La produzione additiva di serie

LA PRODUZIONE ADDITIVA DI SERIE CON RENISHAW

Servovalvola a trasmissione diretta prodotta in AM

NELL’AMBITO DELLA MANIFATTURA ADDITIVA, RENISHAW È UN PRODUTTORE LEADER DI SISTEMI AVANZATI PER LA STAMPA 3D IN METALLO, NONCHÉ UN PROVIDER ESPERTO DI SOLUZIONI SU MISURA PER IL CLIENTE

L’L’azienda ha scelto di specializzarsi nella produzione additiva di componenti di medie dimensioni in diversi metalli con un processo detto di fusione di metallo a letto di polvere (o fusione laser), fornendo ai propri clienti soluzioni di produzione additiva chiavi in mano e realizzando pezzi complessi in metallo per un’ampia gamma di applicazioni, principalmente nel settore industriale e medicale. “Grazie a questa tecnologia – spiega l’ing. Enrico Orsi, Product Manager Additive Manufacturing di Renishaw - 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”. 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.

Produzione additiva in metallo

“La produzione additiva – precisa l’ing. Orsi - è un processo che consente di creare oggetti tridimensionali da file digitali. Si usa il termine “additiva” perché implica l’accumulo di sottili strati di polvere di metallo, uno a uno, che vengono fusi tramite fusione laser. La fusione di letto di polvere di metallo di Renishaw, utilizza un laser ad itterbio a fibra 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 o con tecniche sottrattive. 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 – continua l’ing. Enrico Orsi - 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. 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, 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. Dato che c’è un limite oltre il quale la potenza del laser non può aumentare, la soluzione per aumentare la produttività è infatti quella di aumentare il numero delle sorgenti”.

RenAM 500Q

La RenAM 500Q è il sistema AM con laser multipli per massimizzare la produttività caratterizzato da un volume di lavoro di 250 x 250 x 350 mm, dotato di quattro potenti laser da 500 W che possono accedere simultaneamente a tutta la superficie del letto di polvere. RenAM 500Q consente una velocità di costruzione molto elevata, aumentando la produttività del sistema e riducendo i costi di produzione dei singoli pezzi. “Con una potenza laser quattro volte superiore a quella di una normale macchina dalle dimensioni compatte, la RenAM 500Q è in grado di produrre pezzi di dimensioni medio-piccole a costi estremamente contenuti. Questa è la direzione in cui si sta muovendo il mercato – precisa Orsi. Altri player attualmente presenti sul mercato, hanno soluzioni multi laser sulle macchine di grandi dimensioni, mentre 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. Il sistema ottico include funzioni di controllo digitale e messa a fuoco dinamica che consentono ai quattro laser di colpire con assoluta precisione tutti i punti del letto

Enrico Orsi, Product Manager Additive Manufacturing di Renishaw

Macchina di stampa 3D in metallo multilaser RenAM 500Q

di polvere. Tale flessibilità permette di ridurre al minimo i tempi di produzione e di utilizzare l’energia laser in modo estremamente efficiente sull’intera area di lavoro. Altro requisito importante per la produzione è l’automazione di processo. La RenAM 500Q è dotata di sistemi automatici per la gestione di polvere e rifiuti, grazie ai quali consente una qualità di processo costante, riduce il tempo richiesto all’operatore e assicura alti livelli di sicurezza. Il tutto attraverso un sistema integrato di setacciatura e ricircolo della polvere”.

Il setaccio e il sistema di ricircolo polvere integrati automatizzano la gestione delle polveri all’interno di un’atmosfera inerte di gas argon. La polvere inutilizzata passa attraverso il setaccio e tutte le particelle di dimensioni eccessive vengono raccolte, rimosse dalla macchina e depositate in un contenitore metallico.

La RenAM 500Q include le stesse funzioni di utilizzo e sicurezza del sistema a laser singolo RenAM 500M: è dotata di due filtri di sicurezza con sistemi automatici di cambio filtro e gestione della polvere, per ridurre al minimo gli interventi manuali e l’ossidazione della polvere, dovuta al contatto con l’atmosfera. Quando si lavora a velocità sostenute, diventa importante garantire che le emissioni di processo vengano rimosse in modo sicuro ed efficace dal flusso del gas. Il sistema avanzato Renishaw per la rimessa in circolo del gas inerte include un prefiltro a ciclone e un intercooler che preserva la durata del filtro e contribuisce a mantenere l’ambiente pulito per tutta la durata del processo di lavorazione. “Renishaw – continua Orsi - è stata una delle prime aziende ad utilizzare sistemi per l’inertizzazione della camera in vuoto e guarnizioni ad alta integrità, che assicurano condizioni di lavoro ottimali e riducono al minimo i consumi di argon. Una serie di studi approfonditi ha dimostrato che nei nostri sistemi la polvere rimane in buone condizioni più a lungo massimizzando le possibilità di riutilizzo e riducendo ulteriormente il costo dei pezzi

prodotti”. Le macchine AM e i sistemi ottici Renishaw sono stati progettati, sviluppati e prodotti interamente in-house per garantire la massima capacità di controllo sulle prestazioni. In particolare sistemi ottici, dotati di un sistema interno di raffreddamento conforme che assicura un’eccellente stabilità termica del gruppo ottico, sono costruiti tramite AM in AlSi10Mg. Vengono quindi utilizzate macchine AM per produrre parti di se stesse, in modo da ottenere pezzi con caratteristiche uniche.

QuantAM, il software di preparazione alla stampa 3D

“Nella macchina AM – spiega Orsi - il software permette di passare dal disegno CAD tridimensionale dei pezzi ad una sequenza di vettori laser che definiscono fisicamente l’oggetto nello spazio”. QuantAM è lo strumento software dedicato alla preparazione di file per i sistemi di produzione additiva Renishaw che, grazie al flusso di lavoro intuitivo e alla navigazione semplificata, accetta in ingresso file in diversi formati dal sistema CAD e guida l’operatore nella preparazione di modelli per il processo additivo. Progettato specificatamente per le piattaforme di stampa Renishaw, consente un’integrazione più stretta nel software di controllo, ma anche la revisione rapida ed accurata di tutti i file di costruzione per sistemi Renishaw, anche quelli generati da altri software. “QuantAM – aggiunge Orsi - consente di svolgere cinque funzioni fondamentali: posizionamento ottimale dei componenti nello spazio, l’aggiunta di strutture di supporto, la suddivisione del pezzo in strati e l’assegnazione dei vettori del laser e la generazione di un file di costruzione leggibile dalla macchina. Queste operazioni vengono eseguite fuori linea, da un operatore che, in ufficio, prepara il file formattando la geometria CAD originale in un file contenente i dati di processo che viene trasferito alla macchina, associando i parametri di costruzione alla specifica geometria. Questo garantisce non solo un processo di lavorazione coerente e la tracciabilità di tutti i componenti prodotti, ma rende le macchine Renishaw “aperte”, consentendo di utilizzare nelle macchine Renishaw tutte le tipologie di materiali compatibili con la tecnologia a fusione laser”.

I Solutions Centres

Tramite i Solutions Centres, Renishaw intende abbattere le barriere all’accesso al mondo della produzione additiva in metallo, fornendo un ambiente di sviluppo sicuro in cui l’utente può ampliare la conoscenza della tecnologia e utilizzarla senza preoccupazioni. In Italia, presso la sede di Torino, sono state predisposte delle aree attrezzate – dei laboratori - con i sistemi Renishaw più aggiornati in cui vengono messe a disposizione dei clienti, con una formula a noleggio, sia le macchine che l’esperienza ed il talento di ingegneri e tecnici per integrare rapidamente e senza rischi la tecnologia additiva più adatta alle proprie esigenze. In questo modo, prima dell’acquisto di una macchina, i clienti hanno la possibilità di noleggiare per qualche mese la soluzione ideale per il proprio processo produttivo. 

Ttraining Software in un Solution Centre Renishaw