m&a DOSSIER Additive #1 gen/feb by Quine Business Publisher

DOSSIER ADDITIVE

@Danobat

A CURA DI PATRIZIA RICCI

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DOSSIER ADDITIVE @TRUMPF

LE TENDENZE DEL FUTURO NELLA STAMPA 3D PUNTANO SU SOSTENIBILITÀ, PRODUZIONE IBRIDA E SOLUZIONI INNOVATIVE, IN GRADO DI MIGLIORARE L’EFFICIENZA DEL PROCESSO PRODUTTIVO

IL FUTURO

DELL’ADDITIVE

MANUFACTURING

Il 2021 è stato certamente un anno interessante per il settore della produzione additiva, anche se, per la prima volta, è stato evidente l’impatto del COVID-19 sull’industria. Dal Wohlers Report 2021 si evince che, sebbene il settore sia cresciuto rispetto al 2020, la crescita è stata significativamente inferiore rispetto agli anni precedenti (il 7,5% rispetto a una media del 27,4%). Dato che il settore aerospaziale e in particolare l’aviazione commerciale sono stati particolarmente danneggiati dalla pandemia, per via dello stop dei voli, come conseguenza, diversi settori serviti dalla stampa 3D sono stati duramente colpiti e ciò ha avuto un impatto soprattutto sul mercato della produzione additiva dei metalli, colpito più di

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quello dei polimeri. Negli ultimi mesi del 2021, tuttavia, proprio i settori aerospaziale e automotive hanno ricominciato a crescere e la produzione additiva giocherà un ruolo decisivo in queste due industrie, che sono ora segnate da forti sfide ambientali: riduzione dell’impronta di carbonio e graduale transizione all’elettrico nel settore automobilistico. Al di là dei report, comunque, Formnext 2021, la fiera internazionale dedicata alla produzione additiva, che si è tenuta lo scorso novembre in presenza, ha registrato 17.859 partecipanti da 75 nazioni diverse e più di 600 espositori provenienti da 36 paesi, di cui circa 30 italiani, ed ha mostrato un mercato della produzione additiva decisamente più maturo rispetto a qualche anno fa, che

comincia a popolarsi non più soltanto di start-up, ma di aziende più grandi, capaci di una produzione più di massa.

Le nuove tendenze del mercato Il mercato offre macchine nuove e ottimizzate, materiali innovativi, software, soluzioni e applicazioni di post-processing. L’attenzione degli attori del mercato si concentra oggi soprattutto sull’ottimizzazione del prodotto, nonché sull’ottimizzazione della catena di fornitura AM. Tra gli obiettivi principali, creare macchine più efficaci per la produzione in serie e automatizzare i processi di produzione mediante l’applicazione della digitalizzazione alla produzione additiva nell’ambito di quei processi di industrializzazione propri dell’Industria 4.0. L’obiettivo è quello di trasformare la produzione 3D, soprattutto nel settore del metallo, in produzione digitale, per aprire la strada della produzione additiva di serie, ad esempio, per applicazioni automobilistiche. Imparare come sviluppare al meglio capacità di produzione additiva della propria azienda potrebbe essere quindi il prossimo passo per accrescerne le proprie possibilità produttive, come processo complementare alle attività produttive convenzionali. Sono molte infatti le opportunità offerte dall’additive sia nell’aprire nuovi e vecchi mercati che nel permettere di consolidare, situazioni esistenti.

Il ruolo centrale della sostenibilità L’altro tema molto dibattuto che sta diventando un obiettivo importante nello sviluppo della produzione additiva è la sostenibilità. Nel mercato della stampa 3D, come negli altri, si riflettono anche tendenze globali. Quindi, nel 2021, la sostenibilità è stata un tema centrale anche nella comunità AM. A dire il vero, l’additive manufacturing è stata una delle tecnologie in prima linea su questo tema, grazie alla sua capacità di limitare lo spreco di materiale rispetto ai metodi di produzione tradizionali. È ormai noto che, grazie all’ottimizzazione topologica, la stampa 3D utilizza solo il materiale necessario, a differenza dei metodi tradizionali basati sull’asportazione di materiale da un blocco pieno. Inoltre, la produzione on demand consente di evitare l’onere di gestire grandi stock di prodotti o pezzi di ricambio, riducendo così spazi e costi di magazzino. Mediante la tecnologia additiva è anche possibile riparare componenti ad alto valore aggiunto, estendendo il loro ciclo di vita. Infine, sono sempre di più i produttori che creano materiali a partire dai rifiuti o da altri materiali riciclati, favorendo un’economia più circolare.

dell’FDM per materiali come la ceramica e i metalli, entrambi utilizzabili nell’AM per parti, anche di uso finale, in molti settori importanti come quello aerospaziale e medico, ha messo in evidenza la continua democratizzazione della stampa 3D, in particolare per materiali non polimerici. Una sempre maggiore democratizzazione della stampa 3D di parti metalliche permetterebbe enormi progressi tecnologici e pragmatici non solo nei settori aeronautico e medico, ma anche in quelli aerospaziale, automobilistico o marittimo, nei quali si cerca sempre di risparmiare tempo e costi. Stiamo già assistendo alla realizzazione di progetti di veicoli e barche completamente stampati in 3D. Anche se la produzione additiva è sicuramente ancora agli inizi, progetti incredibilmente promettenti sono già stati sviluppati e utilizzati nell’industria dei trasporti. Nel caso dei componenti per velivoli, automobili, navi o edifici, le principali proprietà sono la stabilità, la leggerezza e soprattutto le grandi dimensioni. Proprio per questi formati di notevoli dimensioni, la stampa 3D industriale rappresenta un processo produttivo ideale, soprattutto laddove, grazie all’enorme portata delle unità robotiche, è possibile produrre anche componenti di grandi dimensioni e al contempo molto complessi da un unico pezzo, in maniera conveniente e semplice. La produzione additiva di grande formato offre una visione più ampia della stampa in 3D. L’aumento delle dimensioni di costruzione incrementa le possibilità di realizzazione: gli utenti possono creare pezzi più grandi, eliminando i vincoli di costruzione con misure standard. Grazie ai robot e alle unità lineari si ampliano le possibilità spaziali della stampa 3D in maniera enorme, aprendo nuove vie per la produzione industriale. Il dossier che segue, grazie alla partecipazione di alcune importanti aziende del settore, offre una panoramica delle più innovative tendenze del mercato della produzione additiva. Buona lettura!

La democratizzazione della stampa 3D in metallo La crescente attenzione registrata nel 2021 nei confronti M &A | GENNAIO/FEBBRAIO 2022

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ABB

ROBOTSTUDIO

CON , ABB ABILITA LA STAMPA 3D IN POCHI MINUTI E VELOCIZZA IL DIGITAL MANUFACTURING ABB HA ARRICCHITO IL SOFTWARE DI SIMULAZIONE E PROGRAMMAZIONE OFFLINE ROBOTSTUDIO CON FUNZIONALITÀ DI STAMPA 3D CHE CONSENTONO AGLI UTENTI DI PROGRAMMARE I ROBOT ABB PER ATTIVITÀ DI PRODUZIONE ADDITIVA IN SOLI 30 MINUTI 36

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Il settore della stampa 3D si avvia a un periodo di forte crescita, con un giro d’affari che si prevede raggiungerà i 34,8 miliardi di dollari nel 2024, in parte grazie allo sviluppo di nuovi materiali per la stampa 3D industriale, secondo la società di ricerche di mercato Markets and Markets. Tuttavia i metodi tradizionali di stampa 3D utilizzano macchine che comportano tempi molto lunghi, poiché la programmazione dei percorsi di stampa richiede il plottaggio di milione di punti e traiettorie. Per questo ABB ha arricchito il software di simulazione e programmazione offline RobotStudio con funzionalità di stampa 3D che consentiranno agli utenti di programmare i robot ABB per attività di produzione additiva in soli 30 minuti. Parte del pacchetto PowerPac di RobotStudio, la nuova funzionalità 3D Printing elimina la programmazione manuale per velocizzare la produzione di prototipi. Con il nuovo 3D Printing PowerPac di ABB, qualsiasi progetto realizzato con software slicer può essere “tradotto” nel codice dell’ambiente di simulazione e dei robot ABB. L’operatore può così passare dalla fase di progettazione CAD alla modellazione finale del prodotto in mezz’ora soltanto. 3D Printing PowerPac supporta svariati processi, fra cui saldatura e stampa con granuli o cemento ed è ideale per produzione additiva a basso volume e alta varietà.

Il software RobotStudio La programmazione offline è il modo migliore per massimizzare il ritorno sull’investimento per i sistemi robotici. Con i suoi nuovi metodi di programmazione, ABB sta stabilendo lo standard per la programmazione dei robot in tutto il mondo. RobotStudio è il prodotto leader sul mercato per la programmazione offline grazie al quale è possibile aumentare l’efficienza ingegneristica nelle applicazioni di lavorazione in quanto consente la creazione di percorsi complessi in pochi secondi. Il software di simulazione e programmazione offline di ABB, RobotStudio, consente di eseguire la programmazione del robot su un PC in ufficio senza interrompere la produzione, consentendo di eseguire attività come formazione, programmazione e ottimizzazione senza disturbare la produzione. Lo strumento è basato sull’ABB Virtual Controller, una copia esatta del software reale che esegue i robot in produzione. Ciò consente di eseguire simulazioni molto realistiche, utilizzando programmi di robot reali e file di configurazione identici a quelli utilizzati in officina. Può essere utilizzato anche con altre applicazioni basate su CAD/CAM e fornisce diverse strategie per generare facilmente percorsi di lavorazione e curve su superfici libere per eseguire il programma di lavorazione, soddisfacendo diverse esigenze di generazione di percorsi. Grazie alle diverse strategie di percorso è

possibile prolungare il tempo di vita dell’utensile e migliorare l’accuratezza del percorso. Lo strumento di programmazione offline per la robotica più utilizzato al mondo è dotato di un pacchetto olistico di funzionalità e componenti aggiuntivi per varie applicazioni.

RobotStudio 3D Printing PowerPac Grazie alle funzionalità di stampa 3D con cui ABB ha arricchito il software di simulazione e programmazione offline RobotStudio, gli utenti potranno programmare i robot ABB per attività di produzione additiva in soli 30 minuti. La nuova funzionalità 3D Printing, parte del pacchetto PowerPac di RobotStudio, elimina la programmazione manuale per velocizzare la produzione di prototipi. “Con il nostro nuovo software per la stampa 3D offriamo ai clienti un processo di produzione additiva più veloce e snello. Unendo il software alle prestazioni elevate dei nostri robot, le aziende manifatturiere potranno produrre in modo più efficiente oggetti stampati in 3D di alta qualità per svariate applicazioni industriali”, afferma Steven Wyatt, Head of Portfolio and Discrete Automation, ABB Robotics and Discrete Automation.

I vantaggi del nuovo software 3D Printing PowerPac è un add-in RobotStudio che estende le funzionalità di RobotStudio alla la stampa 3D con una serie di vantaggi, tra i quali la lettura e conversione dei file G-code, solitamente utilizzati per le tradizionali piccole stampanti 3D, in RAPID code, supportando più processi di stampa, come saldatura, erogazione ed estrusione di granulato. Il nuovo software non necessita di alcuna programmazione RAPID manuale, in quanto il programma di stampa RAPID completo viene generato automaticamente, senza bisogno di nessuna programmazione RAPID aggiuntiva. Provvede all’interpolazione degli assi esterni, essendo disponibili strumenti per il calcolo dell’interpolazione di assi esterni coordinati lineari e rotazionali per fornire un movimento fluido. L’estrusione del granulato può essere controllata come un asse robot integrato. Inoltre, se la vite dell’estrusore è azionata da un motore compatibile ABB, può essere controllato come un asse robot integrato, che fornisce un controllo preciso del processo. Non ha alcuna limitazione al numero di punti coordinati G-code e i dati delle coordinate vengono caricati dinamicamente durante l’esecuzione, consentendo la stampa di oggetti molto grandi. Il software ha diversi strumenti per filtrare i punti G-code non necessari, per consentire un movimento più fluido del robot, e per verificare la raggiungibilità dell’intera stampa prima dell’inizio della stampa. Infine consente, prima che il programma di stampa venga trasferito sul robot fisico, la simulazione e verifica su RobotStudio. M &A | GENNAIO/FEBBRAIO 2022

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CAMOZZI GROUP

MASTERPRINT

LA STAMPANTE 3D PIÙ GRANDE AL MONDO

INSERITA NEL GUINNESS BOOK WORLD RECORDS, LA STAMPANTE 3D MASTERPRINT® È IN GRADO DI CREARE OGGETTI LUNGHI FINO A 30,5 MT, LARGHI 6 E ALTI 3

Si chiama MasterPrint®, è la più grande stampante 3D al mondo ed è firmata Camozzi, realizzata dalla divisione Machine Tools. Masterprint® e Powermax, i due centri di lavoro della Divisione Camozzi Machine Tools per la produzione additiva e sottrattiva di pezzi di grandi dimensioni per aerospazio, difesa, energia e industria pesante, sono stati esposti, operativi entrambi, presso il Camozzi Advanced Manufacturing di Milano, durante EMO 2021, la principale esposizione del settore delle macchine utensili in Europa, che si è svolta a Milano dal 4 al 9 ottobre 2021. 38

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La Divisione è frutto della sinergia vincente tra due delle società controllate dal Gruppo, Innse-Berardi con sede a Brescia e Ingersoll Machine Tools con sede a Rockford (USA), che riunite in partnership mettono a fattor comune risorse ed esperienze nei settori aerospace, difesa, meccanica pesante, energia, navale, minerario e ferroviario. Ingersoll Machine Tools è un centro di eccellenza per l’additive manufacturing, la posa di fibra di carbonio e la lavorazione di materiali compositi, Innse-Berardi vanta un patrimonio di

competenze distintive nell’ingegneria meccanica pesante. Progettata principalmente per realizzare strumenti per l’industria aerospaziale, la stampante 3D MasterPrint® è stata costruita nello stabilimento Ingersoll.

La gamma Masterprint® Fiore all’occhiello della Divisione è la gamma Masterprint®, la stampante 3D più grande al mondo per la produzione di componenti termoplastici complessi. La soluzione, che integra una testa posizionabile su 5 assi, garantisce un’affidabilità, velocità ed efficienza senza eguali, a favore di una riduzione del lead time e dei costi di produzione fino al 75%. La stampante, enorme e velocissima, è stata ideata per stampare appunto componenti di grandi dimensioni per la prototipazione rapida di pezzi unici. Il tutto rientra nell’impegno del Gruppo Camozzi per la ricerca di soluzione Industria 4.0. La piattaforma cloud utilizzata per la gestione remota della stampante, è stata realizzata a Brescia. Così come made in Italy è il 25% dei componenti della MasterPrint® esposta a Milano, che, secondo quanto rivela Camozzi, è la prima di questo genere in Europa

Componenti da record La tecnologia di Masterprint® utilizzata nei settori aeronautico e aerospaziale ha realizzato le travi in pezzi unici dei robot installati sul ponte San Giorgio di Genova. I 4 robot - 2 Robot-Inspection e 2 Robot-Wash - sono formati da strutture in fibra di carbonio, attuatori e da componenti elettronici. In particolare le travi in pezzi unici che permetteranno l’ispezione dell’impalcato sono state realizzate trasferendo tecnologie tipiche dei settori aerospaziale e aeronautico e costruite tramite stampi in 3D utilizzando la tecnologia della più grande stampante 3D al mondo realizzata dal Gruppo Camozzi, la MasterPrint®. “Camozzi Machine Tools Division si posiziona quale partner globale nella progettazione e realizzazione di soluzioni avanzate, integrate e complete per l’industria pesante. Forti di 130 anni di esperienza, 340 addetti e un’area produttiva complessiva di 157.000 m2, le due società vantano una lunga storia di successi nello sviluppo di applicazioni all’avanguardia, dalla colossale struttura di acciaio di precisione del telescopio Magellano, ai robot del ponte San Giorgio”, dichiara Lodovico Camozzi, Presidente e Chief Executive Officer del Gruppo Camozzi. Lo scorso marzo 2021, tramite MasterPrint®, installata a Rockford, Ingersoll Machine Tools, Inc. e Bell Textron Inc., una società del gruppo Textron Inc. hanno annunciato di aver completato con successo la

collaborazione per stampare un attrezzo di contornatura lungo 6,7 m con tenuta a vuoto per la fabbricazione di pale di elicottero. “Testiamo e miglioriamo continuamente MasterPrint® nel nostro centro di ricerca”, ha affermato Chip Storie, CEO di Ingersoll. “Tra gli obiettivi di breve termine di Ingersoll per MasterPrint® c’è la fabbricazione di stampi per il settore aerospaziale capaci di preservare proprietà e tolleranze geometriche, tenuta a vuoto e resilienza in autoclave normalmente ottenute con la tecnologia tradizionale, con la riduzione di costi e di tempi che solo l’additive manufacturing può garantire. Il progresso costante che il processo di stampa MasterPrint® ha compiuto nel 2020 ha reso questo obiettivo finalmente raggiungibile”. Questo sviluppo congiunto ha stampato un attrezzo di 521 Kg in ABS rinforzato al 20% con fibre corte di carbonio. In 75 ore continuative la stampa ha generato il pezzo unico. Successivamente le superfici e i dettagli dello stampo sono stati lavorati col modulo di fresatura disponibile sulla stessa MasterPrint®. La lavorazione è stata completata in una settimana e la parte finale ha ottenuto una completa tenuta a vuoto. La stampante utilizza il controllo Siemens Sinumerik One sia per fresatura che per la stampa 3D. I processi di produzione additiva e sottrattiva sono stati programmati nel formato SW CATIA natio. Utilizzando metodi standard, il ciclo di fabbricazione per un tipico stampo in alluminio come questo ha una durata media di 4/5 mesi. Con questo processo di produzione il ciclo è stato completato in poche settimane. “Per molti anni Bell ha utilizzato materiali compositi per la produzione di aerostrutture, comprese parti fabbricate tramite la deposizione di nastro con macchine Ingersoll. L’adozione di questi sistemi di produzione rapida ci consentirà di accelerare significativamente lo sviluppo di attrezzature per molteplici applicazioni all’interno della nostra azienda”, ha affermato James Cordell, Sr. Manager, Process Stability di Bell.

La presenza alla EMO Allo stand EMO della divisione Camozzi Machine Tools a Milano, erano in esposizione una parte di ala di un aeromobile - realizzato con la tecnica della stampa 3D della Masterprint - e parti lavorate dalla Powermax per il settore aeronautico. I visitatori hanno potuto visionare direttamente nello stabilimento di Camozzi Advanced Manufacturing di Via Rubattino a Milano e tramite collegamento in streaming presso lo stand in EMO le due macchine in produzione: MasterPrint® produceva in 3D parti di grandi dimensioni mentre Powermax, effettuava lavorazioni sottrattive su alluminio e titanio. M &A | GENNAIO/FEBBRAIO 2022

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DMG MORI

PRODUZIONE

GENERATIVA

DI COMPONENTI ALTAMENTE COMPLESSI E FILIGRANATI GRAZIE A LASERTEC 30 SLM 2ND GENERATION, LA MACCHINA A LETTO DI POLVERE DI DMG MORI 40

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L’

L’innovativa serie LASERTEC SLM di DMG MORI il grande valore aggiunto della fusione laser selettiva a letto si basa sulla procedura SLM (fusione laser selettiva su letto di polvere in geometrie così complesse: “Ciò consente di di polvere) ed è particolarmente idonea per componenti soddisfare requisiti di componenti molto complessi e di aprire complessi che pongono l’accento su riduzione del peso, nuove opportunità di business”. Un esempio concreto, dicono, ottimizzazione funzionale e personalizzazione. Si possono sono gli stampi per utensili per cerchi in carbonio. “Grazie quindi produrre strutture filigrane in svariati materiali, alla LASERTEC 30 SLM 2nd Generation, ora possiamo come ad esempio acciaio inox, titanio, alluminio e acciaio realizzare i necessari canali di raffreddamento vicini al per utensili. La stampa 3D è una soluzione efficiente per contorno”. la produzione di componenti complessi, ed è, in particolare, rePLUG - cambio materiale la produzione additiva di pezzi in metallo a guadagnare un’importanza sempre maggiore. Grazie alla tecnologia SLM sicuro in meno di due ore I principali vantaggi della LASERTEC 30 SLM si ottengono utensili più leggeri del 30% circa. Fondata nel sono il design compatto e il cambio rapido delle polveri. 1948, Modellbau Clauß GmbH & Co. KG è un’azienda DMG MORI chiama rePLUG questo sistema modulare. a conduzione familiare, con sede a Neukirchen, vicino Modellbau Clauß ha acquistato la LASERTEC 30 SLM a Chemnitz, che fornisce clienti del settore automotive 2nd Generation con un totale di tre moduli di polvere e dell’ingegneria meccanica e impiantistica. Con 45 rePLUG. “In questo modo, abbiamo sempre diverse polveri dipendenti qualificati, attualmente, la gamma dei servizi metalliche a portata di mano”, spiega Ulli Clauß. “Il cambio offerti comprende anche stampi e prototipi. L’azienda ha del modulo delle polveri richiede meno di due ore,” osserva le sue origini nella produzione di modelli per fonderia Rico Clauß che vede anche un vantaggio nel circuito chiuso inizialmente in legno, poi in plastica e con le prime macchine del materiale. rePLUG contribuisce anche alla sicurezza sul utensili CNC anche in metallo. Dal 2003 Modellbau Clauß lavoro, dato che l’operatore può cambiare i singoli moduli lavora con torni e fresatrici di DMG MORI, a cui è seguito senza contaminazioni grazie al circuito chiuso del materiale. nel 2018 l’investimento in una LASERTEC 30 SLM “Queste polveri potenzialmente reattive ed inalabili non 2nd Generation per la produzione additiva di componenti possono fuoriuscire perché si tratta metallici nell’ambito della stampa di un circuito chiuso. Questo ci 3D. “Nella produzione di modelli consente una manipolazione della e prototipi, traiamo vantaggio dal polvere assolutamente sicura”. costante sviluppo della stampa 3D”, commenta Ulli Clauß. Insieme a Elevata autonomia di suo fratello Rico Clauß - la terza generazione a guidare l’azienda - ha processo grazie al potente ampliato la produzione dell’azienda impianto a doppio filtro Il tema della sicurezza di processo per includere questa tecnologia. è stato considerato da DMG MORI “Dopo le prime stampanti 3D per nella concezione della LASERTEC modelli in plastica, abbiamo subito 30 SLM di seconda generazione riconosciuto il potenziale nella Procedura della LASERTEC SLM a letto di polvere anche nella scelta dell’impianto produzione di prototipi in metallo”, di filtraggio. La macchina dispone aggiunge Rico Clauß. di un potente impianto a doppio filtro, che permette la commutazione automatica da un filtro all’altro, consentendo Nuove potenzialità e nuove geometrie dei così un cambio di filtro anche senza interruzioni di processo. componenti su letto di polvere In questo modo, aumenta notevolmente la disponibilità della La collaborazione con DMG MORI - Modellbau Clauß macchina, specialmente durante le ore notturne e nei fine ha installate altre cinque macchine utensili del Gruppo settimana. ora si estende anche alla stampa 3D. “La LASERTEC 30 SLM 2nd Generation completa il nostro parco macchine CELOS, la soluzione software aperta, in modo ottimale”, valuta positivamente Ulli Clauß. Grazie alla macchina a letto di polvere, afferma, è possibile produrre integrata e personalizzabile La LASERTEC 30 SLM 2nd Generation è dotata componenti altamente complessi e filigranati, ad esempio del controllo e dell’interfaccia utente CELOS. Grazie in alluminio o acciaio, in uno spazio di installazione di 300 all’interfaccia utente coordinata e uniforme, componenti x 300 x 300 mm. “Tali geometrie sarebbero impossibili da geometricamente molto complessi possono essere realizzare con il metodo sottrattivo”. La combinazione con programmati esternamente e accettati sulla macchina in le macchine a 5 assi DMG MORI consente anche una postpoco tempo. “La macchina è un sistema completamente elaborazione ad elevata precisione dei componenti prodotti aperto. Ciò significa che tutte le impostazioni della tramite il processo additivo, che non possono essere prodotti macchina e i parametri di processo possono essere in modo convenzionale, aggiunge. Rico e Ulli Clauß vedono M &A | GENNAIO/FEBBRAIO 2022

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Pezzi realizzati con la LASERTEC 30 SLM

adattati individualmente”, spiega Ulli Clauß. Si gode, in tal modo, di un’ampia libertà in produzione e non vi è nessuna restrizione sul produttore di materiale. Tali libertà consentono di lavorare con uno spiccato orientamento al cliente. Nell’APP RDesigner di CELOS, la programmazione CAM si basa su modelli CAD. Anche il calcolo del calore è integrato. Calcola in anticipo la distribuzione della massa e regola automaticamente i parametri del laser. L’APP JOB CONTROL CELOS fornisce tutti i parametri rilevanti della macchina e del lavoro, inclusi l’ispezione basata su telecamera e il rilevamento dei difetti di ogni singolo strato del componente. “Il nostro obiettivo è quello di ottimizzare in modo intelligente i processi di produzione sulla base di idee innovative e di stampare sempre pezzi perfetti. Per questo

Rico e Ulli Clauß della Modellbau Clauß

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fine, la LASERTEC 30 SLM di seconda generazione gioca un ruolo importante”, aggiunge Ulli Clauß.

Nuovo servizio grazie al know-how dell’ADDITIVE MANUFACTURING Con la sua esperienza nella stampa 3D e in particolare nel processo a letto di polvere, nonché nelle fasi di processo a monte e a valle, come la progettazione e la post-elaborazione, Modellbau Clauß può costruire un altro pilastro. Ulli Clauß pensa che l’additive manufacturing non abbia ancora raggiunto tutti i reparti di sviluppo: “Vorremmo mostrare ai nostri clienti le libertà di progettazione costruttiva e supportarli nell’ottimizzazione dei loro componenti grazie alla produzione additiva”.

DOSSIER ADDITIVE EOS

UNA PRODUZIONE ADDITIVA PIÙ SNELLA, CON AUTOMAZIONE, INTEGRAZIONE DEI DATI E INDUSTRIALIZZAZIONE DEL PROCESSO DI FUSIONE LASER A LETTO DI POLVERE, GRAZIE ALLA PIATTAFORMA EOS M 300-4

GKN ADDITIVE ED EOS

COMBINANO DIGITALIZZAZIONE, AUTOMAZIONE E PROCESSO L-PBF

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Al giorno d’oggi, la digitalizzazione è alla base della trasformazione di tutti i processi produttivi. Tuttavia sono ancora pochi gli esempi di processi di industrializzazione che comportino l’applicazione della digitalizzazione alla produzione additiva. Grazie alla partnership tra GKN Additive ed EOS, la combinazione tra automazione e l’integrazione dei dati ha portato ad una comprensione più profonda del processo, rendendo per la prima volta possibile una produzione additiva più snella. GKN Additive, utilizzando il sistema EOS M 300-4 e incorporando la capacità del sistema multi-laser, sta dimostrando come la digitalizzazione del processo di produzione renda possibile un’industrializzazione più completa e quali siano i vantaggi. In pratica, GKN Additive ed EOS collaborano per trasformare la produzione 3D del metallo (Metal AM) in produzione digitale. La sfida è aprire la strada della produzione additiva in metallo di serie per applicazioni automobilistiche.

I protagonisti GKN Additive è un produttore digitale di parti e materiali AM in metallo per prototipi, serie di medio e alto volume e aftermarket, con una particolare propensione nello sviluppo di nuove tecnologie per renderle accessibili al mercato più facilmente e più rapidamente. GKN Additive è supportata dal know-how di GKN Powder Metallurgy, leader nei settori

della produzione di polveri e della lavorazione dei metalli, e da una rete ingegneristica di oltre 6000 collaboratori in 29 sedi. EOS, leader mondiale nella tecnologia e nella qualità nella produzione additiva (AM) di fascia alta, unisce l’efficienza della produzione ad alta qualità con la sua innovazione pionieristica ed un insieme di pratiche sostenibili, alimentate dalla sua rete di macchine a valore digitale basate su una piattaforma e su un portafoglio olistico di servizi, materiali e processi. Attraverso la propria tecnologia di stampa industriale 3D, EOS fornisce soluzioni per una fabbricazione responsabile ai produttori di tutto il mondo. Sistemi, materiali e parametri di processo sono armonizzati in modo intelligente per garantire un’elevata qualità dei pezzi affidabile. I due leader tecnologici hanno concordato una collaborazione, rivolta principalmente al mercato automobilistico, che integra le eccellenti posizioni di entrambe le aziende nei rispettivi mercati, per aprire la strada alla stampa 3D industriale business-to-business. La collaborazione tra GKN ed EOS, in forza del proprio know-how ed esperienza e dell’impronta globale di entrambi i partner, offrirà alle aziende la possibilità di sfruttare appieno le potenzialità rivoluzionarie offerte da Metal AM. Questo approccio, già pienamente integrato in quello della fabbrica digitale di GKN, costituirà il prossimo grande passo verso il futuro della produzione in serie Metal

M 300-4 in produzione

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DOSSIER ADDITIVE AM per applicazioni automobilistiche. Il Metal AM ha un enorme potenziale nel plasmare il futuro della produzione industriale e dei suoi prodotti, elevandolo a un nuovo livello. EOS e GKN affronteranno insieme questa sfida. “Vogliamo garantire che sempre più aziende riconoscano e utilizzino il potenziale di questa tecnologia innovativa. Allo stesso tempo, vogliamo ampliare notevolmente le aree di applicazione con nuovi materiali testandoli e infine utilizzandoli nella produzione in serie”, afferma Peter Oberparleiter, CEO di GKN Powder Metallurgy. Mentre Hans J. Langer, fondatore e CEO di EOS, dichiara: “La collaborazione tra GKN ed EOS è un altro passo importante verso l’integrazione della stampa 3D industriale nelle linee di produzione esistenti e future e per sfruttare i vantaggi della tecnologia AM per la produzione in serie. Con GKN abbiamo il partner giusto che offre un alto grado di esperienza con la sua presenza globale e la sua produzione ad alte prestazioni per l’industria automobilistica”.

La sfida Nell’ambito del progetto di finanziamento IDAM, GKN Additive, grazie al proprio parco macchine, tra cui la fusione a letto di polvere laser (L-PBF), la fusione a getto multiplo e i sistemi di getto di legante metallico, ha contribuito alla creazione di una lista esigente di criteri per la selezione di un sistema di produzione L-PBF, focalizzando la propria scelta nel sistema multi-laser ad alte prestazioni EOS M 300-4. Il nuovo sistema AM doveva raggiungere l’alto livello di qualità delle parti, ma doveva anche garantire un processo di stampa 3D industriale molto stabile, basato sulla polvere. Tuttavia, ciò che era più essenziale, era fornire interfacce

Lavorazione su EOS M300-4

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digitali standardizzate (per esempio OPC UA) al fine di facilitare la perfetta integrazione nei processi digitali, dal monitoraggio, alla manutenzione predittiva e ai controlli automatici. Il modulo per l’introduzione della polvere metallica (il dispenser) dovrebbe garantire la flessibilità dei materiali utilizzati in modo da poter utilizzare sia materiali in polvere atomizzati a gas che ad acqua. Per raggiungere l’industrializzazione con l’alta produttività del sistema desiderata, era consigliabile l’uso di un sistema multi-laser ad alte prestazioni, che l’EOS M 300-4 offre. Un’altra ragione nella scelta dell’EOS M 300-4 è stata la sua funzione a tutto campo: ognuno dei quattro laser è in grado di eseguire un’esposizione sovrapposta alla piattaforma (“full-field overlap”). Dato che il sistema di produzione modulare assicurava un’interfaccia fisica insieme alle interfacce digitali richieste, è stata una scelta chiara per GKN. “Le caratteristiche riproducibili dei pezzi e un ambiente di processo affidabile sono i vantaggi principali del sistema multi-laser EOS M 300-4. Finora abbiamo stampato con successo 120 build jobs nel primo anno. Le prestazioni della macchina e il suo concetto modulare giocano un ruolo chiave per la nostra strategia di industrializzazione”, afferma Sebastian Blümer, Technology Manager Laser AM, GKN Additive.

La soluzione Uno scenario così complesso e di vasta portata significa più di un’integrazione di “una sola” nuova macchina di produzione in un processo di produzione in corso. GKN ha iniziato con test intensivi del sistema: indagine sulla qualità dei componenti, analisi delle strategie multi-laser e valutazione intensiva del processo complessivo. Sono state studiate anche le strategie che permettono di utilizzare nel modo più efficace i quattro laser - bilanciamento del carico, swimlane o quadranti. Fin dall’inizio è stata analizzata criticamente la capacità del processo di produzione dell’L-PBF, per quanto riguarda la densità, le proprietà meccaniche e le superfici. A questo proposito, GKN si è concentrata sullo sviluppo di un materiale proprietario: l’acciaio a bassa lega a doppia fase (DPLA). La stretta collaborazione con EOS e Additive Minds ha accelerato i primi passi nella qualificazione del materiale DPLA. Sulla base dei risultati degli studi sul laser singolo, GKN è stata in grado di far avanzare rapidamente la capacità del materiale DPLA sul sistema EOS M 300-4 e alla fine ha avuto successo. Oltre allo sviluppo dei parametri di processo, al fine di monitorare costantemente le prestazioni del sistema, i dati di processo dell’EOS M 300-4 vengono monitorati e valutati utilizzando il software interno di GKN (compresi i sistemi di Business Intelligence). “La fornitura di un’interfaccia OPC UA garantisce un flusso continuo di dati che ci supporta nella nostra valutazione tecnica del processo

Il progetto IDAM A marzo 2019, un consorzio di 12 partner provenienti dai settori della produzione additiva, automobilistico, della ricerca e industriale ha lanciato il progetto IDAM (Industrialization and Digitalization of Additive Manufacturing). Fondamentalmente, il progetto affronta i limiti della fusione a letto di polvere laser (LPBF) AM, compresa la mancanza di automazione e gli elevati costi associati, che ostacolano l’adozione della tecnologia per la produzione industriale in serie in settori come quello automobilistico. Nell’ultimo anno, i partner del consorzio IDAM hanno compiuto progressi nella creazione delle linee pilota AM digitalizzate affrontando una serie di argomenti, tra cui le fasi di pre-stampa, stampa e poststampa. Tra le questioni più critiche affrontate in questa fase del progetto, c’è la creazione di un’architettura digitale, inclusi standard digitali e una panoramica connessa all’IoT della catena di processo AM. Un’architettura digitale che copra l’intero processo AM è fondamentale per garantire la comunicazione tra i moduli della catena di processo AM e ottenere l’affidabilità richiesta per la produzione in serie. Uno dei maggiori ostacoli nell’adattare l’architettura digitale è la creazione di una soluzione completa per vari sistemi LPBF che variano tutti nelle loro interfacce alla catena di processo. La diversa natura dei sistemi LPBF sul mercato rende difficile implementare un’interfaccia affidabile e flessibile.

e dell’efficienza del sistema risultante”, afferma Sebastian Blümer, Technology Manager Laser AM, GKN Additive. “La collaborazione con EOS ci ha permesso di ottimizzare ancora di più l’utilizzo delle interfacce fisiche e digitali. Oltre al monitoraggio dei dati, è ora possibile inviare comandi che controllano l’EOS M 300-4, e quindi porre le basi per un sistema automatizzato”.

I risultati I risultati attuali hanno già dimostrato che GKN ha scelto il giusto approccio e il giusto hardware EOS. Dato che GKN ha in uso anche l’EOS M 290, è stato possibile confrontare entrambi i sistemi per quanto riguarda la qualità e la produttività ottenibili. Come previsto, il sistema multi-laser sfrutta pienamente i suoi vantaggi. Questa superiorità è stata messa in mostra anche per il “lungo raggio”: GKN ha stabilito un’alta disponibilità, tra l’altro, per quanto riguarda la protezione generica della macchina (selezione del layout del lavoro, basata sui risultati del Joint Working Group ( JG 79) - in linea con ISO TC

Produttività 3 volte più elevata con il sistema multi-laser

261). Un lavoro di costruzione di un pezzo è stato stampato in 160 ore con una densità di nidificazione del 35% e, tutti e quattro i laser erano permanentemente attivi. Nel follow-up, l’attenzione è stata posta sul test della robustezza del sistema e sull’analisi delle richieste di qualità dei componenti. Il risultato è stato che il sistema è molto durevole nel funzionamento continuo e produce una qualità elevata e riproducibile dei componenti per un lungo periodo di tempo di costruzione. “La qualificazione completa del sistema EOS M 300-4 è stata la base per l’automazione della macchina e per l’industrializzazione del processo L-PBF ricercato con il suo utilizzo. L’EOS M 300-4 ha già un hardware proprietario per la gestione automatica dei supporti della piattaforma di costruzione. In questo modo, sfruttiamo tutto il potenziale del sistema per poter servire più rapidamente i progetti di piccoli e grandi volumi in futuro”, riassume Sebastian Blümer. Tutto questo aumenta il numero di applicazioni potenziali, ad esempio geometrie/disegni di lamiera complessi sono ora possibili con questo pacchetto di soluzioni.

DOSSIER ADDITIVE

fonte Sandvik Additive Manufacturing

INNOVATIVI

GRUPPO BEAMIT

MATERIALI E TECNOLOGIE CONSOLIDATE PER LA RIVOLUZIONE DELLA STAMPA 3D MACCHINE E SISTEMI PER LA PRODUZIONE ADDITIVA 48

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Nel mondo dell’Additive Manufacturing, il Gruppo BEAMIT possiede le più innovative soluzioni presenti sul mercato, in particolare per il settore della stampa del metallo. La stampa 3D infatti è solo una parte del processo di produzione: conoscere attentamente l’intera catena del valore e avere a disposizione professionisti altamente qualificati è fondamentale per ottenere componenti stampati in 3D finiti, funzionali e di qualità certificata. Attraverso la partnership con Sandvik e le tecnologie all’avanguardia fornite dalla partecipata PRES-X, l’azienda è in grado di coprire tutte le fasi di produzione additiva, dalla selezione delle polveri al design dei componenti, dal processo di stampa 3D al postprocessing, fino al controllo qualità del prodotto e le analisi di laboratorio. Per quanto riguarda le tecnologie che lavorano con i metalli, le tre tecnologie ad oggi più utilizzate e che sempre di più vengono utilizzate anche per produzioni in serie sono: Laser-Powder Bed Fusion (L-PBF), Electron Beam Melting (EBM) e Binder Jetting. Queste tecnologie, da tempo consolidate nel portfolio BEAMIT sono a letto di polvere, ma è diverso il processo fisico sfruttato per la costruzione: nel L-PBF e EBM si sfrutta una sorgente di energia che va a fondere le particelle di metallo, mentre nel BJ le polveri sono compattate tramite l’utilizzo di un legante polimerico (binder) e successivamente consolidate con un processo di sinterizzazione. I componenti ottenuti con queste tecnologie sono impiegati nei più disparati settori come Aerospazio (L-PBF e EBM), Biomedicale (L-PBF e EBM), Oil&Gas (L-PBF), Motorsport (L-PBF e BJ), Automotive (L-PBF e BJ) e industria generica (L-PBF e BJ). Inoltre sono impiegati sia come prototipi, ma sempre più anche come parti di produzione, che devono quindi rispondere a requisiti di qualità sempre più alti, ma che ben delineano come questa tecnologia additiva siano ormai più che matura a livello industriale.

attualmente disponibili sul mercato, e in particolare ha acquisito grande esperienza e know-how nella fabbricazione di componenti di grandi dimensioni grazie alle macchine dedicate a questa tipologia di componenti”, afferma Lorenzo Trombi, R&D Manager Gruppo BEAMIT. Una caratteristica fondamentale delle macchine con tecnologia L-PBF è il numero di laser, che nelle macchine attualmente in commercio, può spaziare da uno, fino ad arrivare a 4. Ovviamente le macchine che presentano un numero maggiore di laser hanno anche una maggiore produttività, in quanto i diversi laser vanno a fondere una maggiore superficie nell’unità di tempo. “Di norma – precisa Trombi - all’interno della camera di costruzione si usano come gas di protezione Argon o Azoto. Il flussaggio in camera serve a proteggere il materiale lavorato dall’ossidazione e per allontanare le proiezioni create durante la fusione. Tuttavia si stanno affacciando sul mercato nuove miscele di gas Argon/Elio che portano ad una riduzione significativa delle proiezioni (spatter) durante la fusione della polvere, ed anche ad un aumento di produttività, in quanto si allarga la finestra di stampabilità del materiale”.

I materiali per la L-PBF I materiali impiegabili in questa tecnologia sono molteplici e spaziano dagli acciai (sia inossidabili che da stampo), alle leghe di Nichel, fino ad arrivare alle leghe di alluminio e di titanio. Ad oggi il Gruppo BEAMIT presenta il più grande portfolio materiali al mondo, con 30 leghe omologate per la produzione – fra cui leghe di rame e superleghe di Nichel - e 10 leghe in sviluppo. Inoltre, la

La tecnologia L-PBF Nella tecnologia L-PBF si ha un raggio laser ad alta densità di energia che fornisce calore e va a fondere le particelle metalliche e ogni strato che viene fuso risulta essere “saldato” a quello precedente in modo da avere a fine processo di stampa un componente. Il raggio laser è fatto spostare sulla piattaforma di stampa grazie ad un laser scanner, cioè ad uno specchio movimentato elettro-meccanicamente. La polvere viene distribuita uniformemente sul letto di stampa tramite una racla o un rullo e lo spessore di questo strato di polvere può variare fra i 25 µm a 60µm. La piattaforma di stampa presenta dimensioni che possono variare da 50 x 50 x 80 mm (x,y,z) – utilizzata in macchine adatte per la protesica e per la gioielleria -, fino a 800 x 400 x 500 mm (x,y,z), usata in macchine per la produzione di componenti per l’Aerospazio, Oil&Gas, e Automotive. “Il Gruppo, grazie al suo nutrito parco macchine L-PBF ha a disposizione tutti i possibili volumi di stampa

Andrea Scanavini, General Manager Gruppo BEAMIT

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DOSSIER ADDITIVE “Attualmente – prosegue Trombi -, per aumentare la produttività delle macchine ci sta muovendo su diversi fronti, come aumentare il numero di laser a parità di area scansionata, aumentare l’area di stampa, aumentare lo spessore dei vari layer fino a valori pari a 100 µm e oltre, e sviluppare di macchine e parametri che permettano la stampa di componenti senza supporti di costruzione; in particolare quest’ultima innovazione porterà grandi benefici anche per le successive fasi di finitura dei componenti, che verrà molto facilitata”.

La tecnologia EBM

Tecnico di laboratorio controlla i provini metallografici del René 80, superlega a base di Nichel, particolarmente adatta alle applicazioni nel settore Energy per turbine e valvole, ma anche per il settore Aerospaziale

partnership strategica con il Gruppo Sandvik, leader a livello mondiale nell’ambito delle polveri metalliche con un’ampia gamma di metalli per l’AM, ha decisamente contribuito al presidio stabile lungo tutta la catena del valore. “La nostra partnership strategica e industriale con l’azionista Sandvik, ci dà sicuramente un vantaggio competitivo quando si parla di profonda esperienza nei materiali e nel loro sviluppo, e nella fornitura di un’ampia gamma di leghe. Insieme, abbiamo grandi conoscenze lungo tutta la catena del valore AM, e sappiamo cosa ciò comporta per l’industrializzazione dell’Additive Manufacturing. Lavoriamo insieme quotidianamente per sfruttare al massimo questa opportunità e presentare ai clienti tutta la potenza dell’offerta di Sandvik-BEAMIT nella vita reale”, dichiara Andrea Scanavini, General Manager Gruppo BEAMIT. Sandvik possiede quasi 160 anni di esperienza nelle tecnologie dei materiali, e circa 80 nel post-processing come il taglio dei metalli, sinterizzazione e trattamenti termici, elementi che fanno della partnership con BEAMIT un approccio vincente al mercato. 50

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La tecnologia EBM, è del tutto simile a quella L-PBF, tuttavia la fusione delle polveri metalliche avviene grazie all’utilizzo di un fascio di elettroni generato da un cannone elettronico. Per utilizzare questo fascio tuttavia risulta necessario operare in vuoto (al contrario della tecnologia L-PBF che lavora in atmosfera inerte) ad una pressione di circa 10-5 mba. Il fascio in questo caso è movimentato grazie a delle lenti magnetiche. Grazie al fascio elettronico si possono ottenere temperature del letto di polvere (fino a 1000°C) di gran lunga superiori a quelle ottenibili con la tecnologia L-PBF (massimo 200°C per i sistemi più comuni in commercio). Questo determina che con la tecnologia EBM si possa avere: una prima fase di “pre-sinterizzazione” del materiale (possibile grazie alle alte temperature) e una successiva fase di vera e propria fusione, determinando una maggiore produttività del processo; un minor gradiente termico di raffreddamento durante la stampa, e quindi minori tensioni residue. “Grazie a queste due peculiarità – spiega Trombi è possibile stampare con questa tecnologia materiali particolarmente complessi da lavorare con altre tecnologie, anche tradizionali, come il composto intermetallico alluminuro di titano (TiAl). Ad oggi sono state stampate delle palette di turbina con questo materiale e sono impiegate in motori aeronautici commerciali. Infine, tale tecnologia si è sempre più affermata per la produzione di componenti biomedicali (come impianti cranici o acetabolari) in lega di titanio tipo Ti-6Al-4V grazie alla sua alta produttività e alla qualità metallurgica dei componenti ottenuti: operando in vuoto si ha un minore pick-up di elementi interstiziali (come O, N, H) durante la stampa, che sono particolarmente rischiosi per questo materiale, in quanto inducono infragilimento”.

La tecnologia Binder Jetting Ultima tecnologia che si sta affermando nel mercato AM metallo è il Binder Jetting. In questo caso la compattazione del materiale avviene in un primo momento grazie all’utilizzo di un legante polimerico distribuito sulla piattaforma di stampa per mezzo di una testina del tutto

La gamma di polveri di Osprey®, di Sandvik, si è recentemente estesa includendo la polvere premium di Titanio e le superleghe a base di Nickel – prodotte con sistemi di qualità certificati per lavorare con l’industria Aerospaziale e Medicale. Per soddisfare la domanda, Sandvik ha compiuto parecchi sforzi per potenziare la capacità di produzione.

Profilo del Gruppo BEAMIT Il Gruppo BEAMIT è uno dei più avanzati provider di servizi AM nel mondo e lavora con le industrie più esigenti attraverso il suo posizionamento unico di One-Stop Shop: la prima azienda a diventare un vero e proprio hub globale di produzione additiva che offre una catena del valore completamente integrata. Nel 2019, il Gruppo Sandvik, leader globale nell’ingegneria hi-tech e nelle polveri metalliche, con la più ampia gamma di leghe metalliche per l’AM, nonché una notevole esperienza nelle tecnologie di stampa AM per componenti metallici, ha acquisito una partecipazione significativa in BEAMIT. Con i suoi quasi 25 anni di esperienza nel campo dell’Additive Manufacturing (AM) delle polveri metalliche il Gruppo BEAMIT è specializzato nella produzione di componenti AM di alta fascia per un’ampia serie di OEM’s, e possiede numerose certificazioni di qualità rilevanti, inclusa AS/EN 9100:2018 per l’Aerospace, IATF Automotive e l’accreditamento Nadcap per i processi di Heat Treatment e Laboratory a cui si aggiunge l’accreditamento Nadcap Welding – Additive Manufacturing commodity. Il Gruppo BEAMIT è formato dall’organizzazione BEAMIT originale con l’aggiunta di ZARE (acquisita nel 2020) e 3T Additive Manufacturing (acquisita nel 2021) insieme ad una partecipazione in PRES-X, specializzata nel post-processing di alta fascia per la stampa 3D. L’headquarter del Gruppo BEAMIT si trova a Fornovo di Taro (Parma, Italia). Oggi l’azienda conta circa 130 dipendenti e quasi 60 sistemi dedicati all’AM distribuiti in 7 diverse sedi tra l’Italia e il Regno Unito.

simile a quella presente nelle stampanti ink-jet. “Si ottiene – continua Trombi - così alla fine della stampa una parte (definita “verde”) che successivamente subisce un trattamento termico o chimico che va ad eliminare il legante organico – deceraggio - (la parte è definita ora “marrone”) per poi passare alla fase di sinterizzazione (in forno ad alta temperatura). Si ottiene così una parte pienamente consolidata. Tale tecnologia si sta sempre più imponendo soprattutto nell’ambito automotive, in quanto permette di stampare, in poco tempo e a basso costo, componenti di piccole o medie dimensioni in grandi quantità, quindi si presta molto bene alla realizzazione di piccole serie”. Grazie al fatto che la compattazione del materiale avviene senza la fusione del materiale, questa tecnologia permette inoltre l’utilizzo di materiali particolarmente sfidanti come le leghe di rame (che danno problemi di riflettività nelle tecnologia L-PBF), acciai ad alto tenore di carbonio (problemi di criccabilità per alto gradiente termico in tecnologia L-PBF) e compositi a matrice metallica ad alto contenuto di fase ceramica rinforzante (problemi di separazione dei costituenti nei processi per fusione come L-PBF e EBM). M &A | GENNAIO/FEBBRAIO 2022

DOSSIER ADDITIVE

All’applicazione della polvere segue la rifinitura

HERMLE

MPA 42, LA PRODUZIONE

ADDITIVA COME SERVIZIO

CON IL NUOVO CENTRO DI LAVORAZIONE MPA 42 INSTALLATO PRESSO GLI STABILIMENTI HERMLE MASCHINENBAU, NELLA PRODUZIONE ADDITIVA, HERMLE SI PONE COME UN FORNITORE DI SERVIZI

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Il nuovo centro di lavorazione MPA 42 è potente e preciso, ma non è in vendita. L’azienda è focalizzata sulla ricerca di base e sviluppo di nuove tecnologie nel campo della produzione generativa. Conosce le esigenze dei costruttori di stampi, tempi di ciclo brevi e alta qualità dei componenti e, grazie alla sua pluriennale esperienza, è in grado di soddisfarle. Con la nuova generazione di macchine, il processo di fabbricazione generativa guadagna sensibilmente in precisione e velocità. L’amministratore delegato della Hermle Maschinenbau GmbH (HMG) di Ottobrunn, Rudolf Derntl, ci spiega le peculiarità tecnologiche della macchina. . L’abbreviazione “MPA” ne svela il funzionamento: si tratta di un processo di applicazione della polvere metallica che Hermle ha portato alla maturità del mercato circa sette anni fa. “Ciò che il nuovo MPA 42 della Hermle raggiunge ha del paradossale: invece che in versione ridotta, i pezzi grezzi lasciano la zona di lavoro con una massa significativamente maggiore”, afferma.

di materiali di acciaio e rame ha quindi un netto vantaggio, dato che il rame dissipa il calore molto più velocemente degli acciai per utensili lavorati: “Con la produzione additiva, introduciamo il rame in quei punti dell’utensile che non hanno spazio per i canali di raffreddamento. Durante lo stampaggio a iniezione, il nucleo di rame dissipa il calore nel canale di raffreddamento appena vicino, molto più velocemente dell’acciaio. L’utente si ritrova così a risparmiare secondi preziosi nel tempo di raffreddamento e migliora la qualità della superficie delle parti in plastica”, sostiene Derntl. I cinque assi del centro di lavorazione permettono pressoché qualsiasi orientamento del getto di polvere rispetto al componente, garantendo così la massima libertà di progettazione.

Additiva con ultrasuoni Il nuovo MPA 42 si trova presso la Hermle Maschinenbau GmbH (HMG) di Ottobrunn, filiale interamente controllata dalla Maschinenfabrik Berthold Hermle AG che opera dal suo avamposto bavarese dal 2009 e negli anni si è evoluta fino a diventare un fornitore di servizi per la produzione additiva. Focus dell’azienda, la ricerca di base e sviluppo di nuove tecnologie nel campo della produzione additiva. Da alcuni anni, la filiale offre anche ampie capacità di produzione che le consentono di produrre componenti di grandi volumi nel processo brevettato del MPA esclusivamente per i clienti Hermle. Aprendo le porte della cabina insonorizzata del MPA 42, si scopre un centro di lavorazione a 5 assi del tipo C 42 U, pesantemente Il MPA 42 unisce la costruzione additiva del materiale con la lavorazione di alta precisione modificato. Accanto al mandrino, un ugello sporge nella zona di lavoro, mentre manca un’unità di spruzzo per il I canali di raffreddamento possono quindi essere realizzati lubrorefrigerante. “L’ugello di de Laval permette di accelerare la direttamente sulle superfici curve di un pezzo grezzo. In polvere e la spara diritta sul pezzo grezzo di metallo bloccato”, questo modo, anche gli stampi a iniezione più grandi possono spiega Derntl. Il vapore surriscaldato e l’azoto svolgono un ruolo essere raffreddati vicino ai loro contorni senza dover costruire altrettanto importante quanto la geometria dell’ugello nel far sì additivamente l’intero componente. L’unico limite è la zona che la polvere raggiunga una velocità supersonica e aderisca in di lavoro del C 42 U. “In funzione della geometria, il limite seguito a deformazione nel momento dell’impatto. Un generatore dimensionale per il processo additivo è di 600 millimetri ciascuno, di vapore e cinque alimentatori di polvere si trovano nella parte in lunghezza e larghezza. Di norma, però, i componenti sono più posteriore dell’impianto. Tutti i materiali di applicazione e i pezzi piccoli”, spiega Derntl. La macchina risulta anche particolarmente grezzi hanno la stessa duttilità: “Molti metalli funzionano, perché utile nella produzione di componenti cilindrici o conici come le l’applicazione si basa sulla deformazione plastica. Di conseguenza, boccole di precamera raffreddate. Applicando il materiale mentre anche la superficie dei semilavorati deve essere duttile”, aggiunge il componente è in rotazione, le tasche e i canali sono riempiti in l’amministratore delegato. Oltre agli acciai da lavoro a caldo e a modo efficiente e racchiusi dall’acciaio per utensili. freddo con un alto contenuto di carbonio, comunemente usati Oltre a conseguire un raffreddamento efficiente, il processo nella costruzione di utensili, si usano anche rame e Ampcoloy. di MPA offre altre interessanti possibilità di applicazione. Molti materiali sono compattati dall’applicazione in modo tale che le I vantaggi del processo di MPA superfici dei componenti possano essere lucidate a specchio senza Per la progettazione di stampi a iniezione, la combinazione problemi. La HMG soddisfa così anche le esigenze più elevate M &A | GENNAIO/FEBBRAIO 2022

DOSSIER ADDITIVE generare il codice per l’unità di comando. Ciò include non solo i movimenti del percorso, ma anche le quantità di polvere, le temperature specifiche e l’alternanza tra accumulo di materiale e fresatura. “Poiché nessun produttore CAD/CAM poteva mappare lo speciale processo alternato - fresatura, applicazione, fresatura - abbiamo scritto il software da soli. Questo significa che possiamo anche rispondere alle richieste speciali dei clienti in qualsiasi momento”, aggiunge l’amministratore delegato. Gli esperti sono praticamente seduti porta a porta. Una volta completato il lavoro preliminare, il cliente invia il suo pezzo grezzo alla HMG. “Il 95% delle volte, costruiamo su un prodotto semilavorato che il cliente può predisporre da solo sulla sua macchina fresatrice”, spiega il consulente dei clienti Oliver Müller. Così il componente arriva a Ottobrunn già con canali di raffreddamento fresati o tasche per l’applicazione del rame. Qui, il team HMG controlla la precisione dimensionale del pezzo grezzo e guarda se le specifiche di progettazione sono state soddisfatte. “Per esempio, non ci devono essere smussi sulle tasche. Abbiamo bisogno di bordi affilati per l’applicazione della polvere”, spiega Müller.

Il ruolo del calore

Dopo che i canali di raffreddamento sono stati riempiti con una polvere metallica solubile in acqua, si passa all’applicazione della polvere metallica

per gli stampi a iniezione. Il processo di MPA può anche essere utilizzato per incorporare elementi funzionali come fili termici o sensori per il monitoraggio della temperatura della cavità in acciaio o rame e quindi integrarli nell’utensile, l’ideale per il controllo vario-termico della temperatura. Ma le possibilità della tecnologia MPA soddisfano anche al di là dello stampaggio a iniezione. “Nel caso di un ugello per colla dotato di elementi riscaldanti integrati, ad esempio, gli adesivi mantengono la temperatura di lavorazione ideale su tutta la larghezza dell’ugello. Il sensore nello strumento permette un controllo reale”, chiarisce Rudolf Derntl. La forza della HMG sta nel sapere dove hanno senso le combinazioni di materiali, qual è il modo migliore di disporre i canali di raffreddamento e gli elementi funzionali e nella capacità di costruire utensili per stampi in un unico pezzo. “Non vendiamo macchine, vendiamo know-how”, spiega l’amministratore delegato. Il team di Ottobrunn consiglia i progettisti di stampi a iniezione, adotta i modelli 3D e ottimizza le parti stampate a iniezione prodotte successivamente con questo utensile per mezzo di un canale di raffreddamento, un elemento funzionale o una combinazione multimateriale. “Il punto è avere tempi di ciclo ridotti e qualità più elevate dei componenti che sono altrimenti difficili da ottenere con altre tecnologie”, fa notare Derntl.

Un software ad hoc per l’applicazione e l’asportazione di materiale Gli ingegneri applicativi usano il proprio software CAM per 54

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Prima che il processo inizi, il componente entra nella stazione di riscaldamento e viene portato a circa 300 gradi Celsius. Anche se il materiale non è saldato, il processo non sarà completo senza intervenire sulla temperatura: poichè sia il supporto, che la polvere metallica devono essere riscaldati per una migliore duttilità. L’energia per l’accelerazione della polvere viene dal vapore acqueo. Quando entrambi i componenti passano attraverso l’ugello, la polvere raggiunge la necessaria velocità supersonica. Per garantire che la temperatura rimanga costante durante la lavorazione, il MPA 42 riscalda il componente fino a quando l’ultimo truciolo viene rimosso. “In questo modo impediamo i gradienti di temperatura che stanno a indicare tensioni, crepe o distorsioni”, chiarisce Rudolf Derntl. Nel processo di produzione, il materiale viene alternativamente applicato e lavorato. Dopo l’applicazione della polvere, i dettagli come le costole sottili, vengono fresati nel nuovo materiale, i canali di raffreddamento vengono riempiti con un materiale metallico solubile in acqua e chiusi di nuovo con uno strato di acciaio mediante applicazione del MPA. “Possiamo poi risciacquare il materiale di riempimento in un bagno d’acqua per ottenere le cavità desiderate”, spiega Müller. Con il getto di polvere si raggiungono tassi di accumulo da 200 a 400 centimetri cubici all’ora; con il rame, sono possibili quasi 1.000 centimetri cubici. “Con la nuova macchina siamo al passo con i tempi e portiamo la nostra tecnologia MPA a un nuovo livello di prestazioni. È il cuore della nostra offerta di servizi”, sottolinea l’amministratore delegato, per il quale è importante mappare tutti i processi all’interno dell’azienda, quali consulenza, ottimizzazione e i test di fattibilità fino ai test dei materiali e al controllo finale della qualità. «Ciò ci rende agili e protegge il nostro know-how e quello dei nostri clienti».

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DOSSIER ADDITIVE

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IL FUTURO DELLA STAMPA

3D ROBOTIZZATA COMPONENTI DI GRANDE FORMATO E PRODUZIONE ADDITIVA IBRIDA

Il processo di stampa 3D applicato ai robot KUKA, rappresenta un’accoppiata vincente per possibilità fino a oggi sconosciute nella progettazione e nella produzione di pezzi precisi, leggeri e convenienti, dai materiali più diversi. Grazie alla produzione additiva, anche nota come stampa 3D, si producono pezzi di misure, forma e struttura estremamente diverse, applicando materiale fusibile a strati esattamente secondo le indicazioni dei dati di costruzione digitali. Finora, i processi di stampa 3D, in cui rientrano la fusione laser selettiva (SLM), il Fused Deposition Modeling (FDM) oppure il Binder Jetting, hanno consentito di realizzare in particolare prototipi di pezzi o piccole serie in modo rapido, preciso e conveniente. Nel caso dei componenti per velivoli, automobili, navi o edifici, le principali proprietà sono la stabilità, la leggerezza e soprattutto le grandi dimensioni. Proprio per questi formati di notevoli dimensioni, la stampa 3D industriale rappresenta un processo produttivo ideale. Grazie all’enorme portata delle unità 56

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robotiche è possibile produrre anche componenti di grandi dimensioni e al contempo molto complessi da un unico pezzo, in maniera conveniente e semplice, il tutto con la collaudata precisione e velocità dei robot KUKA. La produzione additiva di grande formato offre una visione più ampia della stampa in 3D. L’aumento delle dimensioni di costruzione incrementa le possibilità di realizzazione: gli utenti possono creare pezzi più grandi, eliminando i vincoli di costruzione con misure standard. Stampare in 3D un pezzo grande in una sola volta significa: meno tempo da dedicare alla progettazione di più stampe, meno tempo per l’assemblaggio di più pezzi e più tempo da impiegare per fare in modo che quei pezzi lavorino per te. Grazie all’esperienza pluriennale nell’industria del metallo e della plastica, solide competenze nelle applicazioni laser e una vasta gamma di prodotti che va da robot industriali a unità lineari, KUKA riesce a soddisfare le premesse principali per conseguire risultati ottimali nella stampa 3D industriale ed affrontare le sfide della produzione additiva.

Estrema precisione con portata massima Con i robot KUKA è possibile realizzare qualsiasi progetto di stampa, realizzando componenti fino a 30 m da un unico processo di stampa. I robot shelf KUKA e le unità lineari ampliano le possibilità spaziali della stampa 3D in maniera enorme, aprendo nuove vie per la produzione industriale. Solida competenza nel settore della saldatura a riporto laser e l’utilizzo di robot precisissimi, come il KR Quantec extra, garantiscono inoltre cicli precisi e pertanto i migliori risultati. Oltre al vasto portfolio di prodotti in riferimento all’hardware del robot, KUKA offre anche soluzioni software perfette. Il software KUKA consente di realizzare il prodotto finito in modo rapido e semplice, stampando in 3D direttamente da dati CAD 3D. Attraverso un CAM Slicer, da qualsiasi pacchetto dati CAD prescelto si genera un G-Code che poi, all’interno del software di sistema KUKA. CNC, costituisce la base per il progetto di stampa. Così l’intera catena CAD CAM rimane nelle mani di un unico fornitore e il prodotto desiderato viene realizzato senza deviazioni.

L’integrazione della produzione additiva

KUKA Laser optic

Le tecnologie sottrattive convenzionali rappresentano lo standard negli impianti produttivi. Tuttavia, i pezzi forgiati e fusi con forme complesse devono essere spesso sottoposti a gravose lavorazioni. Nella produzione di componenti leggeri e ad alte prestazioni per l’aviazione, ad esempio, è possibile che venga asportato anche il 90 percento del materiale grezzo. Al contrario, con la produzione additiva, i pezzi vengono creati aggregandoli gradualmente. In questo modo non solo si risparmiano risorse, evitando scarti di produzione, ma si rende anche estremamente flessibile la produzione. La KUKA Laser Hybrid produzione additiva ibrida può dunque rappresentare una valida alternativa pratica ai processi tradizionali. I pezzi grezzi vengono realizzati in modo convenzionale, ad esempio tramite forgiatura o colatura, mentre le geometrie aggiuntive vengono invece applicate in modo additivo e specifico sui singoli pezzi. In questo caso, la produzione additiva offre nuove funzionalità e una nuova dimensione al processo produttivo, senza tuttavia essere una tecnologia sostitutiva. Il modo migliore per integrare la stampa 3D è affiancarla anziché sostituirla ai processi produttivi esistenti. La vera strategia per sfruttare queste nuove capacità sta nel trovare le soluzioni più adatte. Un approccio ibrido che integra metodi di produzione sia additiva che sottrattiva può produrre i risultati migliori.

Produzione ibrida di componenti di grandi dimensioni con tecnologia KUKA LMD Con il Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) e altri partner

industriali, KUKA collabora al progetto ProLMD, promosso dal Ministero federale per la formazione e la ricerca BMBF-KIT(Karlsruhe), che prevede l’integrazione di tecnologia LMD ibrida nella catena di produzione. A tale scopo viene impiegato il processo Laser Metal Deposition (brasatura laser LMD), detto comunemente “Stampa 3D su metalli”. Alla base dell’impianto ci sono dei robot KUKA. Il vantaggio rispetto alle altre tecniche additive è l’elevata produttività. Ad esempio è possibile realizzare in modo efficiente pezzi strutturali con rinforzi localizzati per aerei oppure componenti altamente funzionali per le turbine. Dovendo preservare i materiali dall’ossidazione nella brasatura laser, e poiché l’intero impianto si trova in atmosfera protettiva, finora gli elevati costi e le difficili condizioni di lavorazione hanno ostacolato però la diffusione di questa tecnologia e la dimensione dei pezzi da lavorare era spesso limitata. Obiettivo del progetto ProLMD è sviluppare una tecnologia di processo e di sistema robusta ed efficiente per la costruzione di pezzi di grandi dimensioni utilizzando la tecnologia LMD. Questo sistema dovrebbe sfruttare le più moderne tecniche di produzione e i più elevati requisiti di sicurezza nel campo dell’industria aeronautica ed aerospaziale. I sistemi standardizzati basati su robot KUKA offrono vantaggi in termini di costi. Grazie all’utilizzo di un sistema a guida di fibre, il robot rimane praticamente senza limitazioni all’interno della propria area di lavoro. In questo modo è possibile arrivare a geometrie e dimensioni del pezzo in modo flessibile, anche per piccoli lotti.

I vantaggi della brasatura laser LMD: minori tempi di produzione, minori costi I risultati di ProLMD dovrebbero riversarsi già nei prossimi anni nella produzione di partner che partecipano al progetto MTU, Airbus e Daimler. “Ci aspettiamo un punto di svolta nella realizzazione industriale del processo della produzione ibrida”, afferma Lars Ott, responsabile del progetto ProLMD per KUKA. Gli esperti ipotizzano che con questa tecnologia i tempi di produzione possano essere abbattuti del 50%, riducendo i costi del 20-30%. Inoltre, nell’implementazione è possibile dare un contributo sostenibile all’efficienza nel consumo di risorse nella produzione. In questo progetto KUKA fa tesoro della lunga esperienza maturata dagli esperti della sede di Aquisgrana nel campo della tecnologia laser basata su robot. Per il progetto, KUKA ha progettato e realizzato due linee di produzione identiche per la produzione additiva ibrida, che sono già in funzione presso il suo stabilimento della sede di Würselen, presso Aquisgrana, e nel vicino Fraunhofer-Institut. “A lungo termine intendiamo adattare il sistema per la produzione in serie”, spiega Günter Neumann. M &A | GENNAIO/FEBBRAIO 2022

DOSSIER ADDITIVE PRIMA ADDITIVE

“GOOD TO GROW” IL MOTTO DI PRIMA ADDITIVE PER UNA CRESCITA INTELLIGENTE E SOSTENIBILE

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L’additive manufacturing del metallo offre infinite possibilità alle aziende. Spesso, però, per affrontare sfide impegnative, come l’implementazione di una nuova tecnologia all’interno del proprio contesto produttivo, ciò di cui gli imprenditori hanno bisogno è il giusto compagno di squadra con cui vincere questa sfida. “Sin dalla fondazione di Prima Additive, la Business Unit nata nel 2018 all’interno del gruppo Prima Industrie, il nostro obiettivo è sempre stato quello di ridurre le barriere all’ingresso di questa tecnologia, riducendone i costi, aumentandone l’efficienza e fornendo una serie di servizi ai clienti per consentire loro di sfruttare appieno tutti i benefici dell’additive applicati al proprio contesto produttivo”, dichiara Paolo Calefati, Vice President Innovation and Additive Manufacturing Business Development presso Prima Industrie. “Grazie alla nostra esperienza di oltre 40 anni nei sistemi laser per il material processing e all’expertise dei nostri ingegneri applicativi, possiamo realmente essere al fianco dei nostri clienti e guidarli lungo tutto il processo di adozione della stampa 3D del metallo. Siamo sempre trasparenti con tutti coloro che vogliono avvicinarsi a questa tecnologia, aiutando l’utente finale a capire come passare dalle tecnologie tradizionali all’additive, individuare le modalità più efficienti per produrre i propri componenti e capire ogni segreto della tecnologia per poterla sfruttare al meglio. In poche parole, aiutiamo gli imprenditori a tradurre la loro immaginazione in un nuovo business sempre più efficiente”, aggiunge.

Soluzioni tecnologiche sempre più innovative Se dal punto di vista dei servizi di supporto all’applicazione, Prima Additive ha già raggiunto ottimi livelli di maturità, continua l’impegno dell’azienda per rendere l’additive una tecnologia sempre più competitiva grazie allo sviluppo di soluzioni sempre più innovative, in grado di migliorare l’efficienza del processo. “Siamo sempre alla ricerca di nuove soluzioni per ottenere di più dalle tecnologie additive”, dichiara Calefati. “Così, nel corso dell’ultimo anno, abbiamo presentato diverse

novità dal punto di vista del prodotto: su tutte ne citiamo due, una per la tecnologia Powder Bed Fusion, l’altra per la tecnologia Direct Energy Deposition”. Nell’ambito della tecnologia Powder Bed Fusion, funzionale alla realizzazione di componenti dalle geometrie complesse, uno dei campi in maggior evoluzione al momento è rappresentato dallo sviluppo di nuovi materiali processabili. “Negli ultimi tempi – osserva Calefati - abbiamo registrato una crescente domanda del mercato di applicazioni in rame, oro o altre leghe altamente riflettenti e dotate di elevata conduttività termica ed elettrica. In particolare, la domanda sta aumentando soprattutto nei settori dei motori elettrici, degli scambiatori di calore, dell’elettronica, dell’aerospace e della gioielleria. Lavorare queste leghe con laser infrarossi presenta problematiche legate ad un basso assorbimento, che porta a scarsa efficienza e performance instabili. Per questo, grazie alla nostra esperienza nei sistemi laser, abbiamo lavorato sull’implementazione del laser verde, che presenta una lunghezza d’onda più adatta a lavorare materiali altamente riflettenti”. Nello specifico, le due soluzioni sviluppate dall’azienda sono basate sulla piattaforma 150, dotata di un volume di costruzione cilindrico con una base di 150 mm di diametro per un’altezza di 160 mm. Due le soluzioni dotate di laser verde presentate nel corso di quest’anno: la Print Green 150 a laser singolo e la Print Genius 150 Double Wavelength, che invece presenta due laser, uno verde e uno infrarosso, che possono lavorare alternativamente sulla stessa area a seconda delle necessità. “In aggiunta alla configurazione laser, entrambe le soluzioni presentano le altre innovazioni disponibili sui nostri sistemi, su tutte: il riscaldamento della piattaforma fino a 300° C, che avviene sia dall’alto che dal basso, e il sistema ottico con Beam Expander, che consente di adattare in tempo reale la dimensione dello spot laser”, spiega Calefati.

Ottimizzazione e controllo dei processi dei sistemi di produzione additiva Un importante vantaggio in termini di efficienza di stampa a parità di qualità della Print Genius 150, il sistema di produzione additiva di Prima Additive con tecnologia Powder Bed Fusion caratterizzato da due laser che lavorano sulla stessa area, deriva anche dalla collaborazione di Prima Additive con Materialise, leader globale nelle soluzioni di stampa 3D, per l’ottimizzazione M &A | GENNAIO/FEBBRAIO 2022

DOSSIER ADDITIVE “La testa – precisa Calefati - è stata interamente progettata da Prima Additive, con il supporto di altre due business unit del gruppo Prima Industrie, Prima Electro e Convergent Photonics, ed è realizzata anch’essa in additive con la tecnologia Powder Bed Fusion delle nostre macchine. Siamo convinti che con il nostro background ingegneristico e meccatronico riusciremo ad accelerare lo sviluppo tecnologico portando sul mercato soluzioni sempre più performanti”.

I vantaggi “green” dell’AM

dei sistemi di produzione additiva del metallo. Prima Additive ha integrato su questa macchina il controllo hardware MCP (Materialise Control Platform) di Materialise per ottenere funzioni di controllo in tempo reale e una combinazione ottimizzata con sistemi esterni di assistenza al processo, come i sistemi di monitoraggio e controllo. Un importante risultato dell’integrazione tra i sistemi di Prima Additive e Materialise è lo sviluppo di un algoritmo di “Laser Workload Balancing” che permette di sfruttare al massimo e in modo bilanciato i due laser, ottimizzando il loro carico di lavoro. Grazie a questo algoritmo i due laser sono in grado di lavorare in ogni strato per lo stesso periodo di tempo, distribuendo automaticamente il lavoro in modo omogeneo ed eliminando i momenti in cui solo uno dei due laser è in funzione, massimizzando il beneficio di avere due laser sulla stessa macchina.

Processi di produzione additiva a deposizione diretta di energia Il processo di produzione additiva a deposizione diretta di energia (Direct Energy Deposition) utilizza energia termica focalizzata, generata da una sorgente laser, per fondere polvere metallica irrorata nel punto focale del raggio laser. In questo modo il laser fonde la polvere depositata sul componente. “Per quanto riguarda questa tecnologia – aggiunge Calefati - abbiamo sviluppato e brevettato un’innovativa testa laser chiamata “REAL_DED”, acronimo che sta per REal-time Adaptive Laserbeam for Direct Energy Deposition. La tecnologia DED consente di depositare materiale là dove serve, consentendo così non solo la realizzazione di parti da zero, ma anche riparazioni o funzionalizzazioni di componenti esistenti. La testa REAL_DED consente di aumentare le prestazioni e l’efficienza del processo di deposizione e permette all’operatore di adattare in tempo reale le dimensioni dello spot del fascio laser durante il processo senza dover modificare alcun componente meccanico o configurazione ottica della macchina”. La tecnologia alla base della testa REAL_ DED permette di ingrandire il diametro dello spot del raggio laser almeno fino a 2 volte rispetto alla dimensione originale data dalla configurazione della fibra di erogazione della macchina. 60

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Nel settore aerospaziale e automotive è sempre più diffusa la tendenza a produrre componenti altamente funzionalizzati e alleggeriti. In questi casi la stampa 3D si presta a valorizzare i materiali in termini di forme e geometrie. La logica di sviluppo di Prima Additive, basata su principi di riparazione, funzionalizzazione e alleggerimento, sposa i principi dell’economia sostenibile. “La sostenibilità e la circular economy non riguardano solo l’etica dell’innovazione, ma anche la competitività, che può risparmiare e rendere più profittevole il suo business”, afferma Calefati. Sono tre le ragioni che rendono l’additive una soluzione sostenibile. Innanzitutto, la stampa 3D utilizza solo il materiale necessario, a differenza dei metodi tradizionali basati sull’asportazione di materiale da un blocco pieno. Inoltre, la produzione on demand consente di evitare l’onere di gestire grandi stock di prodotti o pezzi di ricambio, riducendo così spazi e costi di magazzino. Infine, grazie all’additive è anche possibile riparare componenti ad alto valore aggiunto, estendendo il loro ciclo di vita. Le soluzioni di Prima Additive dotate di tecnologia Direct Energy Deposition, infatti, consentono di riparare parti in metallo, ma anche di rivestirle di altro metallo o di aggiungere parti customizzate su pezzi già esistenti. In questo modo, anziché creare nuovi componenti è possibile riparare e riutilizzare potenzialmente all’infinito componenti ad alto valore aggiunto, rendendo la produzione più “green” e sostenibile e, soprattutto, risparmiando tempo e risorse. Anche la tecnologia di additive manufacturing Powder Bed Fusion è green, poiché il processo di fusione della polvere strato su strato, consente di utilizzare solo il materiale necessario per produrre l’oggetto. La polvere di metallo utilizzata nel processo di produzione e non fusa può essere riciclata ed utilizzata successivamente. In questo modo si riducono drasticamente gli scarti di lavorazione, che sono invece un elemento decisamente ingombrante nel caso delle tecnologie di asportazione truciolo. Le infinite possibilità offerte dall’additive manufacturing consentono di realizzare qualunque pezzo che possa stare all’interno dell’area di lavoro della macchina. In questo modo è possibile produrre parti che prima venivano realizzate da fornitori diversi, ridurre il numero di assemblaggi necessari consolidando più parti in una, oppure realizzare pezzi contoterzi per settori molto diversi tra loro. Infine, l’additive manufacturing rivoluziona la supply chain: è possibile produrre pezzi on demand, evitando di avere grandi stock di parti di ricambio in magazzino e producendo solo ciò che serve quando serve, evitando lunghe attese e trasporti.

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Renishaw, produttore leader di sistemi avanzati per la stampa 3D in metallo, progetta e fabbrica sistemi di lavorazione additiva chiavi in mano per la produzione di componenti in diversi metalli con un processo detto di fusione laser su letto di polvere offrendo soluzioni per un’ampia gamma di applicazioni nel settore industriale e medicale. L’additive manufacturing è una tecnologia vantaggiosa che consente di dare vita ad un nuovo modello di business, trasformando un’ipotesi in una idea concreta. Unendo competenza e soluzioni innovative ad una buona dose di immaginazione per sprigionare l’enorme quantità di opportunità che può generare, questa tecnologia permette di allargare i propri orizzonti e conquistare nuove quote di mercato. Una produzione sostenibile, oggetti con una complessità un tempo impensabile, prototipi, ma anche prodotti finiti, piccoli e grandi lotti prodotti on demand, pezzi di ricambio unici realizzati all’occorrenza. Come ben noto, infatti, la produzione additiva (AM), detta anche stampa 3D, crea parti tridimensionali da un file digitale e utilizza sottili strati di materiale per creare forme complesse che non possono essere prodotte tramite le tecniche tradizionali, come stampaggio, deformazione o asportazione di trucioli. La stampa 3D consente di progettare in maniera diversa, ad esempio unendo diversi pezzi in uno solo, e riducendo al minimo materiale utilizzato e costi di lavorazione. Il vantaggio offerto dalla tecnologia additiva presuppone tuttavia la capacità di saper valutare dove più convenga applicare tale tecnologia rispetto alle tecniche tradizionali, o in combinazione ad esse, e di essere pronti ad accettare una trasformazione dei processi. Grazie all’additive manufacturing è possibile ottenere un buon compromesso tra dimensione dei pezzi e realizzazione dei dettagli, potendo creare forme complesse altrimenti impossibili con metodi di fusione e lavorazione tradizionali o con tecniche sottrattive. I pezzi possono essere massicci o contenere parti cave, con o senza strutture reticolari all’interno. Fondata nel 1973, la Renishaw, leader mondiale nel settore delle tecnologie di

precisione, grazie all’acquisizione di diverse tecnologie, è riuscita negli anni a diversificare le proprie attività, dal settore dei sensori per macchine utensili a CN alla strumentazione scientifica e alle produzioni additive (stampa 3D) in metallo, fino a proporsi sul mercato, dal 2011, non solo come fornitore di soluzioni per la produzione ma anche come produttore di macchine per l’additive. Oggi, l’azienda opera in tutto il mondo, con più di 79 sedi in 37 paesi ed oltre 4.400 dipendenti.

Tecnologia additiva tra fiducia e competenza L’introduzione di una tecnologia nuova e altamente innovativa nel proprio processo produttivo, richiede un investimento importante, sia in termini economici, che culturali, frutto di una visione proiettata nel futuro della produzione e dell’acquisizione di un certo grado di fiducia nell’additive manufacturing acquisita sia dai progettisti, che vedono nell’additive un modo nuovo di esprimersi, sia dai manager che riconoscono nella tecnologia additiva un modo diverso per raggiungere i risultati. Sviluppare capacità di produzione additiva potrebbe essere il prossimo passo per accrescere le possibilità produttive della propria azienda. La grande esperienza di Renishaw nell’adozione della produzione additiva come processo complementare alle attività produttive convenzionali, è il presupposto per creare un clima di fiducia del cliente verso le opportunità offerte dall’additive sia nell’aprire nuovi e vecchi mercati che nel permettere di consolidare, attraverso nuove opportunità, situazioni esistenti. Le soluzioni AM Renishaw consentono sia la produzione di strutture reticolari che il consolidamento dei pezzi per strutture leggere e complesse, nonché l’ottimizzazione del flusso dei liquidi e il design mirato specificatamente alla produzione additiva, per garantire una topologia ottimale. Volendo trasferire l’idea dell’additive dalla prototipia alla produzione, occorre garantire la qualità dei pezzi e la conformità a specifiche industriali di alto livello, e aumentare al massimo la produttività. Non essendo particolarmente economica,

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la tecnologia additiva trova una sua giustificazione a fronte di prestazioni migliori e prodotti estremamente performanti non realizzabili con altre tecnologie, oggetti ottenibili mediante macchine ad alta produttività con più laser che lavorano in parallelo mediante le quali ottenere una produzione di serie.

Produzione additiva in metallo La fusione laser su letto di polvere di metallo di Renishaw, utilizza un laser a fibra di itterbio ad alta potenza per fondere le polveri metalliche e creare pezzi meccanici in tutto e per tutto funzionali ed è particolarmente indicata per la produzione di pezzi con specifiche meccaniche molto alte. Il processo è guidato in modo digitale, direttamente da dati CAD 3D sezionati. Per ciascuna sezione di dati CAD viene depositato sulla piastra di base un sottile strato uniforme di polvere metallica finissima, quindi il laser fonde con precisione le aree selezionate dello strato di polvere. Il processo viene ripetuto a salire, strato dopo strato, finché il pezzo non è completo. I sistemi di produzione additiva Renishaw possono utilizzare diversi metalli, tra cui lega di titanio Ti6Al4V, lega di cobalto cromo, acciaio inox, leghe di nichel come Inconel 625 e Inconel 718, lega di alluminio AlSi10Mg. Questa tecnologia può produrre forme complesse altrimenti impossibili con metodi di fusione e lavorazione tradizionali. Queste soluzioni vengono impiegate in ambiti specifici, quali i settori automotive di alta gamma e aerospaziale, grazie alla possibilità di realizzare pezzi più leggeri e con geometrie particolari ed elevate caratteristiche meccaniche, e, sempre di più, in settori di nicchia in campo odontoiatrico e medicale, per i quali è possibile realizzare protesi in titanio in additive. Renishaw dispone di team dedicati alle soluzioni nel campo medicale. Le soluzioni offerte da Renishaw sono orientate alla produzione di pezzi di media dimensione realizzabili con macchine di media grandezza, cioè con un campo di lavoro di circa 25 cm x 25 cm x 35 cm. 64

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Le macchine per lavorazioni additive della serie RenAM 500 sono estremamente flessibili e possono essere utilizzate per applicazioni in laboratorio, fino alle grandi produzioni di massa. La serie RenAM 500 include una piattaforma completa, per soddisfare qualsiasi esigenza produttiva. Dato che c’è un limite oltre il quale non conviene aumentare la potenza del laser, la soluzione per aumentare la produttività è infatti quella di aumentare il numero delle sorgenti. Le macchine possono essere configurate con uno (500S) o quattro (500Q) laser ad alta potenza da 500 W che possono accedere simultaneamente a tutta la superficie del letto di polvere e con sistemi automatici o flessibili (Flex) per la gestione di polveri e scarti. Inoltre, utilizzano lo stesso sistema di flusso del gas, le protezioni e le ottiche digitali di precisione per tutte le operazioni, dal proof of concept dei materiali, fino alla produzione in grandi volumi. In particolare, la RenAM 500Q consente una velocità di costruzione molto elevata, aumentando la produttività del sistema e riducendo i costi di produzione dei singoli pezzi. Grazie ad una potenza laser quattro volte superiore a quella di una normale macchina, la RenAM 500Q è in grado di produrre pezzi di dimensioni mediopiccole a costi estremamente contenuti. Rispetto ad altri player attualmente presenti sul mercato, che hanno soluzioni multi laser sulle macchine di grandi dimensioni, Renishaw ha concentrato queste soluzioni soprattutto sulle macchine di media dimensione, di cui è anche produttore. Tale risultato è reso possibile dal design innovativo della macchina. La serie RenAM 500 è compatibile con i flussi di lavoro di Industria 4.0, con sistemi ottici, monitoraggio dei processi di sistema e la connessione al software gestionale Renishaw Central, la piattaforma per l’elaborazione dei dati di produzione, connessa in tempo reale per monitorare, registrare e analizzare i dati dei sensori delle macchine RenAM 500 e di tutti gli altri prodotti di metrologia industriale commercializzati da Renishaw. È possibile usare l’interfaccia Web o l’app per dispositivi mobili per monitorare i dati su atmosfera, polvere e temperatura direttamente durante il processo oppure per raccogliere dati storici da utilizzare per l’analisi delle prestazioni.

Gestione configurabile delle polveri La serie RenAM 500 può essere configurata per consentire il ricircolo della polvere a circuito chiuso oppure come sistema aperto di gestione delle polveri che sfrutta la forza di gravità. Il sistema di ricircolo della polvere opera in modo congiunto ai quattro laser che coprono l’intero volume di lavorazione per ridurre gli interventi dell’operatore e aumentare significativamente la produttività e contenere i costi di produzione dei pezzi. Il sistema aperto di gestione delle polveri (Flex) sfrutta la gravità e ha una gestione delle polveri semplificata, ideale per chi deve cambiare spesso il materiale dei componenti prodotti. Tutti gli elementi del modulo polveri possono essere puliti o sostituiti rapidamente, per evitare che i diversi materiali possano mescolarsi. I sistemi RenAM 500 Flex possono essere convertiti in sede con l’installazione di sistemi di ricircolo delle polveri che semplificano la transizione dalla fase di ricerca dei materiali a quella produttiva.

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GROHE ICON 3D

DESIGN PERSONALIZZATO, MA REALIZZATO IN SERIE CON LA STAMPA 3D

Grazie alla partnership con TRUMPF, GROHE ha contribuito al progressivo sviluppo della tecnologia 3D, inaugurando una nuova era nella produzione di rubinetteria, in cui la personalizzazione e la libertà di design svolgono il ruolo principale. L’azienda tedesca, leader globale nelle soluzioni complete per il bagno e nella rubinetteria idrosanitaria, dal 2014 parte della potente conglomerata LIXIL, uno dei principali produttori giapponesi di attrezzature per uso abitativo che utilizza tecnologie idrauliche pionieristiche, ha presentato alla ISH 2019, fiera mondiale per acqua, riscaldamento e climatizzazione, due rubinetti prodotti con stampa 3D. I rubinetti GROHE Icon 3D vengono prodotti mediante la Laser Metal Fusion (LMF) nello stabilimento LIXIL EMENA di Hemer utilizzando la TruPrint 3000. Oltre ai rubinetti, la produzione additiva offre a GROHE opportunità completamente nuove per la produzione di prototipi e utensili per lo stampaggio a iniezione con

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canali di raffreddamento interni. “Con GROHE Icon 3D entriamo nel futuro del design dei prodotti, poiché ora creiamo design che a prima vista sembrerebbero irrealizzabili”, ha dichiarato Paul Flowers, Chief Design Officer LIXIL.

La sfida Orientata da sempre alla soddisfazione delle esigenze dei clienti, GROHE crea soluzioni di prodotti intelligenti, sostenibili, che apportano più qualità alla vita, offrono un importante valore aggiunto e che, non in ultimo, portano il marchio di qualità “Made in Germany”: R&D e design costituiscono un processo integrato e sono saldamente ancorati alla sede in Germania. La sfida basilare nello sviluppo di design personalizzati e innovativi per i rubinetti consisteva nel mantenere la qualità GROHE, famosa in tutto il mondo, e traslarla in un prodotto stampato in 3D. Al centro si poneva il

mantenimento della purezza dell’acqua, vale a dire il materiale in polvere utilizzato deve essere conforme al regolamento sull’acqua potabile ed essere adeguatamente qualificato per la produzione additiva. Inoltre, già prima della produzione occorre tenere conto delle deformazioni termiche. A causa degli alti requisiti superficiali, si dovrebbero inoltre ridurre al minimo le eventuali lavorazioni di rifinitura necessarie. Propria del marchio GROHE, è infatti l’assunzione di responsabilità imprenditoriale e la creazione di una catena del valore rispettosa delle risorse. Dall’aprile del 2020 la produzione del marchio di prodotti sanitari ha raggiunto il traguardo delle zero emissioni di CO2. GROHE si è inoltre posta come obiettivo per il 2021 di utilizzare imballi senza plastica per i suoi prodotti.

La soluzione Per molti anni il team GROHE incaricato del design e dello sviluppo si è occupato intensamente della stampa 3D e ha maturato una profonda esperienza nella tecnologia e nella qualificazione dei materiali. Nel gennaio del 2018, la scelta è caduta alla fine su due macchine TruPrint 3000 di formato medio di TRUMPF. Per lo sviluppo di rubinetti da bagno è stato studiato un procedimento proprio con una formula specifica per la polvere metallica ritenuta idonea dall’azienda. In vista della necessaria omologazione per acqua potabile, GROHE ha registrato un proprio brevetto.

Realizzazione in sole 52 ore! I due design dei rubinetti GROHE Icon 3D vengono prodotti in piccola serie, con 6.000 ore di tempo di lavoro della macchina all’anno; a questo scopo la TruPrint 3000 lavora in regime di tre turni a pieno carico. Nella TruPrint 3000 c’è posto complessivamente per due rubinetti per ogni processo di stampa; i rubinetti vengono stampati in circa 4.700 turni in acciaio o una lega di ottone da 0,06 mm di spessore. Lo spessore della parete è compreso tra 1 e 1,5 mm; il punto di fusione minimo è di 1400 °C. Dopo la stampa, il componente viene lavorato meccanicamente su una fresatrice CNC. Seguono poi la levigatura manuale e la spazzolatura fine, ultimo passaggio per la finitura superficiale. Mentre in un procedimento di produzione tradizionale sarebbero necessari 4,5 mesi per completare le fasi dalla costruzione delle vie d’acqua fino al montaggio dei componenti, tutte le fasi di sviluppo e produzione necessarie nella stampa 3D si svolgono in sole 52 ore.

Design sostenibile, personalizzato e di serie Il metodo di stampa 3D utilizzato da GROHE introduce una rivoluzione dal punto di vista dello sviluppo e della produzione. È infatti possibile, in questo modo, ripensare i design e realizzare in modo efficiente richieste di personalizzazione, ad esempio in

progetti di architettura. La produzione additiva è interessante anche dal punto di vista della sostenibilità: il metodo che non spreca risorse consuma soltanto il materiale strettamente necessario. Componenti, come la bocca d’uscita e la manopola, possono essere molto più sottili e quindi prodotti con minor consumo di materiale: se si confronta la variante realizzata con la stampa 3D del rubinetto GROHE Allure Brilliant con il suo analogo predecessore in ottone, si ottiene una riduzione di peso di circa il 55%. “La ‘scintilla’ additiva sta attraversando da noi l’intera organizzazione”, afferma Thorsten Schollenberger, Vice Presidente Industrial Engineering, EHS & Sustainability, di GROHE. Al momento da GROHE sono in atto molti workshop, come sostiene Schollenberger, con l’obiettivo di scoprire nuovi prodotti e nuove applicazioni, da poter stampare sulla base di nuovi materiali. GROHE ha attivato progetti simili per l’utilizzo della stampa 3D per la produzione di utensili.

TruPrint 3000, soluzione flessibile per la produzione additiva industriale La TruPrint 3000 è una macchina universale di formato medio (LMF/ PBF/LPBF) per la produzione in serie flessibile di componenti metallici complessi mediante stampa 3D, con gestione industriale di pezzi e polvere. In combinazione con la gestione industriale di pezzi e polvere, la macchina è ideale per l’impiego nei Job Shop. Maggiore flessibilità, qualità e produttività per la produzione in serie additiva grazie all’opzione Fullfield Multilaser con due laser a 500 watt di TRUMPF di cui si può beneficiare con la stampante 3D per metallo TruPrint 3000. La produttività raddoppia e i costi dei pezzi si riducono notevolmente, a prescindere dalla geometria dei componenti. Il monitoraggio e la calibratura automatici del Multilaser durante il job di costruzione permettono di ottenere la migliore qualità per componenti Multilaser stampati. Gli ultimi sviluppi della guida con gas inerte aumentano ulteriormente la qualità dei componenti e la riproducibilità dei pezzi. Melt Pool Monitoring esegue la documentazione in parallelo al job di costruzione. Si possono così soddisfare gli obblighi di documentazione, come ad esempio quelli nel settore medicale. La TruPrint 3000 si adatta con estrema flessibilità ai requisiti individuali dei clienti TRUMPF. Con un volume di costruzione di 300 mm di diametro e 400 mm di altezza, trova impiego in svariati settori. È possibile scegliere tra estrazione interna o esterna in base alle dimensioni e alla complessità dei componenti, alle preferenze nel flusso di lavoro e ai volumi di produzione: il tutto con la protezione del gas inerte. La TruPrint 3000, inoltre, permette di ridurre al minimo di tempi di inattività della stampante 3D grazie alla possibilità di lavorare durante il tempo mascherato. M &A | GENNAIO/FEBBRAIO 2022

DOSSIER ADDITIVE TRUMPF

LASER METAL

FUSION

FORME COMPLESSE TRASFORMATE IN COMPONENTI 3D METALLICI DI QUALITÀ, IN MODO SEMPLICE E VELOCE

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La stampa 3D con l’utilizzo di polveri di metallo sta acquisendo sempre maggiore rilievo in molte aree della produzione industriale. L’additive manufacturing per TRUMPF, con circa 20 anni di esperienza nel settore, include sia le stampanti 3D per metallo (Laser Metal Fusion), con le quali si possono creare dalla polvere componenti completi e prototipi, che macchine laser ad alta produttività per la saldatura a riporto laser nel settore del rivestimento e della riparazione (Laser Metal Deposition). Nell’ambito della Laser Metal Fusion TRUMPF propone 4 differenti modelli di macchina che offrono differenti volumi di lavoro cilindrici, dalla TruPrint 1000 che consente un diametro e altezza di 100x100 mm alla TruPrint 5000, che consente un diametro massimo di 300 mm x altezza massima di 400 mm. I diversi modelli di TruPrint si differenziano anche per la potenza laser che può essere montata sulla macchina, cominciando con la potenza di 200 W della TruPrint 1000 e arrivando a 500 W della TruPrint 5000. Con l’opzione multilaser, ovvero la possibilità di avere due laser a fibra della medesima potenza che scansionano contemporaneamente qualsiasi zona dell’area di lavoro, è possibile aumentare la produttività fino all’80%.

TruPrint 1000: Laser Metal Fusion per componenti metallici complessi Partendo dalla più piccola delle stampanti 3D TRUMPF, la TruPrint 1000, anche le forme più complesse possono essere trasformate in un componente 3D metallico in modo semplice e veloce con un livello qualitativo eccellente. Le diverse funzioni della macchina la rendono la soluzione più innovativa e produttiva sul mercato in particolare per il settore dentale e medicale e per la rapidità di installazione unita alla intuitività del suo touch screen e alla possibilità offerta all’operatore di farsi guidare passo dopo passo attraverso le singole fasi operative, assicurano un rapido ritorno dell’investimento. Attraverso l’innovativo sistema di recoater, vengono coordinati quasi simultaneamente l’apporto di materiale e la fusione laser. Una fotocamera integrata nella camera di costruzione della TruPrint 1000 con l’elaborazione automatica delle immagini permette il monitoraggio automatico del letto di polvere. In questo modo i parametri di qualità sono controllati strato su strato ed è possibile avere costantemente una panoramica dello stato dei componenti.

Tempi di lavoro più lunghi e massima precisione e rapidità Sono due le funzioni che rendono questo prodotto la soluzione più indicata nel settore dentale: la funzione Multiplate e la funzione Preform. La funzione Multiplate consente l’applicazione di un

massimo di quattro piastre di substrato nel cilindro di costruzione e permette di cambiare automaticamente la piastra di substrato alla fine della lavorazione senza interrompere il processo LMF e senza intervento da parte dell’operatore. Il software della macchina fornisce un supporto completamente automatico tra il termine del primo job di costruzione e l’avvio di quello successivo. I job di costruzione terminati vengono raccolti nel contenitore di recupero. La funzione Preform consente la produzione precisa e rapida di singoli abutment personalizzati, termine in uso in odontoiatria e traducibile come moncone, con una significativa riduzione dei costi per componente. Su una piastra per l’opzione Preform si possono stampare fino a 64 abutment individuali, prelevabili con facilità dalla piastra. La TruPrint 1000 permette anche la lavorazione industriale di metalli amorfi, ovvero con un’altissima resistenza ed elasticità, nonché resistenza alla corrosione e biocompatibilità. Grazie alle proprietà di questi materiali è possibile ridurre il peso del componente e i tempi produttivi. Con il pacchetto TruPrint 1000 Dental insieme al software TruTops Print viene fornito un software industriale per la preparazione del job di costruzione, per il calcolo rapido della durata dei job e che consente di importare ed esportare i parametri di stampa. Oltre al pacchetto Dental, sono disponibili ulteriori pacchetti pensati per settori differenti, ciascuno con esigenze e peculiarità. TRUMPF propone la predisposizione per cilindri interscambiabili, che aumenta la funzionalità della macchina e adatta l’utilizzo della polvere alla geometria dei componenti, permettendo inoltre di ridurre il diametro di lavoro e lo spreco di polvere. È infine disponibile il pacchetto Industry, pensato per le esigenze di aziende industriali e che consente di lavorare una elevata gamma di materiali reattivi come titanio e alluminio, comprendendo una glovebox per minimizzare il contatto con la polvere ed un sensore di ossigeno ad alta risoluzione fino a 100 ppm.

Laser verde: stampa 3D di rame e altri metalli preziosi Le TruPrint TRUMPF possono rientrare in un progetto di Industria 4.0 grazie all’utilizzo del TruTops Monitor. Le soluzioni di monitoring intelligenti di TRUMPF permettono di monitorare e analizzare con precisione il processo additive, grazie all’acquisizione ed elaborazione di tutta una serie di dati e informazioni tramite sensoristica. Combinando la TruPrint 1000 con la sorgente TruDisk 1020, uno dei primi laser verdi industriali sul mercato con una lunghezza d’onda di 515 nm, possono essere elaborati materiali altamente riflettenti. La TruPrint 1000 Green Edition consente la stampa 3D di materiali come rame, leghe di rame e metalli preziosi, difficili o impossibili da lavorare con la lunghezza d’onda dell’infrarosso. M &A | GENNAIO/FEBBRAIO 2022