Le tecnologie additive nella manutenzione dei beni strumentali

A fianco degli innegabili vantaggi che le tecnologie additive possono apportare alla manutenzione dei beni strumentali, esi­stono delle limitazioni da considerare. Tra queste, vanno citate:

1. La necessità di eseguire, sulle parti metalli­che realizzate in additivo, trattamenti termici e finiture con macchine utensili. Infatti, date le peculiarità tecnologiche del processo, le caratteristiche metallografiche dei pez­zi possono differire da quelle dei metalli di pari caratteristiche chimiche, ma ottenute in maniera tradizionale. Ciò impatta sulle prestazioni meccaniche e, soprattutto, sul comportamento a fatica. Inoltre, la rugosità superficiale di un pezzo metallico ottenuto in additivo è comparabile a quella di un og­getto ottenuto con tecniche di fonderia (es. investment casting), con la necessità di rila­vorare le superfici funzionali e/o di praticare fori di piccolo diametro (tipicamente sotto i 4-5 mm).

2. Le limitazioni dimensionali dei pezzi che possono essere fabbricati mediante tec­nologie additive, in quanto, attualmente, le macchine non superano i 1000x1000 mm di pianta della camera di processo. Tuttavia, al­meno per il mondo dei metalli, questa limita­zione è destinata a essere superata dall’av­vento sul mercato di macchine a portale o basate su robot antropomorfi ed utilizzanti il processo di “direct energy deposition”.

3. La necessità di ricertificazione, dovuta al fatto che le tecnologie additive sono pro­cessi speciali. Questo aspetto, che potreb­be essere secondario per il mondo dei beni strumentali, diventa vitale per le applicazioni dove la certificazione di prodotto è essen­ziale per l’utilizzo sul campo del ricambio, come ad esempio il settore aerospaziale.

4. La limitazione nel ventaglio dei materiali (metallici, polimerici o di altra natura) che possono essere lavorati mediante tecnolo­gie additive;

5. La mancanza di know-how diffuso sulle mo­dalità di progettazione e impiego dei sistemi di produzione basati sulle tecnologie additi­ve, dovuto alla “giovane età” delle tecnologie additive, intese come “macchine utensili del terzo tipo” impiegate al di fuori della pura prototipazione.

Alcuni esempi di applicazione

Prima di passare ad alcuni casi “bibliografici”, è necessario notare che quanto menzionato nella nostra breve trattazione, pur avendo origine da considerazioni tipiche dei beni strumentali per il manifatturiero, può essere in larga misura “tra­slato” su applicazioni di altri settori (specie appar­tenenti al contesto B2B), quali, ad esempio, l’oil&­gas, l’aerospaziale e i trasporti. Inoltre il settore delle tecnologie additive “attuale” rappresenta la “punta dell’iceberg” di quanto potrebbe apparire sul mercato nei prossimi anni, a livello di prodotti, processi e sistemi “additive based”.

Questi potranno mutare sensibilmente le caratteristiche dei beni strumenta­li (cosa già in nuce con le macchine utensili ibride additivo-sottrattive) e di quanto da essi realizzato. Vediamo, quindi, alcuni esempi.

1. Copertura amovibile

Un produttore di presse idrauliche, raddrizzatrici e di sistemi per la prova materiali, ha scelto l’additive manu­facturing per realizzare un elemento da installare sulle sue macchine. In particolare, il componente scelto per questa esperienza è una copertura amovibile di uno strumento collegato alla macchina di prova materiali. Tra i vantaggi che hanno spinto l’azienda ad adottare la manifattura additiva vi sono:

• nessun limite alla forma;
• facilità di modifica del componente da un lotto all’altro, non esiste stampo;
• tempi di produzione pressoché indipendenti dalla complessità della forma;
• nessuna rilavorazione, visto che il pezzo esce finito dalla macchina, identico al disegno evitando così ulteriori passaggi;
• facilità di approvvigionamento, mediante l’invio del file al service di stampa.

2. Stampa 3D

Un leader globale nelle soluzioni di automazione e di presa, con oltre 30 anni di esperienza nello sviluppo di componenti per la presa robotica. La società è stata fondata nel 1985 a Brescia, e da allora è ben nota per la leadership tecnica.

L’azienda è anche riconosciuta per la qualità superiore dei suoi prodotti: macchinari all’avanguardia e controlli minuziosi garantiscono la coerenza e l’affidabilità. Produce oggetti con componenti sia meccanici che elet­tronici, e la linea di business delle dita di presa rappresenta una recente espansione e la attuale sfida per stabilirsi proficuamente in questo mer­cato relativamente nuovo.

Nel tempo ha aumentato il numero di prodotti offerti e poiché spesso questi dispositivi devono essere aggiornati, migliorati o personalizzati, il processo di revisione dei prodotti è costoso e dispendioso in termini di tempo.

Per ovviare a questi limiti, l’azienda si è dotata di una Stampante 3D Multi Jet Fusion, che consente di produrre dita di presa personalizzate sulle esigenze del singolo cliente, il quale fra l’altro può rivolgersi ad un solo fornitore sia per la parte elettronica o pneumatica che per le parti mec­caniche che effettivamente afferrano l’oggetto da movimentare.

Questo ha consentito all’azienda di offrire un servizio nettamente miglio­re ai propri clienti e anche di espandersi in un nuovo business.

3. Testa supporto laser

L’azienda è convinta che con la sua macchina, un sistema quad-laser, allargherà il mercato degli utilizzatori della produzione additiva metallica. Questo accelerando il processo di quattro volte, rispetto alle soluzioni tradizionali, rendendolo economicamente vantaggioso.

La chiave del successo della macchina è un componente critico del si­stema: il sistema ottico innovativo, progettato interamente in azienda e in grado di gestire i 4 fasci laser alla base del suo funzionamento.

I laser a fibra itterbio entrano nel sistema ottico e sono guidati alla loro destinazione da quattro coppie di specchi, mossi da azionamenti gal­vanici, che ruotano per dirigere i raggi dove richiesto sulla piastra di costruzione. Il sistema ottico focalizza anche i laser in modo dinamico, correggendo costantemente la lunghezza focale in funzione della posi­zione nell’area di lavoro.

Ottenere un risultato di precisione richiede conoscenza di ottica e di si­stemi di controllo, cioè le competenze che l’azienda ha sviluppato nei decenni. A ciò si è sommata la sua capacità di realizzare internamente componenti prodotti in maniera additiva: progettare da zero con un ap­proccio “additivo” ha permesso di ridurre l’ingombro del blocco di con­tenimento e di incorporare nelle sue pareti metalliche un sistema di raf­freddamento a canali conformi.

La vicinanza dei punti di emissione dei laser e la stabilità termica supe­riore permettono alla macchina di affrontare le sfide della produttività facendo il miglior uso della piattaforma di media dimensione, la più utilizzata nell’ambito additivo per il metallo.

Il sistema ottico è anche prodotto sfruttando una tecnica di produzione ibrida, che incorpora nel pezzo finale la piastra di partenza del processo, normalmente rimossa al termine della fusione. Ciò porta un triplo vantaggio: risparmio di mate­riale, lavorazione più rapida, assenza della fase di distacco del pezzo dalla piastra post-fusione.

Conclusioni

Le tecnologie additive offrono la possibilità di usufruire di nuove opzioni in molte applicazioni manifatturiere e, in particolare, in quelle con­nesse alla manutenzione di beni strumentali e/o alle applicazioni B2B, consentendo, tra l’altro, un approccio al problema di natura “digital ma­nufacturing/Industria 4.0”.

Tuttavia, la loro relativa gioventù non ha ancora permesso una diffusione comparabile a quella delle tecnologie “tradizionali”, lasciando però intravvedere un notevole potenziale, che po­trà contribuire alla competitività di coloro che sapranno agire di conseguenza. A tal fine, AI­TA-Associazione Italiana di Tecnologie Additive (www.aita3d.it) organizza una serie di incontri e di workshop, che intendono far conoscere alle aziende italiane le opportunità di questo nuovo “modo” di intendere il manifatturiero.

Enrico Annacondia, Coordinatore AITA, Associazione Italiana Tecnologie Additive

Bibliografia

Enrico Annacondia, Tutto quello che c’è da sapere sull’additive manufacturing (GUIDA) – Innovation Post, settembre 2018, www.innovationpost.it/2018/09/17/tutto-quel­lo-che-ce-da-sapere-sulladditive-manufactu­ring-guida/

AA.VV., “Il parco macchine utensili e sistemi di produzione dell’industria italiana”, Centro Stu­di & Cultura d’Impresa UCIMU-SISTEMI PER PRODURRE, novembre 2015, www.ucimu.it/attivita/progetti-e-iniziative/il-parco-macchi­ne-utensili-e-sistemi-di-produzione-dellindu­stria-italiana/

AA.VV., “Rapporto di Settore 2017”, Centro Stu­di & Cultura d’Impresa UCIMU-SISTEMI PER PRODURRE, giugno 2018, www.ucimu.it/setto­re/per-saperne-di-piu/