La prototipazione rapida è un modello di sviluppo software e principio teorico che indica il metodo da seguire nel progettare e nello scrivere un programma. Il modello è alla base di una metodologia di sviluppo.Il primo modello in ordine storico è il Modello a cascata, a cui si deve la definizione delle fasi-chiave.Trovò massima applicazione negli anni '70, tuttavia mostrò i suoi limiti dovuti ad una rigidità e linearità dei processi che provocavano una lievitazione dei costi soprattutto di manutenzione.Il modello a cascata ha poi subito diversi cambiamenti che hanno portato prima al modello evolutivo, che aggiunge al modello a cascata una prima fase più ridotta nota come prototipazione in grado di ottenere migliori requisiti, e il modello trasformazionale, che punta ad un'analisi dei requisiti sempre più approfondita e migliorata in grado di produrre alla fine un prototipo funzionale.Un altro modello è il Modello a spirale, poco conosciuto in Italia ma molto vivo negli Stati Uniti d'America è l'Extreme Programming, spesso abbreviato in XP.
Il rapid prototyping
Le tecniche di prototipazione rapida (o, utilizzando la dizione inglese, rapid prototyping, RP) sono una serie di sistemi che, prescindendo dalla complessità costruttiva dell'oggetto, lo riproducono con tecniche additive, partendo da una sua definizione matematica specificata su un CAD tridimensionale ed utilizzando processi rapidi, flessibili e altamente automatizzati. Già da questa breve definizione sono chiari i punti di forza di queste tecniche: la possibilità di realizzare in tempi ridottissimi (da alcune ore a pochi giorni) un prototipo in un'ampia gamma di materiali, indipendentemente da forma e complicazione geometrica, senza nessun ausilio di attrezzature.
Perché la prototipazione rapida?Fin dall'antichità, gli inventori, i disegnatori, i creativi si sono serviti sempre di un piano bidimensionale per comunicare e valutare le loro idee, prima di tradurle in pratica. Mentre nel passato i primi progettisti si affidavano a compasso e carta pergamena, quelli contemporanei possono fare uso di un vero e proprio arsenale di mezzi di progettazione. Ciononostante, il progettista non è mai assolutamente certo che ciò che osserva sullo schermo sia una fedele rappresentazione del concetto che intende realizzare. La prototipazione rapida è il tentativo più riuscito di sfondare questa barriera: quella di trasformare le fuggevoli immagini in un oggetto solido e concreto, da toccare con mano.
Passato, presente e futuro
Dall'idea pionieristica di Charles W. Hull, datata 1982, è nata 3D Systems Inc., società americana capostipite del settore e, cinque anni più tardi, il primo apparato per la stereolitografia, la SLA-1. Da quegli anni un numero sempre più elevato di ricercatori e, naturalmente, utilizzatori ha segnato il mondo (ed il mercato) della Prototipazione Rapida, favorendone l'evoluzione in termini di diffusione e di prestazioni. La presenza sempre più capillare di sistemi CAD ha dato una spinta straordinaria alla ricerca di metodologie sempre nuove e diverse, finalizzate alla realizzazione di oggetti a partire da una geometria definita elettronicamente. Dalle ricerche, perciò, sono nate e si sono consolidate altre tecnologie come il selective laser sintering (più brevemente SLS), il fused deposition modeling (o FDM), il laminated object manufacturing (LOM) e molte altre.
Da allora molte cose sono cambiate e le attività portate avanti dai primi pionieri vengono ora affrontate in modo sistematico soprattutto da realtà industriali di piccola/media dimensione. La comparsa di questa tecnologia “esotica” che era in grado di realizzare elementi fisici direttamente dal CAD 3D per aggiunta progressiva di materiale destò molto scalpore e suscitò un forte interesse ed una serie di aspettative che portò a pensare che queste tecniche non avessero praticamente limiti.
Naturalmente, con il passare del tempo, la ricerca e lo sviluppo hanno favorito l'evoluzione dei sistemi in termini prestazionali (tempi di lavorazione minori, tolleranze dimensionali inferiori, finitura superficiale ancora migliore, resistenza dei modelli RP a condizioni climatiche variabili e a sollecitazioni meccaniche, termiche e chimiche sempre più forti).
Oggi possiamo considerarci in una fase dove: le macchine di PR sono di semplice impiego; la qualità dei prototipi in termini di precisione dimensionale, rugosità superficiale e prestazioni meccaniche è cresciuta e in ogni caso stimabile; è disponibile un'ampia gamma di materiali; sono noti i metodi e i limiti d’impiego dei prototipi nel settore dell’attrezzaggio rapido. In definitiva queste tecnologie sono considerate a pieno titolo mezzi per lo sviluppo rapido dei prodotti e delle attrezzature.
le trasformazioni del mercato avvenute dagli anni ‘70 agli anni ‘00 hanno imposto una crescita del numero di varianti, una progressiva riduzione del ciclo di vita del prodotto, un incremento della sua complessità e il contenimento dei tempi di consegna; un ritardo di alcuni mesi nell’immissione del prodotto sul mercato può determinare una perdita degli utili anche del 30%; mentre un incremento del 50% dei costi di sviluppo risulta ampiamente accettabile. La definitiva accettazione da parte del mercato e, più tardi, il successo di queste tecnologie è stato decretato proprio da questa inarrestabile tendenza a ridurre i tempi di sviluppo dei nuovi prodotti. Questo è stato il fattore di successo principale.
Le tecniche di prototipazione e attrezzaggio rapidi giocheranno nel nuovo millennio un ruolo sempre più determinante nello sviluppo dei nuovi prodotti e delle relative attrezzature. Nell’era della globalizzazione dei mercati la capacità di offrire tempi di sviluppo e industrializzazione sempre più contenuti è il nuovo e stimolante obiettivo per le nostre imprese. Queste tecnologie innovative rappresentano il collante tra le varie fasi di sviluppo del prodotto come la progettazione, il CAD 3D, la definizione dell’attrezzatura e la fabbricazione della pre-serie.
