Il futuro della stampa 3D robotizzata

COMPONENTI DI GRANDE FORMATO E PRODUZIONE ADDITIVA IBRIDA

IIl 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 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

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 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.

KUKA Laser optic KUKA Laser Hybrid

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. 