L'intero telaio dell'auto di Divergent3D è stampato in 3D. Ha fatto il suo debutto pubblico presso lo stand di SLM Solutions al Formnext 2018 di Francoforte, in Germania, dal 13 al 16 novembre.
Se avete familiarità con la produzione additiva (AM), probabilmente conoscete gli ugelli stampati in 3D per la piattaforma di motori a reazione Leap di GE. La stampa specializzata si occupa di questa vicenda dal 2012, poiché si è trattato del primo caso ampiamente pubblicizzato di applicazione della produzione additiva in un contesto produttivo reale.
Gli ugelli del carburante monoblocco sostituiscono quelli che in precedenza erano composti da 20 parti. Dovevano inoltre avere un design robusto perché esposti a temperature fino a 2.400 gradi Fahrenheit all'interno del motore a reazione. Il componente ha ottenuto la certificazione di volo nel 2016.
Oggi, secondo quanto riportato, GE Aviation ha ricevuto oltre 16.000 ordini per i suoi motori Leap. A causa della forte domanda, l'azienda ha dichiarato di aver stampato il suo 30.000° ugello del carburante tramite stampa 3D nell'autunno del 2018. GE Aviation produce questi componenti ad Auburn, in Alabama, dove gestisce oltre 40 stampanti 3D per metalli per la produzione dei pezzi. GE Aviation afferma che ogni motore Leap ha 19 ugelli del carburante stampati in 3D.
I dirigenti di GE potrebbero essere stanchi di parlare di ugelli del carburante, ma questi hanno spianato la strada al successo dell'azienda nel campo della produzione additiva. Infatti, tutte le riunioni di progettazione di nuovi motori iniziano con una discussione su come integrare la produzione additiva nello sviluppo del prodotto. Ad esempio, il nuovo motore GE 9X, attualmente in fase di certificazione, ha 28 ugelli del carburante e un miscelatore di combustione stampato in 3D. In un altro esempio, GE Aviation sta riprogettando un motore turboelica, rimasto pressoché invariato per circa 50 anni, che avrà 12 componenti stampati in 3D che contribuiranno a ridurre il peso del motore del 5%.
"Negli ultimi anni ci siamo dedicati all'apprendimento della produzione additiva di componenti di grandi dimensioni", ha dichiarato Eric Gatlin, responsabile del team di produzione additiva di GE Aviation, rivolgendosi alla platea riunita presso lo stand dell'azienda al Formnext 2018 di Francoforte, in Germania, all'inizio di novembre.
Gatlin ha poi definito l'adozione della produzione additiva un "cambiamento di paradigma" per GE Aviation. Tuttavia, la sua azienda non è sola. Gli espositori di Formnext hanno notato che quest'anno alla fiera erano presenti più produttori (OEM e Tier 1) che mai. (I funzionari della fiera hanno riferito che 26.919 persone hanno partecipato all'evento, con un aumento del 25% rispetto a Formnext del 2017). Mentre i produttori aerospaziali hanno guidato la spinta per rendere la produzione additiva una realtà in officina, le aziende automobilistiche e dei trasporti stanno guardando alla tecnologia in un modo nuovo. In un modo molto più serio.
Nel corso di una conferenza stampa a Formnext, Paul Heiden, vicepresidente senior di Ultimaker, ha illustrato i dettagli di come Ford abbia utilizzato le stampanti 3D dell'azienda presso il suo stabilimento di Colonia, in Germania, per creare gli stampi di produzione per la Ford Focus. Ha affermato che l'azienda ha risparmiato circa 1.000 euro per ogni stampo rispetto all'acquisto dello stesso stampo da un fornitore esterno.
Se gli ingegneri di produzione hanno bisogno di strumenti, possono caricare il progetto in un software di modellazione CAD 3D, perfezionarlo, inviarlo a una stampante e farlo stampare in poche ore. I progressi del software, come l'integrazione di un maggior numero di tipologie di materiali, hanno contribuito a rendere gli strumenti di progettazione più facili da usare, in modo che anche chi non ha esperienza possa utilizzarli, ha affermato Heiden.
Dopo aver dimostrato l'utilità di utensili e attrezzature stampati in 3D, Heiden ha affermato che il prossimo passo per Ford è affrontare il problema delle scorte di pezzi di ricambio. Invece di immagazzinare centinaia di pezzi, le stampanti 3D verranno utilizzate per stamparli solo al momento dell'ordine. Da lì, Ford intende valutare l'impatto che questa tecnologia può avere sulla produzione di componenti.
Altre case automobilistiche stanno già integrando strumenti di stampa 3D in modi innovativi. Ultimaker fornisce alcuni esempi di strumenti utilizzati da Volkswagen nel suo stabilimento di Palmela, in Portogallo:
Realizzato con una stampante 3D Ultimaker, questo strumento viene utilizzato per guidare il posizionamento dei bulloni durante l'assemblaggio delle ruote nello stabilimento Volkswagen in Portogallo.
Quando si tratta di ridefinire la produzione automobilistica, c'è chi pensa in grande. Kevin Czinger di Divergent3D è uno di questi.
Czinger vuole ripensare il modo in cui vengono costruite le auto. Vuole creare un nuovo approccio che utilizzi la modellazione computerizzata avanzata e la produzione additiva per realizzare telai più leggeri rispetto a quelli tradizionali, con un minor numero di componenti, prestazioni superiori e costi di produzione inferiori. Divergent3D ha presentato il suo telaio stampato in 3D presso lo stand di SLM Solutions Group AG a Formnext.
Il telaio stampato sulla macchina SLM 500 è costituito da nodi auto-fissanti che si incastrano perfettamente dopo la stampa. I responsabili di Divergent3D affermano che questo approccio alla progettazione e all'assemblaggio del telaio potrebbe far risparmiare 250 milioni di dollari, eliminando i costi di attrezzaggio e riducendo del 75% il numero di componenti.
L'azienda spera di vendere in futuro questo tipo di unità produttiva alle case automobilistiche. Divergent3D e SLM hanno stretto una stretta collaborazione strategica per raggiungere questo obiettivo.
Senior Flexonics non è un'azienda molto conosciuta dal grande pubblico, ma è un importante fornitore di componenti per aziende nei settori automobilistico, diesel, medicale, petrolifero e del gas e della produzione di energia. I rappresentanti dell'azienda si sono incontrati con GKN Powder Metallurgy lo scorso anno per discutere le possibilità offerte dalla stampa 3D, e le due aziende hanno condiviso i loro casi di successo a Formnext 2018.
Componenti riprogettati per sfruttare i vantaggi della manifattura additiva sono le valvole di aspirazione e di scarico per i radiatori di ricircolo dei gas di scarico per applicazioni su autocarri commerciali, sia su strada che fuoristrada. Advanced Flexonics è interessata a verificare se esistono modi più efficienti per creare prototipi in grado di resistere a test sul campo e, possibilmente, alla produzione di massa. Grazie alla sua esperienza pluriennale nella produzione di componenti per applicazioni automobilistiche e industriali, GKN possiede una conoscenza approfondita della porosità funzionale dei componenti metallici.
Quest'ultimo aspetto è importante perché molti ingegneri ritengono che i componenti per determinate applicazioni su veicoli industriali richiedano una densità del 99%. In molte di queste applicazioni, tuttavia, non è così, secondo Adrian Keppler, CEO di EOS, come confermato anche dal fornitore e partner di tecnologie per macchinari.
Dopo aver sviluppato e testato componenti realizzati con il materiale EOS StainlessSteel 316L VPro, Senior Flexonics ha constatato che i componenti prodotti con la manifattura additiva soddisfacevano gli obiettivi di prestazione prefissati e potevano essere realizzati più rapidamente rispetto ai componenti fusi. Ad esempio, il portale può essere stampato in 3D nel 70% del tempo rispetto al processo di fusione. Durante la conferenza stampa, tutte le parti coinvolte nel progetto hanno riconosciuto il grande potenziale di questa tecnologia per la futura produzione in serie.
"Bisogna ripensare al modo in cui vengono realizzati i componenti", ha affermato Kepler. "Bisogna considerare la produzione da una prospettiva diversa. Non si tratta di fusioni o forgiature."
Per molti nel settore della manifattura additiva, il Santo Graal è vedere la tecnologia affermarsi ampiamente negli ambienti di produzione ad alto volume. Agli occhi di molti, ciò rappresenterebbe la sua completa accettazione.
La tecnologia AM viene utilizzata per produrre queste valvole di ingresso e uscita per i sistemi di ricircolo dei gas di scarico destinati ai camion commerciali. Il produttore di questi prototipi, Senior Flexonics, sta studiando altri utilizzi della stampa 3D all'interno della propria azienda.
Con questo obiettivo in mente, gli sviluppatori di materiali, software e macchinari stanno lavorando intensamente per realizzare prodotti che lo rendano possibile. I produttori di materiali puntano a creare polveri e plastiche in grado di soddisfare le aspettative di prestazione in modo ripetibile. Gli sviluppatori di software stanno cercando di ampliare i propri database di materiali per rendere le simulazioni più realistiche. I costruttori di macchinari stanno progettando celle di produzione più veloci e con intervalli di produzione più ampi per poter realizzare più pezzi contemporaneamente. C'è ancora del lavoro da fare, ma c'è grande entusiasmo per il futuro della produzione additiva nel mondo reale.
"Lavoro in questo settore da 20 anni e, durante questo periodo, ho continuato a sentire dire: 'Stiamo per introdurre questa tecnologia in un ambiente di produzione'. Quindi abbiamo aspettato e aspettato", ha affermato Paul Bates, direttore del Centro di competenza per la produzione additiva di UL e presidente dell'Additive Manufacturing User Group. "Ma credo che stiamo finalmente arrivando al punto in cui tutto sta convergendo e sta accadendo davvero."
Dan Davis è caporedattore di The FABRICATOR, la rivista di lavorazione e formatura dei metalli con la maggiore tiratura del settore, e delle sue pubblicazioni sorelle, STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal e The Welder. Lavora a queste pubblicazioni dall'aprile del 2002.
Il Rapporto sulla Produzione Additiva si concentra sull'utilizzo delle tecnologie di produzione additiva nella produzione reale. Oggi i produttori utilizzano la stampa 3D per realizzare utensili e attrezzature, e alcuni impiegano la produzione additiva anche per la produzione di grandi volumi. Le loro esperienze saranno presentate in questo articolo.