, ma che permette un minore livello di dettaglio, per modellare oggetti consiste nel rilevare solo alcuni punti dell'oggetto, senza informazioni sulla curva compresa tra di essi. Il risultato è chiamato modello poligonale. Questo presenta "faccette" piuttosto che curve, ma sono state sviluppate tecniche di rendering per ovviare a questa perdita di dati. Delle superfici poligonali di un modello senza informazioni sulla curvatura possono essere comunque raffinate per via algoritmica in superfici perfettamente curve: questa tecnica è chiamata "superfici di suddivisione", perché la superficie viene suddivisa con un processo iterativo in più superfici, sempre più piccole, fedeli alla curva interpolata e che vanno a comporre un'unica superficie sempre più liscia.

4 Realizzazione dei modelli tridimensionali Mesh superficiale di una testata di un motore 4T con valvole e condotti di aspirazione La modellazione è il processo che, a partire da una serie di informazioni (disegni tecnici 2D, informazioni sulla geometria, scansioni), consente di ottenere un modello 3D esportabile in formati standard e utilizzabile dai più diffusi software ingegneristici, architettonici o di pura grafica 3D. Il modello viene definito attraverso NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines), ossia la formulazione più generale ed efficace per la rappresentazione matematica di superfici che un qualunque CAD 3D fa di un oggetto, defininendone accuratamente la geometria tramite semplici reticoli di curve (splines). Successivamente la geometria viene convertita in una mesh costituita da vertici ed elementi, tipicamente di forma tringolare, che ne definiscono la connettività.

5 Diverse rappresentazioni di un modello di valvola. Da sinistra: superficie NURBS, mesh, rendering. Il modello 3D così ottenuto può avere molti impieghi nel campo della progettazione, sia essa ingegneristica o architettonica, e del design. Si possono fare calcoli matematici di struttura, ricavare facilmente viste e sezioni, fornire il modello 3D a una macchina CAM per una prototipazione veloce e precisa.

6 Modello renderizzato di un kart completo Software opportuni consentono di ottenere una rappresentazione fotorealistica del modello attraverso il processo di rendering. L'aggiunta di sorgenti luminose e la definizione delle caratteristiche fotocromatiche dei materiali contribuiscono ad una visualizzazione realistica e di grande effetto del modello. La finalità di questo processo è la rappresentazione di ambienti virtuali, in cui sia possibile percepire il prodotto o il progetto così come apparirà una volta costruito, evidenziandone, ad esempio, possibili interferenze fra i diversi elementi in fase di assemblaggio, o valutandone l'impatto visivo e l'ergonomia.

7 SISTEMA DTM ABACUS Il Sistema DTM Abacus è studiato per dare al progettista la possibilità di trasformare automaticamente le proprie idee in oggetti fisici, che gli consentano valutazioni più mirate e gli facilitino la realizzazione delle opere. Scanner 3D Lo scanner 3D consente di rilevare qualsiasi forma fisica esistente e di importarla nel computer in formato numerico (coordinate 3D). Sono disponibili varie tecniche di scansione 3D (laser, contatto, ecc.) in base alla finalità dell'operatore e alla tipologia di scansione. In architettura è possibile rilevare un bene monumentale (es. capitello), anche a porzioni assemblabili tra loro, per ottenere un'unica matematica 3D, utile per essere studiata come oggetto tridimensionale al'interno di un CAD sia fine a se stesso che per la riproduzione fedele in un modello fisico. Questi strumenti, molto semplici e precisi, sono ideali anche come strumenti di misurazione tramite la rilevazione di punti sul modello fisico che vengono convertiti nel computer come punti nello spazio 3D e rilevarne le misure e distanze, impossibili da ottenere altrimenti senza danneggiare il modello fisico. E' inoltre possibile scannerizzare oggetti fisici scolpiti a mano libera, per poi riprodurli in scala.

8 Programmi Cad-Cam Il sistema DTM Abacus consente una vasta gamma di software perfettamente integrabili e compatibili con i software di architettura, topografia e design più diffusi. E' inoltre possibile la creazione ex novo di forme molto complesse nel rispetto della precisione geometrica, e lo sviluppo di immagini fotorealistiche di altissima qualità. La realizzazione di un plastico tecnologico comporta una semplice analisi strutturale del modello da realizzare. I disegni 2D e 3D vengono convertiti in percorso utensile per essere scavati o ritagliati su qualsiasi materiale (legno, plexiglass, resine, ecc) ed eventualmente assemblati. E' possibile importare una fotografia tradizionale di una facciata architettonica e tramutarla in modello 3D, come è possibile anche scannerizzare un'immagine da una rivista e convertirla in 3D come bassorilevo pronta per essere realizzata fisicamente.

9 Rhinoceros Programma di disegno CAD 2D e 3D per la modellazione solida e di superfici. Consente di creare con rapidità modelli che possono essere modificati in ogniloro caratteristica estetica e di vedere in tempo reale l\'impatto di ogni modifica consentendo una migliore valutazione delle diverse alternative di design. Rhinoceros è molto semplice da usare e si rende particolarmente adatto al design, al Reverse Engineering, all\'analisi ed alla realizzazione di prototipi e progetti avanzati. Consente anche di integrare dati provenienti da altri programmi di design, drafting, CAM ingegnerizzazione, analisi, rendering, animazione ed illustrazione. (Gli altri software di disegno 3D sono:solid edge, Solid works,maya, ecc.)

10 Plotter 3D Plotter e stampanti tridimensionali di vari formati (da A4 a A0) che permettono di produrre fisicamente forme 3D disegnate da qualsiasi CAD 2D o 3D, la semplicità d'uso della macchina come il funzionamento è paragonabile a quella di un plotter da disegno; al posto di avere un pennino, si utilizza un utensile che taglia o scolpisce su una superficie. Molto adatto per la realizzazione di planivolumetrici, plastici architettonici, prototipi, oggetti architettonici.

11 AbaMill modulare Fresatrice a 3 e 4 assi, personalizzabile nelle dimensioni e nelle caratteristiche. Questo speciale centro di lavoro è particolarmente indicato per la prototipazione rapida, stampi e controstampi, produzione ad alta velocità di lavorazioni con taglio e incisoria; in grado di fresare: plexiglass, resine, poliuretano e tutti i metalli (ottone, alluminio, acciaio, ecc.).

12 Jürgen Kaupp

13 Pascal Heubner

14 Peter Demitz

15 Reinhard Epp

16 Tony Klüver

17 Stefano Pezzoli restaurante

18 Uwe Wulff

19 PROTOTIPI I I primi elementi della serie Il prototipo non è una necessità avvertita solo dalle moderne aziende, anzi il ricorso al prototipo è un'esigenza sentita sin dall'antichità quando ci si poteva affidare solo a carta e attrezzi da disegno, per cui la realizzazione del prototipo permetteva di effettuare importanti osservazioni sul progetto in corso. I materiali e le tecniche con cui i prototipi si realizzano sono diversi e, ricorrendo a tecniche tradizionali, la loro costruzione è affidata ad artigiani o modellisti. In questo caso ci troviamo di fronte ad una difficoltà incompatibile con le esigenze odierne della competizione globale: la diminuzione dei costi e dei tempi di realizzazione. Mentre negli scenari competitivi è ampiamente sopportabile un aumento dei costi di sviluppo, sicuramente non è accettabile un ritardo per l'immissione sul mercato di un dato prodotto. Infatti un ritardo di pochi mesi può causare una perdita sugli utili anche del 30%, mentre un aumento dei costi di sviluppo, anche del 50%, è ampiamente sopportabile per le imprese.

20 PROTOTIPAZIONE RAPIDA Per quanto premesso sono stati messi a punto processi con l'obiettivo di ridurre sia i costi di realizzazione che i tempi di costruzione del prototipo stesso; queste tecniche vengono definite rapid prototyping o prototipazione rapida. Lo sviluppo delle prime macchine RP è dovuto a Charles W. Hull che per primo realizzò una macchina di tipo SLA-1 (StereoLitographic Apparatus). Successivamente gli studi sono avanzati così da giungere a generazioni successive della SLA e messa a punto di tecnologie differenti quali LOM (Laminated Object Manufactoring), SLS (Selective Laser Sintering), FDM (Fused Deposition Modeling). Anche lo scenario d'impiego è cambiato in quanto lo sviluppo di queste macchine non è più affidato alla collaborazione con grosse aziende o centri di ricerca, ma soprattutto grazie alla diffusione nelle piccole e medie imprese, imputabile alla sensibile diminuzione dei costi di queste tecnologie. La prototipazione rapida si differenzia dalle tecniche tradizionali di lavorazioni meccaniche in quanto queste ultime operano per asportazione di materiale, ossia ottengono la forma voluta da un blocco all'interno della quale essa già esiste, le tecniche RP operano con il concetto inverso ossia per addizione di materiale con la possibilità di poter ottenere forme anche molto complesse, impossibili da realizzare con le lavorazioni tradizionali.

21 La progettazione dei tessuti Concepire nuove idee di tessuto é importante ma non basta. La progettazione dei tessuti, infatti, é un attività complessa, nella quale un ruolo determinante viene svolto da quelle operazioni che hanno il fine di verificare se l idea stilistica, definita a tavolino, una volta messa in pratica fornisce un risultato apprezzabile e coerente con lo stile generale a cui si é scelto di mprontare la collezione in corso di realizzazione. È questo appunto il compito precipuo della fase di realizzazione dei prototipi.

22 La realizzazione dei prototipi Nella realizzazione dei prototipi, i tecnici sono gli indiscussi protagonisti. Essi si occupano di gestire e sviluppare il passaggio dall idea creativa alla realizzazione del tessuto. In concreto tale passaggio si articola nei seguenti momenti: realizzazione dei fazzoletti. Questi sono contenuti in una pezza che appare come un patchwork, in quanto é composta da tessuti realizzati attraverso combinazioni di trama e ordito tra loro differenti per colori, disegno e armatura. Il tessuto, infatti, assume forma e aspetto diverso combinando, in maniera spesso casuale, i seguenti elementi: in ordito: stesso materiale ( per le fantasie) o materiali diversi seppur compatibili (per gli uniti); colori diversi; in trama: armatura ( modalità con cui il telaio tesse il filo per fornire forma e struttura della tela); disegno (cambia in funzione della modalità con cui si inseriscono le trame, ad esempio alternando fili di materiali e/o colori diversi). Una volta individuato il fazzoletto o i fazzoletti di tessuto meglio rispondenti alle aspettative del progettista, si realizza in piccolo (5-10 metri di tessuto) ciό che, se ritenuto valido, sarà tradotto campione e presentato al mercato. Spesso, per arrivare ad ottenere un risultato apprezzabile, si effettuano, anche in questo caso, una serie di prove che possono non andare a buon fine; ad esempio, si applicano diversi trattamenti di rifinizione per dare al tessuto l effetto desiderato. İnfine, l ultima fase della realizzazione del prototipo consiste nel sottoporre il prototipo a controlli di qualità. Il risultato dei test di qualità é indispensabile per redigere la scheda tecnica con le specifiche di affidabilità da allegare al campione quando sarà presentato ai clienti.

23 É opportuno sottolineare, inoltre, che la fase di realizzazione dei prototipi si estende per un periodo di tempo rilevante, se comparato con i ritmi della moda, nel quale si procede per sperimentazione continue, a volte anche non studiate a tavolino, al fine di individuare la migliore combinazione di armatura, materiali, disegno e colori in grado di fornire al tessuto, con l aiuto dei trattamenti di rifinizione, l aspetto ricercato. Fra i prototipi messi a punto in questa fase vengono individuati i campioni che verranno prodotti se considerati stilisticamente validi, coerenti con gli altri articoli della collezione e rispondenti ai test di qualità.