additiva Generative design e additive

ADDITIVE ITALIA

ADDITIVE ITALIA SRL (O ADD+IT) È UNA GIOVANE AZIENDA BERGAMASCA NATA NEL 2018 PER ACCOMPAGNARE LE REALTÀ MANIFATTURIERE NELLA TRANSIZIONE TECNOLOGICA E CULTURALE VERSO L’ADOZIONE DELL’ADDITIVE MANUFACTURING IN AMBITO INDUSTRIALE

GENERATIVE

DESIGNE ADDITIVE MANUFACTURING PER METALLI

AAffiancando le aziende, Add+it vuole aiutare a pianificare e costruire un processo industriale digitale, robusto, efficace ed efficiente. A tal fine Add+it mette a disposizione un luogo nel quale le competenze di design, progettazione e ingegneria per la manifattura additiva si integrano con quelle offerte dalle numerose collaborazioni di aziende specialistiche. Sono varie le collaborazioni intraprese, sia con professionisti di specifici aspetti tecnologici e processi industriali rivolti alla stampa 3D che con costruttori dei diversi sistemi di manifattura additiva per metallo e polimero.

Design for additive manufacturing

Utilizzato per sfruttare l’enorme libertà di progettazione che viene fornita con la stampa 3D, il design for additive manufacturing (DfAM) consente ai produttori di usufruire di una serie di vantaggi - dalla geometria altamente complessa all’uso di strumenti di generative design - e di creare componenti che altrimenti sarebbe troppo difficile o costoso realizzare con metodi di produzione tradizionali. Il generative design utilizza strumenti software per creare parti altamente ottimizzate, supportate da complesse simulazioni computazionali. Costruite per resistere a carichi specifici e progettate in base a vincoli definiti dall’utente, la progettazione generativa posiziona il materiale solo dove è necessario, ottenendo componenti che sono fino al 50% più leggere, ma ugualmente resistenti, rispetto ai design convenzionali. Creare la complessa geometria di tali componenti tramite metodi tradizionali non sarebbe solo difficile, se non impossibile, ma sarebbe anche estremamente costoso e dispendioso in termini di tempo. Aspetto chiave della giovane startup è sicuramente la progettazione secondo i criteri dell’additive manufacturing fondata sull’utilizzo di un crescente portafoglio di strumenti di progettazione avanzati che ruotano attorno al concetto del “simulation-driven engineering” in costante evoluzione grazie alla continua collaborazione con aziende produttrici di software. Una competenza che ha potuto maturare anche grazie all’ausilio di sistemi di prototipazione rapida in metallo come quella presente nel nuovo laboratorio di Bagnatica. Add+it, infatti, è stata una delle prime realtà europee ad installare la tecnologia di stampa StudioSystem+ di Desktop Metal nell’agosto del 2019.

Il sistema StudioSystem+

Nel dettaglio StudioSystem+ di Desktop Metal è una tecnologia di

Il sistema completo StudioSystem+ di Desktop Metal, in basso i vari step del processo: materia prima in rods, stampa, debinding, sinterizzazione e rimozione manuale dei supporti.

stampa Metal FDM (Fused Deposition Modeling) basata sulla sinterizzazione di metallo, dedicata alla prototipazione e alle attività di ricerca e sviluppo. Soluzione utile per validare geometrie e piccoli lotti di produzione in fase di sviluppo prodotto, in previsione dell’adozione di sistemi di produzione industriali come quelli di Metal Binder Jetting (MBJ). Il sistema StudioSystem+ si compone di tre unità, stampante, debinder (sistema che permette il lavaggio per la rimozione del legante polimerico) e forno di sinterizzazione. A differenza delle più note tecnologie di Metal Additive Manufacturing (MAM), basate sulla fusione di strati di polvere tramite fasci laser (Selective Laser Melting - SLM), un sistema come quello di Desktop Metal può essere impiegato direttamente in ufficio. L’eliminazione di polveri semplifica di molto il processo, che invece si basa sull’estrusione di rods (composte da un mix di metallo, cera e legante polimerico) su un piatto di stampa di 300x200x200mm. La velocità di stampa misurata si aggira intorno ai 4-5 cm3/h con una risoluzione massima di 50µm di altezza di layer. Altri aspetti che rendono molto interessante questa tecnologia sono sicuramente la facilità di cambio materiale, che può avvenire in meno di 10 min e la rimozione manuale dei supporti di stampa possibile grazie alla presenza di un sottile strato di ceramica presente tra la parte e il supporto stesso. Ad oggi i materiali disponibili sono: acciaio inox 17-4PH e 316L, AISI 4140, H13, Rame in purezza e Inconel 625 che arriverà per fine anno.

Il team di ingegneria ha acquisito particolare dimestichezza con il processo tecnologico che meglio di altri si presta per la prototipazione rapida di piccoli componenti funzionali, parti di ricambio o validazioni di nuove geometrie per Binder jetting. Additive Italia ha già sfruttato questa tecnologia per la prototipazione di componenti in diversi settori industriali come il navale, agricolo, O&G, automotive e meccanico. Ne è un esempio l’ultima realizzazione di pinze industriali per bracci Robot impiegati nella lavorazione di lamiere, progettata da Additive Italia con toolkit del software nTopology e prodotto con Desktop Metal Studio System in acciaio inossidabile 17-4PH. In soli 4 giorni è stato possibile riprogettare, stampare e sinterizzare il componente che necessitava l’aumento del grip di presa. Oltre ad un componente più performante, Add+it è stata in grado di offrire una soluzione il 32% più leggera, economica e veloce, in grado di resistere in condizioni di lavoro critiche, limitando i giorni di fermo impianto.

La tecnologia Metal Binder Jetting

Additive Italia crede molto nel poter sfruttare i vantaggi dell’additive manufacturing in ambito industriale per questo ha scommesso fin da subito sulla tecnologia di Metal Binder Jetting di prossima acquisizione. Il suo processo è molto semplice: una testina di stampa rilascia selettivamente un liquido legante su uno strato ti polvere metallica, proseguendo strato su strato viene realizzata la cosiddetta green part, pronta per essere sinterizzata. Ad oggi questa tecnologia è l’unica in grado di offrire una produttività in termini di cm3/h di alcuni ordini di grandezza superiore ai più performanti sistemi di manifattura additiva ad energia diretta (i sistemi laser superano di poco il centinaio di cm3/h mentre per il MBJ arriviamo a superare i 10’000 cm3/h); tecnologie a energia diretta che restano ottime per le applicazioni specialistiche nelle quali si sono sviluppate, qualificate e utilizzate con successo da anni (aerospace, defence, medicale piuttosto che soluzioni di manifattura ibrida e applicazioni speciali nei settori O&G e PowerGen). La produzione industriale necessita di un’elevata produttività e di un livello di costi che il MBJ

Prototipazione rapida

Il gancio scuotitore commissionato da Cifarelli Spa Azienda leader nella vendita di attrezzature per l’agricoltura e il giardinaggio, Cifarelli si trova a Voghera, in Italia. I ganci scuotitori sono utilizzati in molte parti del mondo per far vibrare i rami degli alberi, provocando la caduta a terra di noci, frutta e verdura in modo che possano essere raccolti. Il gancio della Cifarelli in questione è il migliore per le olive, consentendo la raccolta di oltre 2.000 kg di olive al giorno e potendo rimuovere il 95% del frutto senza danneggiare l’albero o le sue gemme. Sebbene venga normalmente prodotto in lotti di circa 1.000 pezzi tramite fusione a freddo dell’alluminio, Cifarelli ha anche la necessità di una produzione a più basso volume di ganci scuotitori personalizzati per clienti, frutti e regioni specifiche. Tuttavia, a causa del costo dell’investimento nell’attrezzatura, i ganci scuotitori personalizzati non possono essere prodotti economicamente per bassi volumi. Alla ricerca di un metodo di produzione più economico per i ganci personalizzati, Cifarelli si è rivolta ad Additive Italia, avviando un progetto di R&D. La stampa sarebbe stata realizzata in acciaio, per questo Add+it l’ha ripensato per garantire che non fosse più pesante del componente originale in alluminio, poiché un peso ridotto è essenziale per ridurre le sollecitazioni sul motore. Grazie a strumenti di ottimizzazione topologica, la tecnologia Studio System ™ ha reso possibile per Cifarelli la stampa di alcuni prototipi funzionali, impossibili con metodi tradizionali, di un gancio ridisegnato che, pur pesando lo stesso degli originali in alluminio, è molto più durevole e ottimizzato per la sua applicazione.

rende possibili, anzi estremamente profittevoli, se adottato all’interno di una adeguata strategia di evoluzione del processo industriale volta a cogliere tutte le opportunità di creazione di valore nel prodotto e nel processo. Tra i molti aspetti di questa evoluzione potenziale e le molte opportunità che apre si può pensare alla possibilità unica del MBJ di utilizzare tutta la gamma dei materiali largamente sperimentati da decenni nell’industria del MIM (metal injection molding) quindi ampiamente collaudati e disponibili in scala industriale a quotazioni che sono una frazione di quella dei materiali necessari ad esempio a tecnologie laser. Nel MBJ inoltre possono essere impiegati materiali che non sono utilizzabili nei sistemi ad energia diretta perché non saldabili (pensiamo ai carburi) piuttosto che combinazioni di polveri di leghe e di metalli ingegnerizzate per specifiche applicazioni (tecnica della diffusione). Il MBJ in sintesi rende disponibile su scala industriale un’ampia ricombinazione di opportunità offerte dalla scienza e dalla metallurgia a costi contenuti e con elevata efficienza produttiva.

Additive Italia, grazie alla collaborazione con le principali case produttrici dei sistemi MBJ di prossima introduzione, con primari produttori si sistemi di sinterizzazione a vuoto e trattamento termico, con università e centri di ricerca di livello internazionale, è in grado di accompagnare l’industria nello sviluppare le idee e le competenze necessarie a cogliere queste ed altre opportunità offerte dal MAM, sino all’elaborazione di modelli di costo di prodotto e di contabilità industriale. Anche grazie alla propria dotazione di sistemi in continuo aggiornamento, Additive Italia continuerà ad essere per loro un supporto nelle attività di R&D quando le attività industriali saranno avviate e dedicate al 100% al raggiungimento degli obiettivi, un supporto oltre all’attuale training per le attività di design e engineering anche per la qualifica degli operatori e la messa a punto dei processi per nuovi prodotti e materiali. 