Applicazione della produzione additiva nel campo del design: una nuova generazione di rubinetti

La collaborazione di SOS ITALIA con il Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano, nata a ottobre 2017 sulla stampa 3D metallo, indaga nuove possibilità formali applicando le ultime opportunità tecnologiche, in particolare nelle innovazioni della rubinetteria sanitaria attraverso la nuova estetica digitale. La nuova tecnologia, stampa 3D metallo, unita alle nuove possibilità formali e a un nuovo impiego dell’acciaio inossidabile 316L vedono il campo della rubinetteria favorevole alla sperimentazione in tutte e tre queste direzioni.

di Giorgia Galimberti e Ali Gökhan Demir

Il progetto vede coinvolti la designer dottor Giorgia Galimberti e l’ingegner Ali Gökhan Demir del Politecnico di Milano. Il progetto, nel suo sviluppo, ha visto coinvolte diverse figure professionali con la supervisione della designer Giorgia dal concept fino alla sua realizzazione. Lo studio denominato “From Lab to Fab” “Dal Laboratorio alla Produzione” segue l’evoluzione della tecnologia del processo produttivo del Metal Additive Manufacturing.
Nato sotto la direzione di Giovanni Pitturru ha come project leader Andrea Lucchini, come post processing supervisor Domenico Palmieri e come project operative manager Cristian Dorz (Figura 1).

Progettazione di un dimostratore per valutare l’estetica dei prodotti SLM
Il progetto ha avuto come principali obiettivi l’investigazione di nuove possibilità formali e delle finiture ottenibili per un campo molto esigente dal punto di vista estetico. Lo studio è partito con la ricerca e lo sviluppo di un dimostratore atto a investigare le possibilità tecnico-funzionali, le variazioni estetico-formali e le finiture. Si è testata l’efficacia di vari processi di finitura superficiale allo scopo di ottenere una superficie liscia e lucida propria dell’estetica della rubinetteria sanitaria. Le “features” (Figura 2) inserite nel dimostratore sono tubi con canali interni, un reticolo a tre differenti densità e dei piani inclinati per dividere il pezzo in tre zone così da comprendere dove ogni singolo post-processo riesce a modificare la superficie interna.
Per la produzione finale del pezzo le features scelte sono state progettate con accorgimenti tecnici per assicurare la loro producibilità e nell’ottica della realizzazione del rubinetto. In Figura sono indicate le aree utili a evidenziare i vantaggi e i limiti delle tecnologie di finitura come spigoli, reticolo, incrocio, canali interni e le superfici piane.
Il campione è stato realizzato mediante produzione additiva (Figura 3), Selective Laser Melting (SLM), in AISI 316L e sono stati individuati ed investigati differenti processi di finitura abrasivi e chimici/elettrochimici. Si sono esplorati la sabbiatura, la vibroburattatura, la burattatura e il plasma electrolytic polishing. Il risultato, variando parametri e tempi, ha permesso la realizzazione di nove tipologie campione, raggruppabili per similitudine di brillantezza e rugosità.
Processi di finitura abrasivi investigati:
Sabbiatura: consigliato soprattutto come una pre-finitura, per ridurre la rugosità superficiale dei pezzi SLM e per omogenizzare la superficie e facilitare i successivi processi di finishing.
Micro Pallinatura: si usa sia come una pre-finitura per ridurre la rugosità iniziale, sia come processo di finitura. Indurisce la superficie con tensioni di compressione generate sulla superficie dall’impatto delle sfere usate.
Burattatura: processo di finitura superficiale, adatto alle superfici esterne perché condizionato dalla dimensione dei media. Per le superfici interne serve valutare la grandezza dei media in relazione alla geometria da finire. Può essere realizzata sia a secco sia a umido.
Processi di finitura chimici/elettrochimici sperimentati:
Elettrolucidatura: processo basato sul fenomeno di dissoluzione anodica. Il componente si immerge in un bagno chimico nella posizione dell’anodo e si posiziona un catodo applicando la corrente elettrica.
Plasma Electro Polishing (PEP): processo molto simile all’elettrolucidatura. Le correnti utilizzate sono molto più elevate e generano la ionizzazione dell’elettrolita che risulta nella formazione del plasma.
REM Surface Engineering: processo di burattatura che usa un media abrasivo ed in aggiunta un componente chimico che velocizza il processo, consentendo di mantenere le geometrie fini.
La pallinatura è stata impiegata per poter ridurre la rugosità superficiale e omogenizzare ulteriormente la superficie per i successivi passaggi di finitura. A seguito è stata fatta un’analisi qualitativa (estetico-percettiva) dei dimostratori messi a confronto per identificare la migliore combinazione tra caratteristica geometrica e processo di finitura per la successiva cromatura (Figura 4). Sono state definite delle aree di interesse per confrontare i particolari trattati con le differenti finiture.

Design dei rubinetti per SLM
Le conoscenze acquisite sono state applicate per lo sviluppo di soluzioni alternative per la cucina e il bagno rispetto ai modelli tradizionali. La ricerca formale è ispirata a opere di artisti, all’osservazione di strutture del mondo naturale e a immagini proprie dell’estetica digitale nascente. I concept proposti spaziano da geometrie sinuose a corpi dalle linee nette e concatenate, armonie ardite di vuoti e pieni, accostando strutture organiche e leggere a corpi massivi ma dinamici, creando suggestioni ottiche (Figura 5).

Mondrian
La razionalità dell’artista che crea immagini pulite e lineari tramite linee, colori, geometrie primitive e spazi pieni e vuoti, ha ispirato la trasposizione dalla bidimensionalità alla tridimensionalità volumetrica dell’oggetto. L’alternarsi di spazi pieni e vuoti, geometrie semplici e lineari disposte su piani diversi e interconnessi da aste e camere attraverso cui scorre l’acqua ha creato un equilibrio visivo razionale con due soluzioni: una più frammentata in elementi di dettaglio, leggera e di maggior complessità visiva; l’altra più rigorosa ed essenziale.

Mr.Hyde e Organic
Le suggestioni sono derivate dall’osservazione delle varietà delle forme del mondo naturale e dalla molteplicità dei reticoli, icona dell’estetica digitale. La leggerezza e complessità dei reticoli viene racchiusa, o affiancata da un pieno che la sostiene in un’armonia di opposti che risponde all’esigenza di un ordine funzionale. In Organic le linee curve del corpo nel loro insieme enfatizzano la morbidezza visiva, mentre in Mr. Hyde si è privilegiato il gioco di contrasto fra rigido e morbido, pieno e vuoto. Cambiando il punto di vista sull’oggetto se ne apprezza l’aspetto tradizionale, visualizzando solo il pieno, o quello innovativo, visualizzando il reticolo.

Escher
Il concept di questo rubinetto è ispirato alle opere dell’artista Escher in cui la trasformazione graduale dei soggetti e l’illusione ottica di un percorso che tende all’infinito sono il carattere dominante. Il prodotto è costituito interamente da canali che definiscono la volumetria globale e la funzionalità. La struttura a scala è formata da gradini che visti frontalmente danno l’idea di una geometria piena resa leggera dal vuoto centrale e dagli spazi tra un gradino e l’altro. Questa spaziatura scandisce lo spazio ritmicamente in una successione sempre più ravvicinata ma proiettata linearmente verso un punto indefinito. Il concept si concretizza in una salita tridimensionale che si esaurisce in un’immagine quasi bidimensionale.

Tangram
Il concept si ispira al gioco del Tangram caratterizzato da forme geometriche di base. Si tratta di una struttura lineare e solida nei vari moduli che acquista leggerezza e dinamicità nell’insieme, è organizzata per ottenere un equilibrio dinamico, che dona all’idea un aspetto giocoso e vivace.

Dal concept alla produzione
I concept sono stati applicati a differenti soluzioni formali per il monocomando da cucina, il soffione da doccia e per la batteria del bagno. Dalla proposta formale dei concept è stato realizzato il modello Organic, batteria da bagno (Figura 6) in acciaio inossidabile AISI 316L. Organic è una sintesi che riassume in sé la funzionalità della rubinetteria tradizionale e l’estetica propria della ricerca svolta. È caratterizzato da una linea sinuosa enfatizzata dal reticolo centrale. Presenta forme morbide e continue in contrapposizione ai canali, spigolosi e squadrati, che conferiscono al prodotto solidità e stabilità, ma anche movimento ed eleganza con la loro asimmetricità. La forma globale massiva delle manopole è alleggerita dall’intreccio del reticolo, che si afferma in negativo creando continuità di stile tra il corpo e le manopole stesse. La connotazione massiva delle manopole, che si contrappone alla leggerezza del corpo centrale, conferisce completezza visiva al prodotto (Figura 7).
I processi di finitura scelti sono la classica verniciatura e il PVD (Physical Vapour Deposition) che permette di ottenere superfici lucide dall’estetica pronunciata senza togliere o modificare le caratteristiche di funzionalità e resistenza a cui il concept rimanda (Figura 8). La superficie ottenuta mediante PVD presenta ottime qualità come l’elevata durezza superficiale, l’atossicità e la biocompatibilità, oltre che un’assoluta resistenza all’usura e agli agenti chimici. Facilita la pulizia delle superfici, che rimangono inalterate nel tempo. La scelta della finitura guarda anche al problema dell’impatto ambientale.
Il PVD infatti costituisce una soluzione ottimale in questo settore.
Questo primo lavoro ha permesso di indagare possibili sviluppi per la creazione di componentistica personalizzata con tecnologie performanti. La funzionalità dei prodotti è garantita da uno studio accurato delle forme ottenute. La flessibilità delle tecnologie additive consente un’ampia sperimentazione formale. I design sono stati recentemente presentati alla fiera di riferimento del settore ISH 2019 a Francoforte, ricevendo grande interesse come un altro esempio di successo dell’intersezione fra il design e l’ingegneria.