La stampa 3D, grazie alla sua costante evoluzione, ci permette di misurarci ogni giorno con sfide nuove per soddisfare i bisogni dell’industria.
Un workflow dinamico
La stampa 3D evolve e migliora progressivamente le sue prestazioni, concedendoci di misurarci come alleati di produzione anche su larga scala, attraverso un insieme di procedure modulate su ogni singolo cliente che diventano un progredire fluido verso la soluzione vincente.
Approfondiamo oggi il tema della produzione additiva su scala industriale insieme a Vanna Menco (CEO Prosilas) ed il nostro tecnico Roberto Nasini.
Partiamo dal presupposto ormai consolidato secondo cui la manifattura additiva (AM o additive manufacturing) sia nata per il rapid prototyping, come il sistema più rapido e ottimizzato per sviluppare prototipi.
Può capitare però che la tecnologia esca dai propri confini, come in questo caso, conquistando progressivamente terreno fino a raggiungere volumi di produzione che vanno ben oltre i pochi pezzi.
Nel caso della produzione su scala industriale infatti, l’AM può diventare una parte fondamentale nel processo di Life Cicle Assessment del prodotto, all’interno di fasi che si adattano di volta in volta alla nuova realizzazione.
L’importanza del design for additive e dell’ottimizzazione, nella produzione su larga scala
“I nostri clienti hanno esigenze produttive molto diverse fra loro. Gli oggetti che ci viene richiesto di realizzare, soprattutto la prima volta, sono stati spesso disegnati per altre tecnologie, come lo stampaggio a iniezione. In questo caso possiamo chiedere di adattare il modello affinché sia stampabile con la tecnologia, prevalentemente SLS, intervenendo su spessori e dimensioni”.
Questa fase di co-design è spesso necessaria per studiare e capire dove l’oggetto può essere migliorato, ad esempio, con ottimizzazione della geometria oppure con un rinforzo meccanico. Talvolta si cerca una performance diversa, altre volte l’esigenza è quella di ottenere le medesime prestazioni ma con materiali differenti.
“Si possono fare modifiche più o meno sostanziali nella matematica, ragionando su scala industriale, per ottimizzare consumi, estetica e prestazioni eliminando ad esempio materiale dove non serve e creando strutture (come nel modello Voronoi) che abbassino i tempi di produzione”.
Ragionando sempre nell’ottica di una produzione su larga scala, può essere utile anche considerare un re-design (o design) completo del pezzo, con finalità funzionali o estetiche: pensiamo ad esempio alla progettazione di una suola più leggera rispetto al modello di partenza, per la quale vengono proposti una serie di adattamenti volti a creare un design con la stessa forma ma stampabile in 3D con una soluzione di struttura lattice, più pratica rispetto ad altri materiali o metodi più tradizionali.
L’obiettivo? Ridurre il tempo di produzione
In entrambi i casi, co-design o re-design, c’è un work in progress attivo al fianco del cliente, con approvazione di ogni proposta da parte dell’ufficio tecnico. L’obiettivo di base, pensando ad una produzione su volumi industriali, è spesso l’alleggerimento dei pesi: non tanto per ridurre i costi relativi all’impiego di materiale, quanto piuttosto per utilizzare meno tempo in macchina, per la stampa. Si cerca il giusto bilanciamento tra riduzione del materiale e tempo macchina.
È questo il fattore chiave, infatti, su cui si gioca la possibilità o meno di incrementare la produttività. Per sfruttare al massimo questo elemento, proponiamo strutture idonee alla performance meccanica, che siano più agevoli in fase di stampa, in base alle tempistiche di un ciclo produttivo già testato. Tutto questo perché il cliente abbia la produttività maggiore nel minor tempo, altrimenti il costo non sarà competitivo.
Gli accorgimenti giusti per una produzione industriale additiva più efficiente
Producendo su larga scala, specialmente con tecnologia SLS, è anche cruciale comprendere il migliore orientamento in macchina del pezzo. “Insieme al cliente ci chiediamo quale sia la finalità dell’oggetto – principalmente estetica o meccanica – e le condizioni di lavoro”. Le risposte influiscono sull’orientamento e sull’ottimizzazione in macchina dei vari pezzi, sempre per ottenere un risparmio di tempo e una maggiore produttività realizzando più parti insieme.
A questo si associa uno studio dei cicli produttivi che garantisca la massima produttività: ad esempio, che i cambi macchina siano continuativi, agganciando la coda di stampa per una produzione più efficiente e programmando il cambio macchina durante le ore lavorative.
Anche la scelta del materiale gioca un ruolo chiave: avviene in fase di co-design e subisce una verifica importante in fase di pre-produzione con pezzi di prova (pre-serie), per valutare il prodotto prima di lanciarsi in grosse produzioni. “Il caso più tipico è quando il cliente racconta come ‘ha sempre fatto’ e che cosa utilizza con altre tecnologie. Qui interviene la consulenza e l’indirizzo, a seconda del risultato che si vuole ottenere”.
Il ruolo della stampa 3D per la produzione su larga scala sta dunque crescendo. Ma che cosa manca per arrivare a sfruttare questo sistema al massimo?
Gli aspetti su cui è necessario intervenire sono la velocità delle macchine e le automazioni, i processi cioè che non dipendono dalla presenza del personale. Sia nella stampa 3D SLS sia nella SLA si studia in quella direzione. Il futuro, però, sembra davvero alle porte. Già nel 2020 un’azienda come Prosilas vedeva nel suo lavoro un 70% di prototipi e un 30% di produzione. Oggi il trend resta in crescita e la tecnologia sarà presto pronta al prossimo salto.
ROBERTO NASINI
Senior Technician
Roberto Nasini è parte del TAB – Technical Advisory Board del team Prototal, oltre ad essere uno dei nostri tecnici di maggiore esperienza, sia per l’uso delle tecnologie SLS che per SLA, addetto a valutazioni di fattibilità, uso dei sistemi di scansione 3D e reportistica, preventivazione e supporto tecnico.