Tooling ridisegnato in chiave additiva, dal progetto al pezzo finito in un flusso data-driven

Nel settore produttivo, l’evoluzione delle forme è la base per far evolvere anche le funzionalità e l’AM (Additive Manufacturing) dà un booster potente a tale sviluppo.

Cruciale per questo è il tooling, cioè l’insieme di attrezzature, maschere, dime e supporti necessari alla produzione, che rappresenta un fattore strategico ancora da sfruttare in tutto il suo potenziale: se l’attenzione viene tipicamente rivolta alla qualità dei componenti finali, in realtà è proprio l’efficienza delle attrezzature di produzione a determinare tempi, costi e affidabilità dell’intero processo produttivo.

Questo cambio di visione e di prospettiva apre le porte a un nuovo paradigma, incentrato su un flusso di lavoro che parte dalla raccolta di dati tramite scansione digitale di superfici esistenti e, grazie ad algoritmi di IA (Intelligenza Artificiale), arriva a progettare output ottimizzati e idonei alla produzione.

La matrice di questo cambiamento è l’integrazione tra un software avanzato come Cognitive Design di CDS (Cognitive Design Systems) e tecnologie di AM. Il risultato? un flusso completamente data-driven che ridefinisce il modo in cui il tooling viene progettato e realizzato, dalla scansione del pezzo reale fino alla stampa 3D dell’attrezzatura.

Cognitive Design: oltre il CAD

Cognitive Design è un software avanzato che introduce un approccio algoritmico alla progettazione industriale, automatizzando la generazione di geometrie complesse a partire da dati reali: distribuito in Italia in esclusiva da Energy Group, parte di SolidWorld Group, esso integra analisi, simulazione e ottimizzazione in un unico ambiente software, rendendo l’intero workflow progettuale più rapido e coerente con la produzione. Cognitive Design non si limita a modellare forme ma “interpreta”, grazie all’intervento di sofisticati algoritmi di IA, requisiti e vincoli reali preimpostati per proporre soluzioni ottimizzate, pronte per essere realizzate. In questo senso, il software Cognitive Design rappresenta un’evoluzione del CAD tradizionale, più teorico, verso un paradigma pienamente data-driven, basato su dati reali e non ipotetici.

Per anni, il tooling è stato progettato partendo da modelli CAD “ideali”, spesso distanti dalla realtà produttiva, ma in ambiti come aerospace, automotive e industria metalmeccanica in generale, questo approccio si è rivelato talvolta limitante. L’introduzione di Cognitive Design ha consentito di superare tale criticità grazie a un motore algoritmico avanzato che genera automaticamente un modello 3D di attrezzature in grado di adattarsi alla geometria reale del pezzo. E non si tratta solo di modellazione: l’algoritmo è in grado anche di analizzare vincoli, tolleranze, punti di contatto e requisiti funzionali, producendo fixture e posaggi pronti per la produzione. Appare così evidente come il ruolo dell’algoritmo diventi centrale anche in termini di prestazioni.

I vantaggi? Molti, ma sono due quelli più immediati e importanti. In primis, le soluzioni proposte dal software Cognitive Design permettono di ottimizzare la geometria delle attrezzature, ridurre il materiale utilizzato, integrare strutture reticolari o riempimenti intelligenti e garantire resistenza solo dove necessario. Da questo deriva, di conseguenza, un tooling non semplicemente funzionale, ma realmente ottimizzato in termini di peso, prestazioni e tempi di produzione, con un passaggio diretto dal dato al pezzo che riduce drasticamente errori, lavorazioni ulteriori e tempi di sviluppo. Attrezzature più leggere sono più ergonomiche, facili da movimentare e con migliore efficienza operativa.

L’integrazione strategica con AM

La stampa 3D è la tecnologia produttiva che più di ogni altra si integra con un software come Cognitive Design, sia perché poggia sullo stesso substrato “digitale”, sia perché ne condivide la logica di fondo, cioè libertà progettuale, automazione e approccio data-driven. Cognitive Design è in grado di progettare e generare geometrie non convenzionali, spesso complesse, ottimizzate da algoritmi che tengono conto di vincoli reali: forma del pezzo, punti di contatto, carichi, materiali, obiettivi di alleggerimento, quindi il risultato non è un modello “tradizionale” ma una struttura evoluta, difficilmente realizzabile con tecnologie sottrattive o processi convenzionali. La manifattura additiva invece è libera da vincoli, non richiede utensili dedicati, non è vincolata a geometrie semplici e permette di produrre forme complesse, reticolari o organiche direttamente dal file digitale ed è qui che avviene la perfetta integrazione: ciò che l’algoritmo di Cognitive Design progetta, la stampa 3D produce senza compromessi.

C’è poi un secondo aspetto fondamentale: la continuità del flusso digitale. Cognitive Design lavora su dati reali e restituisce un modello già ottimizzato per la produzione. La stampa 3D consente di trasformare immediatamente questo modello in un oggetto fisico, senza passaggi intermedi, attrezzaggi o reinterpretazioni progettuali. Questo elimina il tradizionale scollamento tra progettazione e officina, riducendo tempi ed eventualità di errori.

Un ulteriore elemento di coerenza tra il software Cognitive Design e l’AM riguarda la possibilità di produrre on demand: Cognitive Design permette di generare rapidamente un tooling personalizzato; la stampa 3D consente di produrlo solo dove e quando serve, anche in singola unità, rendendo sostenibile un modello produttivo flessibile e adattivo, particolarmente rilevante in ambito aerospace, dove i lotti sono piccoli e le varianti frequenti.

Infine, l’integrazione tra Cognitive Design e la stampa 3D si gioca anche sul piano dei materiali: le tecnologie additive industriali permettono di utilizzare polimeri ad alte prestazioni e compositi che rispondono a requisiti stringenti come quelli del settore aerospaziale e non soltanto.

Software versatile

Cognitive Design può essere applicato con successo a diverse tecnologie di stampa 3D, ma i migliori risultati in termini di prestazioni sicuramente si ottengono con le tecnologie di stampa a letto di polvere (come MJF, SLS o SAF di Stratasys): queste permettono di stampare utilizzando diversi materiali polimerici come il Nylon (PA11 e PA12), il TPU (Poliuretano Termoplastico), il PP (Polipropilene) e materiali compositi, cioè polveri di nylon caricate con fibra di carbonio, vetro o alluminio per aumentare rigidità e resistenza.

Il software Cognitive Design può essere abbinato anche alle tecnologie di stampa FDM industriali (benché con esse sia più difficile arrivare a risultati di ottimizzazione molto spinti), permettendo di utilizzare materiali ad alte prestazioni, come le termoplastiche tecniche (ad esempio Ultem 9085) o i compositi caricati con fibra di carbonio, che garantiscono elevata resistenza meccanica, stabilità termica, piena conformità ai requisiti del settore aeronautico e una totale tracciabilità e certificazione dei materiali.

Con questi strumenti e materiali, è possibile realizzare rapidamente dime, maschere, guide, attrezzature per lavorazioni su compositi e persino stampi per pre-serie o termoformatura. Questo significa che le attrezzature generate da Cognitive Design non sono solo “stampabili”, ma anche realmente utilizzabili in produzione, con prestazioni adeguate.

Il futuro è data-driven

La stampa 3D è la tecnologia produttiva che meglio valorizza il potenziale di Cognitive Design, perché è l’unica in grado di trasformare senza vincoli un progetto algoritmico complesso e ottimizzato in un oggetto reale, in tempi rapidi e con piena coerenza rispetto ai dati di partenza.

Alla luce di ciò, appare evidente come il vero salto di qualità da compiere, in qualsiasi settore industriale, non risieda nell’adozione della singola tecnologia, ma nella loro integrazione. Cognitive Design e AM non devono operare come strumenti separati, ma come parti di un unico ecosistema che collega progettazione e produzione in modo continuo e basato su dati reali. Anche per il futuro del tooling, poter contare su un approccio che integra software e produzione in un unico ecosistema data driven è di fondamentale importanza.

Il tooling non può più essere considerato un elemento secondario dall’industria, bensì un asset strategico e innovativo capace di influenzare direttamente la competitività aziendale.

Nella foto in alto: fissaggio ottimizzato con software Cognitive Design a confronto con la geometria originale.