Metodologie innovative per l’Hybrid Manufacturing

Risultato della ricerca:

L’integrazione dell’Additive Manufacturing (AM) in filiere di processo complesse può essere vincente e portare notevoli vantaggi, in alcuni casi capaci di ovviare a problematiche altrimenti irrisolvibili. Attualmente la terminologia Hybrid Manufacturing viene associata a sistemi che implementano sia tecniche additive sia sottrattive. Tale binomio è imprescindibile dal momento che gran parte dei manufatti metallici prodotti con tecnologie additive necessita di operazioni di finitura successive. Molte sono le macchine commerciali che oggi presentano l’integrazione di questi due concetti: da centri di fresatura-tornitura che montano teste di deposizione laser oppure torce da saldatura a filo, a macchine laser a letto di polvere che integrano mandrini da fresatura consentendo spesso di realizzare parti più complesse e grandi in modo più rapido. Se da un lato una macchina integrata può risultare la scelta migliore in termini di riduzione dei tempi di processo dall’altro può risultare un investimento troppo impegnativo per quelle aziende che già posseggono un parco macchine tradizionale. Le attività di ricerca si rivolgono proprio a queste realtà, in quanto mirano a definire una metodologia innovativa per la fabbricazione di prodotti mediante combinazione di tecniche additive e sottrattive, ottimizzando la gestione degli spostamenti del pezzo tra le varie macchine al fine di ridurre i tempi di lavorazione, migliorare la qualità e ridurre lo spreco di materiale.

In particolare le ricerca riguarda le seguenti macro-attività:

• Sviluppo di un sistema di attrezzaggio innovativo per la riduzione dei tempi di produzione (riduzione del tempo necessario per spostare il componente da una stazione all’altra) e lo spreco di materiale. Tale sistema sarà basato su una piattaforma modulare caratterizzata da un opportuno sistema per l’identificazione del sistema di riferimento del pezzo in lavorazione all’interno dei volumi di lavoro delle varie macchine.
• Miglioramento della qualità dei prodotti mediante lo sviluppo di tecnologie in grado di ridurre od eliminare la necessità di supporti, la cui rimozione attualmente comporta perdite di tempo per la rimozione e successiva finitura, spreco di materiale ed energia.
• Ridurre le problematiche derivanti dalle distorsioni termiche a fine processo mediante lo studio delle meccaniche del processo produttivo e la relativa ottimizzazione della geometria del componente al fine di ridurre le successive fasi di finitura.
• Studio delle metodologie ottimali per la fabbricazione additiva di meccanismi complessi. La manifattura additiva consente la riduzione del numero di parti in un assieme in quanto offre la possibilità di realizzare parti più complesse, ma la ricerca in merito alla fabbricazione di componenti mobili è ancora allo stato embrionale.

Riferimento a finanziamenti precedenti:

Il risultato della ricerca non è stato oggetto di un precedente bando di finanziamento.

Innovatività rispetto a soluzioni già esistenti:

La manifattura ibrida è un processo che ha fatto la sua prima apparizione commerciale nei primi anni duemila con la deposizione a polvere laser in un macchinario CNC mentre ora la manifattura ibrida è qualcosa di consueto ed è riconosciuta all’interno dell’industria per la combinazione di manifattura additiva e sottrattiva.

Dal 2013, il numero di produttori di tool che consentono la manifattura ibrida è passato da zero a numeri a due cifre, e sono svariate le compagnie che hanno sviluppato sistemi di manifattura ibrida che combinano una serie di metodi di AM con fresatura CNC, consentendo spesso di realizzare parti più complesse e grandi in modo più rapido. Tra questi possono essere citati: DMG Mori, con il sistema LASERTEC 65 3D Hybrid che sfrutta il Siemens NX, Mazak con la INTEGREX i-400 AM che offre una lavorazione completamente a 5 assi, Hermle, Matsuura, 3D Hybrid e Fabrisonic. Tutte queste soluzioni sono basate sull’utilizzo di una specifica macchina che racchiude la tecnologia additiva e quella sottrattiva, che hanno il vantaggio di offrire una soluzione integrata, ma lo svantaggio di un costo che supera il milione di euro.

Parallelamente sono in fase di studio soluzioni che mirano ad aumentare la qualità dei componenti mediante il monitoraggio del processo produttivo (es. Progetto H2020 Maestro), e l’ottimizzazione del trasferimento delle parti dalla macchina di AM a quella CNC (es. nel campo dentale è da citare il sistema di GE additive).

L’aspetto innovativo della ricerca risiede nella possibilità di introdurre l’AM in realtà produttive esistenti, mediante una metodologia basata su due fasi. Una prima fase riguarda il pre-processing via software del componente, al fine di ridurre l’utilizzo di supporti e ottimizzare forma e orientamento del pezzo in modo da ridurre le problematiche derivanti dalle distorsioni termiche. Una seconda fase incentrata sull’utilizzo di un sistema di attrezzaggio innovativo per la lavorazione ibrida in grado di semplificare il passaggio dalla macchina di AM a quella CNC per la post-lavorazione, consentendo al contempo di risparmiare materiale. Tale approccio consente di ridurre i tempi di processo e di conseguenza i costi, aprendo le porte alla realizzazione di componenti complessi anche a quelle realtà produttive che fanno uso di lavorazioni meccaniche tradizionali.

Titoli di proprietà intellettuale:

I risultati della ricerca non sono ancora oggetto di titoli di proprietà industriale.

Principali applicazioni e mercato di riferimento:

Le principali applicazioni della soluzione che si intende sviluppare riguardano la realizzazione di componenti complessi in campo automotive e aerospaziale, la realizzazione o ricostruzione di stampi, la ricostruzione di componenti meccanici usurati o danneggiati.

La manifattura additiva ha attraversato una fase di rivoluzione negli ultimi 10 anni, diventando una valida soluzione di produzione industriale. Si stima che l’industria manifatturiera additiva valga oltre 9 miliardi di dollari, frazione della ben più ampia industria manifatturiera che vale circa 12 mila miliardi di dollari. Lo scenario sta evolvendo rapidamente, creando enormi opportunità per l’intero settore.

Dal momento che sempre nuovi player continuano ad entrare nel mercato, è il momento giusto per far parte del cambiamento.

Esigenze per l’ulteriore sviluppo – Industrializzazione:

I successivi aspetti che saranno oggetto di ricerca riguarderanno la realizzazione di un prototipo dimostrativo del sistema di attrezzaggio e della validazione in ambiente controllato dello stesso e dei parametri di processo ottimizzati. Successivamente sarà necessario collaudare il sistema in un contesto operativo reale per poi passare alla fase di validazione in ambiente analogo a quello operativo.