Tutte le nostre officine, prima di iniziare a produrre prototipi CNC, vengono sottoposte ad un audit sul controllo qualità di processo al fine di garantire i requisiti richiesti da MultiFaber.

Passato l’Audit, le officine vengono via via inserite nel database per la gestione dei macchinari disponibili, l’impegno puntuale e le capacità tecniche-fisiche per realizzare particolari di prototipi al CNC con specifiche dimensioni e tolleranze dimensionali.

Per esigenze particolari, siamo in grado di fornire anche report qualitativi ottenuti con rilevatori tridimensionali sofisticati come quello che si vede nella foto sotto.

Ma se questi sistemi di misura sono i più avanzati, non scordiamoci che di fronte a certe misurazioni sui prototipi CNC, come nel caso di sedi o tasche, si usano i tradizionalissimi blocchetti johnson !!

Utilizzo blocchetti johnson per misurazioni spessore – metodo passa non passa

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Stampa 3D e prototipazione rapida reale al CNC: quale evoluzione ?

E’ ormai documentato, e dimostrato, che i maggiori produttori di macchine utensili (pensiamo a Mazak , Biglia giusto per citarne alcuni presenti e utilizzati dai partner di MultiFaber) sono costantemente impegnati a sviluppare tecnologie sempre più evolute e efficienti nella lavorazione ad asportazione di truciolo. L’esigenza di poter mantenere le quote attuali, ma anche di potersi espandere offrendo nuove soluzioni e tecnologie è oggi più che in passato una necessità: se alcuni anni fa la ricerca e lo sviluppo era finalizzato a mantenere o a crescere le quote di mercato occupate dai grandi player in competizione tra loro, oggi ciò non è più così. I grandi progressi compiuti dalla stampa 3D e quello che ancora potrà fare nei prossimi anni vedrà l’utilizzo di questa tecnologia sempre più diffusa: pensiamo ad esempio alla possibilità di realizzare lo stampo in 3D che poi viene montato su una tradizionale pressa a iniezione e, mediante questa, si possono ottenere oggetti definitivi con i materiali standard della tecnologia a iniezione.
Non dobbiamo però illuderci che la stampa 3D e prototipazione rapida diventi “l’uovo di colombo” per tutte le stagioni: com’ è accaduto con l’invenzione e poi la diffusione del forno a microonde, nel momento di maggiore interesse e notorietà di questa tecnologia (come lo è adesso la stampa 3D) si era portati a pensare che la cottura tradizionale sarebbe stata destinata a scomparire. Ciò non è accaduto e oggi vediamo benissimo convivere nelle nostre case diverse tecnologie, anzi, quella tradizionale sta proponendo soluzioni più innovative (vedi cottura a induzione) rispetto al microonde, a dimostrazione che certi processi sono insostituibili: la capacità di innovare e proporre soluzioni tecnologiche avanzate sarà determinante. Nella fattispecie, certi limiti dettati dalle caratteristiche fisiche e meccaniche dei particolari rimarranno insuperabili con la stampa 3D. Anche perchè il mercato e le nuove applicazioni richiederanno prestazioni e caratteristiche sempre maggiori. Comunque, nel prossimo futuro si assisterà ad un progressiva sovrapposizione di queste tecnologie e, nel contempo, si apriranno e amplieranno le soluzioni oggi disponibili per la prototipazione reale rapida ad asportazione di truciolo e alla stampa 3D con possibilità di tempi, costi e caratteristiche esecutive molto diverse tra loro.

Il connubio della tecnologia di deposito laser con iniettore di polveri e della tecnologia di fresatura introduce un innovativo processo produttivo generativo, che consente di unire la stampa 3D e prototipazione rapida di geometrie complesse e di componenti altamente personalizzati. Questa soluzione ibrida, presentata anche al MECSPE di Parma, permette una produzione di geometrie altrimenti impensabili da ottenere solo a CNC con l’asportazione di truciolo.

La flessibilità di passare dalla lavorazione laser alla fresatura consente, inoltre, di operare in modo diretto su segmenti di pezzo, successivamente non più raggiungibili a pezzo finito. Questa tecnologia utilizza il processo di riporto di materiale applicato mediante un iniettore di polveri metalliche, che vanta velocità fino a 10 volte superiori alla produ­zione mediante il sistema a strati e alla possibilità di operare con 5 assi in continuo, eliminando così il problema di utilizzare materiali di sostegno.

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Il reverse engineering (o progettazione inversa) è una tecnologia nata almeno una quindicina d’anni fa ma solo adesso sta compiendo una trasformazione radicale con l’avvento del Dssp (Digital shape sampling and processing). Il Dssp è una nuova tecnologia che partendo dalla digitalizzazione tridimensionale, raggruppa un insieme di tecnologie avanzate.

Questa nuova tecnologia governa il processo di acquisizione delle immagini con uno scanner 3D interfacciato con un sofisticato software di elaborazione in grado di convertire la forma di un oggetto tridimensionale in un file digitale.

Come opera il Dssp nel campo del reverse engineering? Il Dssp permette di creare automaticamente un modello-file 3D accurato, dotato addirittura delle relative proprietà fisiche dell’oggetto e fondamentali alla progettazione e all’ingegnerizzazione.

In pratica oggi non ci si ferma più a ricavare un semplice modellino fisico da un file con la stampa additiva o stampa 3D; il Dssp è la base di sviluppo di un processo per il controllo e la produzione. Questa tecnologia si è sviluppata ed si è perfezionata negli ultimi anni con il progresso compiuto in diverse aree tecnologiche, come i sistemi di scansione ottica 3D dedicati all’applicazione del reverse engineering, al CAI (Computer aided inspection, controllo automatizzato di ispezione), fino alla capacità di elaborazione di geometrie tridimensionali molto avanzate e in grado di sopperire alle limitazioni presenti fino a pochi anni fa.

Reverse engineering e Dssp: applicazioni

Una delle applicazioni più efficaci del reverse engineering è nel settore automotive-motoristico: grazie alla luce strutturata, in grado di offrire un rapporto qualità/prezzo molto elevato per la digitalizzazione di componenti come portiere d’auto, serbatoi di moto, paraurti e persino poter scannerizzare e creare il modello matematico di auto intere.

Il sistema sfrutta due telecamere che “osservano” l’oggetto illuminato: compiendo varie fotografie ad angolazioni diverse dell’oggetto e mediante il principio della fotogrammetria, si è in grado di rilevare la posizione nello spazio della superficie ripresa.

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Innanzitutto, precisiamo subito che l’utilizzo di viti elicoidali risale a moltissimi anni fa e precisamente da Archimede (287-212 a.C.): la vite idraulica di Archimede, detta anche còclea (dal latino cochlea), è un dispositivo elementare usato per sollevare un liquido (ad esempio acqua) o un materiale granulare (ad esempio sabbia, ghiaia o solidi frantumati). Con gli anni il loro utilizzo si è ampliato in vastissimi campi e applicazioni, prevalentemente quando il materiale da sollevare, ma anche spostare o spingere in pressione all’interno di un condotto, non è liquido ma bensì denso o granulare. Gli impieghi oggi sono moltissimi, dagli impianti di granigliatura, ove serve raccogliere e reimmettere in circolo la graniglia , all’alimentare come nel caso che vi presentiamo.

La pre-analisi

I due particolari che ci sono stati richiesti, erano degli esemplari unici per un prototipo di macchina per la lavorazione e impasto in campo alimentare. Come accade sempre, l’obiettivo fondamentale era di impiegare la tecnologia più idonea e, allo stesso più conveniente per ottenere questi pezzi unici. La scelta è ricaduta sui centri CNC a 4 assi, decisamente i più indicati per queste lavorazioni ma senza necessariamente imporre costi orari elevati.

Centri CNC a 4 assi
Nelle prime due foto in alto, abbiamo una simulazione al CAM e una foto reale del funzionamento di un centro CNC a 4 assi: l’assieme mandrino-contromandrino ha la possibilità di traslare lungo il suo asse oltre a imporre la rotazione della barra in lavorazione. L’azione combinata di questi due movimenti, unita all’azione di una testa motorizzata completa il tutto, ovvero permette di andare ad asportare il materiale lungo lo sviluppo che dovrà avere la vite elicoidale.
Ed ecco il risultato !!
Che dire, secondo noi le foto parlano sole! Consideriamo poi che il materiale (AISI 304), vincolante in uso alimentare, non è certo di quelli più facili da lavorare meccanicamente.

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Nella presente newsletter vi daremo una panoramica più ampia possibile dei trattamenti di finitura, termici etc. che possiamo eseguire per la realizzazione di prototipi e piccole-medie serie e quali eventuali vincoli-condizioni potrebbero avere.

Premessa

Eseguiamo ossidazione anodica (anodizzazione) su particolari di alluminio di varie misure (da pochi grammi a diversi Kg)

trattamenti di cataforesi e successiva verniciatura (epossidica).
In questi casi, costi e tempistiche andranno verificate di volta in volta.

riuscendo a mantentenere i 5-7 gg di consegna.

mantentenendo i 5-7 gg di consegna.

in tempi rapidi, mantentenendo i 5-7 gg di consegna.

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La flessibilità di passare dalla lavorazione laser alla fresatura consente, inoltre, di operare in modo diretto su segmenti successivamente non più raggiungibili a pezzo finito. Questa tecnologia utilizza il processo di riporto di materiale applicato mediante un iniettore di polveri metalliche, che vanta velocità fino a 10 volte superiori alla produ­zione mediante il sistema a strati e alla possibilità di operare con 5 assi in continuo svincolando dal problema di utilizzare materiali di sostegno.

I materiali attualmenti comprovati per questa tecnologia sono:

• Acciaio inox
• Leghe di nickel (Inconel 625, 718)
• Matrice carburo di tungsteno-nickel
• Leghe di bronzo e ottone
• Leghe di lega cromo cobalto molibdeno
• Stellite
• Acciaio per utensili (saldabile)

Non a caso notiamo che manca l’alluminio, notoriamente “esplosivo” essendo le polveri d’alluminio soggette a riscaldarsi e a bruciare più facilmente, causando fiammate ed in alcuni casi esplosioni.
Esempi concreti di utilizzo

Al reparto corse F1 della Ferrari utilizzano proprio questa tecnologia per produrre i nuovi pistoni con materiali speciali e con una struttura a nido d’ape. Questi nuovi pistoni sono infatti capaci di resistere alle maggiori sollecitazioni della nuova camera di combustione studiata per i motori che correranno nel campionato mondiale del 2017. Il materiale in uso sarà quindi una speciale lega d’acciaio lavorata a nido d’ape, ideale per ottenere maggiore rigidezza e resistenza delle parti senza aumenti di peso, aspetto essenziale nella F1 moderna.

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Stampa 3D – additive manufacturing

Tipicamente, i prototipi ottenuti con la tecnica di fabbricazione tradizionale, ovvero con procedimento per asportazione di truciolo, si inizia con un pezzo di materiale e viene successivamente lavorato/asportato l’eccesso e questo vale sia per un foglio di lamiera con la tranciatura o con una barra di metallo/blocco con la tornitura/fresatura meccanica CNC.
La stampa 3D opera invece per apporto di materiale: si inizia con niente (o miscele gassose) per poi aggiungere/fondere il materiale in forma specifica fino ad avere il prodotto desiderato.

Vi sono diverse tipologie di macchine ma di base la stampante 3D è costituita da un estrusore, attraverso la quale il materiale riscaldato viene trasferito ad una piattaforma sottostante. Il punto dell’estrusore farà una serie di passaggi, aggiungendo strato su strato fino a quando l’oggetto viene creato. Ogni passaggio o layer è un’immagine dell’oggetto con uno specifico spessore, e questo fattore indica già una grossa differenza sulla finitura superficiale ottenibile: la stampa 3D è soggetta ad avere superfici verticali ottenute dai diversi strati con una rugosità molto alta e di gran lunga peggiore di quella che, anche con lavorazioni grossolane, è ottenibile con le lavorazioni per asportazione.

Attualmente vi è un livello altissimo di aspettativa da questa tecnologia. Mentre molti canali e media tradizionali guardano alla stampa 3D come la tecnologia che può fare di tutto, altra cosa è invece quello che la rende veramente utile e tale da rendere necessario un chiarimento molto urgente in questo momento. E’ verosimile temere che, in caso contrario, una diffusa delusione causata dalle limitazioni di questa tecnologia possa causare una costosa reazione nei confronti dell’industria specializzata in questo settore.

Altro aspetto da sottovalutare è il costo delle materie prime. Essendo delle materie prime di alta qualità, il loro costo è esorbitante, nonchè il tempo necessario per stampare i prodotti, è molto lungo. Questi due fattori rendono la stampa 3D di fatto inconfrontabile con una azienda dedicata alla produzione di massa. Senza economie di scala, la spesa per creare articoli sfusi è troppo elevata. Unico fattore positivo è dato dalla possibilità di poter decidere forme e geometrie altrimenti introvabili in commercio: ma a quale costo ? Saremo disposti a spendere 20 o 50 volte il costo di un bicchiere di plastica solo perchè ha una forma disegnata da noi ?

Quindi l’idea di produzione con stampa 3D sia una valida alternativa ai processi sottrattivi è falsa. Per la maggior parte dei consumatori, andare in un negozio e acquistare un prodotto di massa sarà più veloce, più semplice e più economico rispetto alla stampa 3D fatta in casa.

Quindi quale potrà essere il futuro della stampa 3D ? E’ molto più probabile che prodotti costruiti su ordinazione, come il prototipo di una nuova idea o un particolare che ha bisogno di essere completamente personalizzato – come gli articoli medicali – possono essere i più indicati per questa tecnologia.

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1. processo meccanico
2. processo termico
3. processo elettro-chimico

Di seguito vedremo l’efficacia e l’impatto delle diverse tecniche di finitura meccanica su componenti ottenuti con la tecnica del additive manufacturing.

Additive manufacturing finishing

Nei processi convenzionali di formatura (come lo stampaggio, la fusione e la pressofusione), le tecniche di finitura per asportazione come la lavorazione meccanica, la sabbiatura, la granigliatura e burattatura sono stati ampiamente utilizzati per migliorare la precisione dimensionale e la qualità superficiale.

Questi processi sono stati estesi anche al processo di additive manufacturing in modo da soddisfare e migliorare il livello di qualità superficiale, come ad esempio poter ottenere rugosità superficiali anche inferiori a 0.8μm.

Tornitura a CNC

La tornitura-rettifica a CNC di parti meccaniche in AISI 316 e acciai al carbonio su particolari metallici ottenuti con tecniche di fusione selettiva al laser, ha permesso di ottenere rugosità superficiali Ra ~ 0.4μm. Test condotti hanno dimostrato che la finitura dei pezzi ottenuti con additive manufacturing ha avuto effetti limitati sulla sollecitazione a fatica.

Fresatura ad alta velocità CNC

La fresatura ad alta velocità utilizzata per finire superficialmente parti in alluminio realizzati con additive manufacturing, è risultata molto favorevole e ha permesso di ottenere rugosità superficiale e ondulazione molto buone. Tuttavia, rispetto ad altri processi ad asportazione, l’alta velocità ha introdotto elevate tensioni residue nella superficie finita del metallo.

Sabbiatura con graniglia (es. corindone)

La sabbiatura con graniglia, come il corindone, è normalmente realizzata manualmente e con un tempo di attrezzaggio molto ridotto. A seconda della geometria dei componenti, non è sempre possibile raggiungere tutte le superfici. Nelle prove con la sabbiatura a perle di vetro, il processo non è stato abbastanza aggressivo per eliminare la finitura superficiale rigata risultante dal processo di additive manufacturing.

Finitura per spazzolatura (adattiva)

La tecnica di spazzolatura può essere utilizzata per eseguire al finitura su geometrie complesse e intricate che di solito rappresentano una difficile esecuzione per la rettifica convenzionale. Utilizzando utensili abrasivi di diversa granulomentria e composizione, è stato possibile ottere rugosità superficiale (Ra) di ~ 10 nm attraverso un processo in 3 fasi e variando anche il tipo di pasta abrasiva utilizzata. Questa tecnica è indicata per particolari ove la geometria (curvilinea) e l’estetica sono preponderanti.

L'articolo Additive manufacturing e finitura superficiale proviene da MultiFaber.

L'articolo Prototipazione rapida preventivo online proviene da MultiFaber.

Il network Multifaber, non è solo un insieme di aziende specializzate nella stampa 3D, nella prototipazione rapida e nella produzione di serie funzionali, ma si pone come partner per offrire un servizio di consulenza, progettazione, design e industrializzazione.

Stampa 3D. Perché è utile la prototipazione rapida con metodo additivo.

Per quelle aziende che devono affrontare il nuovo cambiamento e hanno bisogno di consulenza tecnica sulle straordinarie possibilità che offrono la stampa 3D, la prototipazione rapida, le moderne tecnologie, stampanti 3D Systems, i sistemi CAD/CAM e quanto ruota intorno a questo approccio.

La tecnologia alla base della stampa 3D è anche chiamata manifattura additiva, una tecnologia che sta di fatto stravolgendo la manifattura tradizionale. In estrema sintesi, stiamo assistendo al fenomeno per cui la produzione sottrattiva sta venendo progressivamente sostituita da quella additiva, che aggiunge materiale a partire da un modello virtuale (3D tridimensionale).

È una rivoluzione tecnologica, ma soprattutto un’evoluzione di processo, che può trarre vantaggio dalla fornitura in outsourcing di tutte quelle competenze e tecnologie legate alla prototipazione rapida e alla stampa 3D.

La stampa 3D: strato dopo strato realizza il tuo modello 3D

La stampa 3D, quindi, permette di ottenere la riproduzione reale di un modello 3D, partendo da un modello tridimensionale creato grazie a un software di progettazione CAD/CAM. Il processo produttivo è quindi poi trasferito alla stampante che, in modo additivo, strato dopo strato, costruisce il prototipo reale.

Stampa 3D: prove, controlli severi e test qualitativi prima della produzione per eliminare gli sprechi.

Alla base della tecnologia 3D c’è uno sviluppo iterativo e agile del prodotto. Dalla progettazione fino alla realizzazione di prototipi funzionali, ogni passaggio controlla e perfeziona il precedente, grazie a un controllo di qualità severo e accurato (MultiFaber adotta il sistema 6Sigma). I prototipi funzionali in materiali digitali o termoplastiche possono rilevare come si comporterà il prodotto nel contesto di utilizzo, offrendo preziose indicazioni, molto prima di doversi impegnare nella produzione, con il rischio di gravi errori e sprechi.

Le tecnologie innovative adottate per la realizzazione di prototipicon la stampa 3D consentono di ottenere ottimi risultati sia sotto l’aspetto estetico che quello funzionale. La scelta tra diversi materiali consente di differenziare investimenti e obiettivi, velocità di realizzazione, finalità del prototipo, livello di resistenza ed efficienza. Così termoplastiche ABS e PC possono essere impiegate per prototipi funzionali, mentre per prototipi a elevate prestazioni può essere impiegata la tecnologia di modellazione a deposizione fusa (FDM, Fused Deposition Modeling) di Stratasys. Per prototipi equiparabili alla realtà d’utilizzo con l’aspetto del prodotto finito, ad esempio parti morbide, componenti trasparenti, cardini mobili e parti con capacità di assorbire gli urti, utilizzare la tecnologia PolyJet che consente di stampare più materiali in un’unica costruzione automatizzata.

Stampa 3D e prototipazione rapida: quali sono i benefici?

Facciamo un rapido elenco:

• Costi e tempi inferiori
• Immissione sul mercato più tempestiva
• Correzione degli errori e individuazione migliorie nelle fasi iniziali del processo (con conseguenti interventi meno oneresi per apportare i cambiamenti)
• Riduzione del tempo di lancio del prodotto
• Realizzazione simultanea di pezzi con particolari differenti
• Processo iterativo che individua e risolve errori e problemi in fase di sviluppo
• Flessibilità
• Competitività

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