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La realizzazione di un prototipo di Marcos Novak

Antonio Mancuso
Un aspetto importante delle potenzialità implicite nella progettazione con tecniche digitali, è quello relativo alle tecniche costruttive tramite macchine a controllo numerico. Affascinata da questo aspetto realizzativo così diverso eppure così intimamente legato alle problematiche messe in campo dalla rivoluzione digitale, ormai più di un anno fa ho accompagnato Marcos Novak a visitare la CMS di Zogno (Bergamo), una delle aziende leader nel settore della produzione di macchine a controllo numerico, entrata tramite Marco Brizzi in relazione con Novak ed interessata per fini sperimentali alla realizzazione di un suo prototipo. Dopo alterne vicende legate a problemi di comunicazione tra le parti nonchè all’estrema complessità della forma in questione, poco prima dell’estate, in occasione di un convegno che stavo organizzando e nel quale avevo invitato Novak a presentare il progetto Eduction, ho sollecitato la ripresa del dialogo tra l’architetto e la CMS per arrivare alla produzione di un prototipo da inserire nell’installazione. Per risolvere i problemi di ingegnerizzazione della forma in oggetto, ho chiesto l’intervento della Facoltà di Ingegneria di Palermo che, nella persona dell’ingegnere Antonio Mancuso, ha assunto l’incarico di studiare e risolvere i problemi di ‘manufatturabilità’ del progetto di Novak in accordo con le esigenze della CMS.

Per problemi di tempi tecnici relativi alla natura sperimentale dell’impresa, la realizzazione del prototipo non è avvenuta nei tempi previsti per il convegno ed è stata conseguentemente sospesa prima del completamento. Ritenendo comunque l’intera vicenda estremamente interessante, ho chiesto all’ingegnere Mancuso di presentarci tanto i risultati quanto i termini del problema di questa triplice collaborazione tra architetto ingegnere e fabbrica.

Colgo l'occasione per ringraziare oltre l’ingegnere Mancuso, anche il professore Cappello e il professore Rizzo per la collaborazione ricevuta dalla Facoltà di ingegneria, nonché l'ingegnere Migliorini e l'intera CMS per aver creduto nel valore del progetto.

Marialuisa Palumbo







PROGETTAZIONE DIGITALE E REALIZZAZIONE TRAMITE MACCHINE A CONTROLLO NUMERICO

Gli oggetti concepiti da Marcos Novak possono considerarsi come un classico esempio di modellazione geometrica di forme libere. Con questo termine si intendono tutti i modelli per i quali non è immediato risalire ad una formulazione matematica. Ad esempio cilindro, cubo, sfera, cono ecc. prendono il nome di figure geometriche primitive e sono descrivibili per mezzo di equazioni cosiddette in forma chiusa. Si pensi ad una sfera di raggio unitario con centro nell’origine del riferimento x,y,z; la sua equazione è, come noto: x2 + y2 + z2= 1. Relazioni simili esistono per tutte le altre primitive. Un esempio di forma libera invece è costituito, ad esempio, dallo scafo di una barca. Per questo tipo di geometria, non è possibile trovare un’equazione in forma chiusa (questo problema è stato affrontato nei secoli dai progettisti navali che ricercavano appunto ‘l’equazione di carena’).







[28dec2001]
Ma perché è necessario disporre di una formulazione matematica? Per chiarire le idee, torniamo all’esempio della sfera. Se è nota l’espressione matematica è possibile dire ad una macchina (per esempio una fresatrice che lavora per successive asportazioni di materiale) il percorso che il suo utensile, punto per punto, deve seguire per ottenere la sfera partendo da un blocco di materiale più grande.

Per realizzare gli oggetti di Marcos Novak è dunque necessario trovare un’espressione matematica in grado di approssimare, il più possibile, la forma in questione.



Con l’avvento delle nuove tecnologie CAD (Computer Aided Design) e con l’ausilio di particolari formulazioni matematiche come, ad esempio, le superfici NURBS (Non Uniform Rational B-Spline) il problema può essere risolto. In particolare, si è pensato di far uso di formulazioni che, nel linguaggio anglosassone, prendono il nome di superfici di loft. Una superficie di loft è ottenuta raccordando un certo numero di curve a quote diverse.

Ad esempio eseguendo il loft di due circonferenze uguali, parallele e che si trovano a differenti altezze, si ottiene un cilindro. Se le due circonferenze sono sempre parallele ma, hanno differenti diametri, si ottiene un tronco di cono.


Il loft di due circonferenze uguali genera un cilindro; il loft di due circonferenze differenti genera un tronco di cono.

Un possibile approccio al problema consiste, dunque, nell’utilizzare curve di sezione da combinare mediante superfici di loft. Tuttavia, la forma complessa di questi oggetti rende tale metodologia difficilmente automatizzabile. Pertanto, si è pensato di scomporre l’oggetto in tanti blocchi che singolarmente possano essere manipolati secondo il metodo prima descritto.

Questa scomposizione non è necessaria solo per riuscire a modellare tutto l’oggetto, ma anche per poterlo rendere effettivamente manufatturabile. Per intendersi, il fatto di avere un modello matematico di un oggetto non è di per se condizione necessaria e sufficiente per la sua realizzazione tecnologica. Possono presentarsi casi in cui l’utensile della macchina non ha uno spazio di manovra sufficiente per asportare il materiale, ovvero casi in cui ciò sarebbe possibile ma la presenza di incavi, protuberanze e quant’altro, rende tale operazione praticamente impossibile. Molti degli oggetti concepiti da Marcos Novak presentano tutte queste caratteristiche combinate in vario modo rendendo la loro produzione tecnologica, in alcuni casi, impossibile. 


Curve di sezione utilizzate
per il loft.

Da quanto detto, la scomposizione dell’oggetto in componenti più semplici è fondamentale. I vari pezzi ottenuti vanno poi raccordati in modo da garantire la continuità tra un blocco e il contiguo. Nell’immagine qui accanto sono riportate le curve di sezione utilizzate per la generazione della superficie di loft. Non potendo, come detto in precedenza, generare un’unica superficie, si dovrà aver cura di scomporre l’oggetto in un numero sufficiente di pezzi ognuno dei quali possa essere manufatturabile, secondo l’accezione già data. Tale processo, in questa fase di studio e ricerca, non è al momento sempre fattibile con la dovuta precisione ed accuratezza. Gli sviluppi successivi, prevedono il miglioramento nella definizione dei dettagli soprattutto per quanto concerne la continuità tra i vari blocchi.

Per concludere nelle figure che seguono, sono riportate le immagini dell’oggetto così come concepito da Marcos Novak e della sua versione manufatturabile suscettibile, come detto, di sostanziali miglioramenti al momento in fase di studio.


Oggetto originale in formato di mesh poligonale.


Oggetto in formato di superfici NURBS ognuna delle quali manufatturabile.

La metodologia è stata concretamente applicata ad una parte dell’esemplare il cui modello matematico è stato inviato alla CMS di Bergamo (www.cms.it), che è un’azienda produttrice di macchine a controllo numerico, per la realizzazione. In particolare si è voluta testare l’efficacia del metodo realizzando la parte rappresentata in colore azzurro nella seconda immagine.



Nelle sei immagini che seguono sono riportate le fasi della lavorazione del pezzo; le fasi di sgrossatura nelle prime 4 e la finitura nelle ultime 2.


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