Cosa sta prendendo forma con la manifattura additiva e la robotica?

Sempre più utilizzata dai settori industriali e cambiando radicalmente il modo in cui vengono realizzati molti prodotti, la produzione additiva (AM) continua a essere una forza trainante per la prototipazione e la produzione manifatturiera avanzata. Si prevede che cresca a un tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 20,8% entro il 2030, questo processo di utilizzo dei dati di progettazione digitale per creare con successo oggetti tridimensionali solidi fondendo insieme strati di materiale [stampa 3D (3DP)] consente moltissimo di flessibilità nel processo produttivo, continuando a incidere sul panorama industriale.

Che si tratti di attrezzature per compositi, prototipi di aerei o parti di automobili, le progettazioni di prodotti, una volta ritenute troppo complesse, stanno ora diventando realtà, grazie alla tecnologia 3DP più precisa e affidabile. I progressi nel controllo del movimento, nella conversione di potenza e nella robotica stanno contribuendo ad espandere la portata dell’AM, consentendo la creazione rapida di oggetti sofisticati e durevoli attraverso metodi come la fusione laser selettiva (SLM), la modellazione a deposizione fusa (FDM) e il getto di legante.

Le stampanti 3D desktop di base e quelle con motori passo-passo stanno lasciando il posto alle stampanti 3D servocontrollate con feedback ad alta risoluzione, che consentono il controllo di posizione, velocità e coppia ad alta velocità. Per completare questo processo vengono incorporati anche robot a sei assi con poche limitazioni ai potenziali angoli di stampa e robusti sistemi a portale per la stampa di grandi strutture, spingendo i produttori a dare un’altra occhiata alle possibilità che questo processo e questa tecnologia possono offrire.

L'AM è ideale per riparare parti vecchie, personalizzare parti di produzione o prototipare/modellare nuove per i produttori che necessitano di parti o dispositivi unici. Le aziende possono utilizzare il 3DP come parte del processo di progettazione ingegneristica, degli strumenti e della fabbricazione interna di geometrie uniche.

Produzione flessibile – La produzione su piccola scala prospera adattando e sfruttando la libertà di progettazione. La capacità del 3DP di incorporare più di cento materiali diversi e di produrre quasi tutte le forme lo rende un must per i fab shop. I progettisti possono ridurre le singole parti utilizzate in un assieme, eliminando potenziali punti di guasto per una maggiore durata.

Riduzione dei costi – Il processo additivo richiede meno manodopera e riduce la materia prima utilizzata, risparmiando risorse preziose e denaro. Ad esempio, stampare solo la parte principale della parte elimina gli sprechi derivanti dalla lavorazione di una piccola percentuale di materia prima anziché dalla lavorazione della maggior parte del materiale non necessario da una billetta metallica. I tipici sistemi di bracci robotici AM ad arco metallico (WAAM) possono anche essere meno costosi delle stampanti AM a polvere. Il Center for Advanced Manufacturing (CAM) della Scuola di Ingegneria di Viterbi dell'Università della California del Sud (USC) ha utilizzato WAAM proprio per questa ricerca, riducendo tempi e costi per varie parti e attrezzature.

Efficienza produttiva – Con catene di fornitura lente, 3DP offre un'alternativa economica e tempestiva alle settimane di attesa per l'arrivo delle parti più necessarie nel reparto di produzione, in particolare per le parti personalizzate di quantità 1. L'AM richiede tempi di inattività molto inferiori, aiutando i produttori a produrre parti o attrezzature su richiesta, mantenendo la produttività per consegne puntuali e scadenze dei progetti.

Considerazioni sui materiali – Anche la varietà di materiali compatibili disponibili per il 3DP contribuisce a ottimizzare questo processo. Dalla plastica al gesso, esistono opzioni praticabili per soddisfare requisiti applicativi unici.

Popolare con l'uso dei robot, WAAM utilizza il filo di apporto metallico in un processo di saldatura ad arco metallico a gas (GMAW) per produrre strutture in acciaio conformi. In competizione con i processi laser tradizionali, i nuovi metodi offrono una risoluzione più elevata sostituendo il filo con l’uso della polvere metallica, facilitando un prodotto finale più liscio con meno linee. Le testine di stampa di precisione ad alta deposizione migliorate richiedono poca finitura e lucidatura e consentono anche parti di fascia alta.

Soluzioni innovative – Per aiutare il processo additivo, le piattaforme di programmazione offline con software 3DP fungono da collegamento tra il modello digitale e il modello reale creato. Conosciute come software slicer 3DP, queste piattaforme aiutano a trasformare il modello digitale in istruzioni di stampa, chiamate G-code.