La filiera additiva dei metalli: dal generative design alla produzione

A MECSPE per la prima volta in fiera verrà impiegata la stampa 3D di metalli per produrre sotto gli occhi dei visitatori un componente della monoposto sportiva BAC Mono (presente nell’area), riprogettato impiegando tecniche tradizionali e di generative design per la manifattura additiva. La filiera è completata da un centro di lavoro verticale per la finitura e da un sistema di misura a cinque assi multisensore per il controllo dei pezzi prodotti e la loro certificazione.

A MECSPE, l’evento di riferimento per l’industria manifatturiera che si terrà a Parma tra il 22 e il 24 marzo, sarà approntata all’interno delle otto filiere che quest’anno comporranno la Fabbrica digitale, oltre l’automazione (Ingresso Sud), un’area dedicata alla produzione digitale, intitolata “La filiera additiva dei metalli: dal generative design alla produzione“. Per la prima volta in fiera verrà usata la stampa 3D di metalli per produrre sotto gli occhi dei visitatori il mozzo della monoposto sportiva Mono della casa automobilistica britannica Briggs Automotive Company (BAC), fondata nel 2009 dai fratelli Neill e Ian Briggs. La vettura, che sarà visibile nell’area, è mossa da un motore Cosworth in grado di erogare una potenza di 289 CV. Tutto il percorso che ha portato alla realizzazione di questa automobile, dall’idea al prodotto tangibile, è stato effettuato con software Autodesk. La multinazionale per questa filiera si è spinta però ancora oltre, ripensando il mozzo della Mono, solitamente realizzato dal pieno tramite lavorazioni tradizionali sottrattive, con due diversi approcci: nel primo caso la progettazione per manifattura additiva è stata totalmente definita dall’operatore CAD con l’inserimento finale della struttura-lattice, mentre nel secondo caso il pezzo è stato reingegnerizzato automaticamente dal computer attraverso la tecnologia innovativa del generative design.

Nell’area si potranno vedere i pezzi prodotti con le diverse tecniche di progettazione e anche i dettagli di sviluppo di tutti i software di Autodesk coinvolti nello sviluppo della monoposto. “Per la prima volta l’intero processo ideativo di un’automobile – sottolinea Franco Calloni, South Europe sales digital manufacturing leader di Autodeskè all’interno di un’area espositiva. Un traguardo reso possibile grazie alla interdisciplinarità dei software Autodesk che permettono di gestire con un unico referente tecnologico tutta la filiera. Il workflow, mostrato e realizzato con la collaborazione degli altri partner presenti, Renishaw, DMG Mori e Wenzel, ha proprio lo scopo di evidenziare come oggi la tecnologia sia in grado di cambiare il mondo della progettazione e della produzione, creando parti sempre più leggere e sostenibili“.

Rendering di un mozzo mediante Autodesk Fusion

Per quanto riguarda i software Autodesk impiegati per la Mono, lo studio delle superfici è stato fatto con Alias Auto Studio, che permette lo schizzo di modellazione concettuale e della visualizzazione di prodotto che viene normalmente integrata da un CAD 3D: nello specifico Inventor. Un progetto però non sarebbe completo senza l’opportunità di verificare quale possa essere il comportamento dei materiali soggetti a stress. Da qui il ricorso a Helius FPA che ha il compito di ottimizzare l’analisi agli elementi finiti, andando a prevederne comportamenti e guasti sotto fatica. Il flusso progettuale ideativo inoltre prevede l’utilizzo di Moldflow, software di Autodesk per la simulazione dello stampaggio a iniezione di materie plastiche. Con lo scopo di ottimizzare le parti da realizzare in materiale plastico, i relativi stampi a iniezione e i processi di produzione. Tutto questo passando attraverso 3D Vred, il programma che aiuta i progettisti del settore automobilistico a realizzare rendering di prodotti, revisioni di progetti e prototipi virtuali. “C’è però un aspetto ancor più interessante – afferma Callonie che potrete scoprire visitando l’area dedicata: l’utilizzo del generative design, lo strumento principe esclusività di Autodesk che permette di lasciare che sia il software a individuare le migliori soluzioni per realizzare un determinato componente. Inevitabile coronamento di questo flusso operativo è Fusion Lifecycle, PLM cloud che permette di migliorare e automatizzare i flussi di lavoro dando grazie al cloud sicuro, l’accesso ai dati di cui chiunque partecipi al progetto può avere necessità“.

 

Dopo la progettazione, la stampa

Nella filiera in MECSPE, dopo la progettazione il timone passa alla stampa 3D. Le due versioni del mozzo riprogettate da Autodesk vengono stampate “in diretta” in fiera – ed è la prima volta che accade per la fabbricazione additiva che impiega polvere di metallo – dalla RenAM 500M di Renishaw. Si tratta di un sistema di produzione additiva a fusione di letto di polvere per mezzo di laser progettato appositamente per la produzione di componenti metallici. È dotato di sistemi automatici per la gestione di polvere e rifiuti, grazie ai quali consente una qualità costante dei processi, riduce il tempo richiesto all’operatore e assicura alti livelli di sicurezza. “La produzione additiva di componenti in metallo – afferma Enrico Maria Orsi, product manager Additive Manufacturing Products di Renishawè sempre più utilizzata in ambito industriale per produrre particolari pienamente funzionali e con prestazioni superiori a quelle tradizionali. La tecnica di fabbricazione, anche nota come stampa 3D, ha superato la fase prototipale e si pone ora in maniera completamente orientata alla produzione: questa nuova modalità produttiva non sostituisce completamente le tecniche tradizionali di lavorazione con macchine utensili ma si affianca ad esse, con l’obiettivo di realizzare componenti più leggeri, personalizzati e con alte prestazioni grazie a una nuova libertà di progettazione. Ciò che una volta era riservato ad applicazioni ad alto valore aggiunto come componenti aerospaziali, impianti medicali personalizzati, pezzi per veicoli da corsa e inserti per stampi speciali, sta arrivando ad essere competitivo anche per applicazioni più comuni, anche grazie alle innovazioni che Renishaw sta introducendo nel mercato. La nostra gamma di macchine copre il campo di dimensioni più importante, con un volume di lavoro di 250x250x350 mm e offre caratteristiche straordinariamente importanti come software potente e di semplice utilizzo, setacciatura automatica delle polveri, fino a quattro laser attivi sull’intero campo di lavoro contemporaneamente, apertura del processo a polveri di altri produttori, piastre ad alta temperatura e dispositivi per facilitare la ricerca sui materiali. Tutto questo associato a una sicurezza senza confronti e a un supporto tecnico e applicativo attento alle esigenze dei clienti“.

Particolare della soluzione per l’additive manufacturing RenAM 500M.

 

La finitura e il controllo

Il terzo passaggio della filiera è rappresentato dalla finitura del pezzo uscito dalla stampante 3D con il centro di lavoro DMC 1150 V di DMG Mori, una macchina caratterizzata da alte prestazioni e da un’elevata precisione assicurate dalla refrigerazione dei motori, dalle guide lineare e da sistemi di misura diretta. Il basamento della macchina è in ghisa minerale, che supporta il montante in ghisa grigia, il quale costituisce a sua volta la base di appoggio della slitta X/Y. La tavola fissa sul basamento consente un carico pari a 1.500 Kg, mentre la superficie di serraggio misura 1.400 x 750 millimetri. La stabilità è garantita dalle guide e dalle viti a ricircolo di sfere sovradimensionate. Le masse in movimento rimangono sempre inalterate, indipendentemente dal peso del pezzo lavorato, generando un comportamento dinamico costante che influisce positivamente sulla precisione di lavorazione. Su questa macchina, che funzionerà in modalità demo, è previsto il controllo in-process.

Il centro di lavoro ad alte prestazioni DMC 1150 V.
Macchina di misura Wenzel LH con tecnologia Revo.

La filiera è completata un sistema di misura multisensore per il controllo dei pezzi prodotti e la loro certificazione. Si tratta della macchina di misura LH di Wenzel con integrato il sistema Revo, che utilizza il movimento sincronizzato e la tecnologia di misura a cinque assi. Questo sistema è stato concepito per garantire altissime velocità di misura. I tempi di ispezione notevolmente ridotti permetto un maggior campionamento a garanzia di un processo accurato e più economico. “È ampiamente riconosciuto – spiega Daniele Zinetti, general manager di Wenzel Italiache le parti stampate in 3D stanno competendo con altre tecnologie in termini di prezzo, sulle proprietà dei materiali e sull’integrità del materiale, ma ciò che viene spesso trascurato è che le parti dovranno soddisfare gli stessi standard di integrità dimensionale considerati normale dai produttori che utilizzano altri metodi. Altri fattori che contribuiscono alla difficoltà di misurazione includono superfici altamente lucidate che non possono essere toccate, superfici lavorate di precisione che hanno tolleranze così strette che solo una soluzione tattile sarà sufficiente, o forse una combinazione di queste che potrebbe anche rendere una particolare molto difficile da ispezionare. Siamo in una posizione privilegiata in quanto disponiamo di una vasta gamma di soluzioni di misurazione disponibili per la misurazione di particolari complessi da misurare. Wenzel Group vanta una gamma di soluzioni, macchine di misura con sonde a contatto, tecnologie ottiche laser, luce strutturata e luce bianca. Il compagno perfetto per una stampante 3D è sicuramente il tomografo industriale computerizzato. Grazie alla sua semplicità il nostro tomografo exa_CT U, universale, permette in pochissimi minuti di scansione la verifica dell’integrità del materiale e della struttura e un collaudo dimensionale completo, con incorrettezze nell’ordine di pochi micro-metri“.

Per maggiori informazioni: www.mecspe.com

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