Se sei un ingegnere industriale o sel lavori in fabbrica, a volte ti sarai domandato: come trarre benefici dalla stampa 3D in un sito produttivo?

Sebbene la stampa 3D sia stata inventata nel 1982 e venga considerata ormai una tecnologia consolidata, essa non viene ancora sfruttata al suo pieno potenziale.

In questo post vi mostreremo come la stampa 3D possa garantire un enorme vantaggio competitivo in un ambiente produttivo, specialmente in fase di sviluppo nuovi prodotti.

Ad oggi sul mercato ci sono diverse tecnologie 3D (se ne possono identificare 7), ognuna delle quali con I suoi vantaggi e svantaggi. In questo post mi focalizzerò sull’Estrusione di Materiale.

Che cos’è l’estrusione di materiale?

L’Estrusione di Materiale si riferisce ad ogni processo di stampa 3D che costruisce oggetti strato dopo strato iniettando del materiale semi-liquido da un ugello controllato numericamente. I materiali più utilizzati sono polimeri termoplastici che vengono temporaneamente fusi attraverso un ugello riscaldato a circa 200°. Tale tecnologia venne inventata da Stratasys che la ribattezzò ‘fused deposition modelling’ o ‘FDM’. Il termine FDM viene ora comunemente utilizzato per riferisi all’estrusione di termoplastiche, ma anche in senso più ampio a tutte le tecnologie di estrusione.

La maggioranza delle stampanti 3D oggi disponibili sul mercato sfruttano questa tecnologia. Su Amazon, per esempio, si può trovare una buona stampante 3D da 250 fino a 5000€, in funzione del volume di stampa, numero di ugelli, risoluzione e altre variabili. Giusto per capirsi, una stampante con un volume di stampa di 250x250x250mm e una risoluzione di 0,1 mm può essere acquistata a circa 250€.

Cosa posso fare con una stampante 3D economica?

Ci sono infinite opportunità. Ma consideriamo la seguente applicazione, sulla base delle mie esperienze precedenti. Assumiamo che si debba produrre un nuovo componente che dev’essere controllato mediante CMM. Ciò implica:

1. Progettare e costruire l’attrezzatura per mantenere in posizione il componente
2. Programmare la CMM per definire il percorso e i punti di tastatura della sonda

1. Disegnare e costruire l’attrezzatura

I costi e i tempi dipendono sostanzialmente dallo scopo e dalla complessità dell’attrezzatura, ma in generale occorre seguire i seguenti passaggi:

1. 1. Progettazione (1 settimana)
   2. Costruzione (3-4 settimane)
   3. Spedizione (2-3 settimane)
   4. Test (1-2 giorni)

Complessivamente il processo può impiegare 5-6 settimane. Quali sono i costi costruttivi associati?

1. 1. Materiale (normalmente acciaio / alluminio)
   2. Macchina (tornio/fresa/rettifica)
   3. Attrezzaggio (a volte sono necessarie attrezzature speciali, che aumentano i costi complessivi)
   4. creazione del Part Program
   5. Manodopera
   6. Ispezione finale (è conforme al disegno?)

Non è raro che i costi complessivi si aggirino tra i 500€ e i 2500€ per un attrezzo, in funzione della dimensione e della quantità. Occorre altresì considerare che nello sviluppo di un nuovo prodotto ci possono essere diverse iterazioni, e che l’attrezzo progettato potrebbe non andare più bene per il design successivo.

2. Programmare la CMM

Sebbene al giorno d’oggi la programmazione può essere fatta offline, è ancora una buona pratica verificare il programma su un pezzo fisico. Ciò implica la disponibilità dell’attrezzatura e di un particolare da ispezionare. Pertanto, il part program non può essere testato fino a che il primo pezzo non è stato prodotto. E nella maggior parte dei casi è già troppo tardi!

Soluzione

Usando una stampante 3D, possiamo ottenere le stesse funzionalità richieste da un attrezzo in acciaio o alluminio, ma con i seguenti benefici:

• Ii tempi del processo costruttivo si possono ridurre del 90%, in funzione della dimensione del pezzo (ma non della complessità!). Tipicamente, stiamo parlando di ore, forse 1-2 giorni al massimo. Il che siginifica che si può spendere più tempo nella progettazione e nell’ottimizzazione del concetto;
• Il costo del materiale può essere ridotto circa della stessa percentuale. Filamenti di PLA o ABS costano circa 20€/kg. Assumendo un attrezzo di un 1 kg, abbiamo un attrezzo a 20€ considerando solo il materiale (ma probabilmente meno, visto che si può ottimizzare il design con nervature, fori interni per ridurre il materiale, il peso, e il costo);
• Non hai bisogno di lavorazioni meccaniche, per cui nessun costo di ammortamento, utensili, attrezzi, costi di programmazione e mano d’opera;
• Nessuna spedizione, assumendo che si abbia la stampante in casa;
• Hai bisogno di assemblare l’attrezzo? Nella maggioranza dei casi, questo non è più necessario, risparmiando ulteriore tempo.

E la programmazione della CMM? Adesso che il tuo attrezzo è disponibile, hai bisogno di un pezzo fisico. Puoi stamparlo con un’accuratezza di 0.1 mm, che va sicuramente bene allo scopo. Pertanto, in un paio di giorni e con qualche euro in più (il costo del materiale per stampare il tuo pezzo), hai tutto il tuo quello che ti serve per verificare il tuo part program, il che significa che il tuo lead time / time-to-market finale è ridotto considerevolmente per questa specifica fase.

Conclusione

In questo post ho vi ho presentato alcuni benefici della tecnologia ad estrusione di materiale. Infatti, anche stampanti 3D economiche possono portare considerevoli risparmi in termini di tempo e costi, senza compromettere la funzionalità. Riprendendo l’esempio dell’attrezzo per CMM, si possono stimare fino al 90% sia di risparmio di tempo che di costi.  

Quali altre tecnologie di stampa 3D si possono utilizzare e come trarne vantaggio in un sito produttivo?

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