L'intero telaio dell'auto Divergent3D è stampato in 3D. Il debutto pubblico è avvenuto presso lo stand di SLM Solutions al Formnext 2018 di Francoforte, in Germania, dal 13 al 16 novembre.
Se hai una conoscenza pratica della produzione additiva (AM), probabilmente conosci gli ugelli per la stampa 3D per la piattaforma di motori a reazione Leap di GE. La stampa economica si occupa di questa storia dal 2012, poiché è stato effettivamente il primo caso ampiamente pubblicizzato di AM in azione in un contesto di produzione reale.
Gli ugelli del carburante monoblocco sostituiscono quello che prima era un gruppo composto da 20 parti. Doveva anche avere un design robusto perché era esposto a temperature fino a 2.400 gradi Fahrenheit all'interno del motore a reazione. Il componente ha ricevuto la certificazione di volo nel 2016.
Oggi, GE Aviation ha più di 16.000 impegni per i suoi motori Leap. A causa della forte domanda, l'azienda ha dichiarato di aver stampato il suo 30.000° ugello del carburante stampato in 3D nell'autunno del 2018. GE Aviation produce queste parti ad Auburn, in Alabama, dove utilizza più di 40 stampanti 3D in metallo per la produzione dei componenti. GE Aviation dichiara che ogni motore Leap ha 19 ugelli del carburante stampati in 3D.
I dirigenti della GE potrebbero essere stanchi di parlare di ugelli del carburante, ma questo ha aperto la strada al successo della produzione additiva dell'azienda. Infatti, tutte le riunioni di progettazione di nuovi motori iniziano con una discussione su come integrare la produzione additiva negli sforzi di sviluppo del prodotto. Ad esempio, il nuovo motore GE 9X attualmente in fase di certificazione ha 28 ugelli del carburante e un miscelatore di combustione stampato in 3D. In un altro esempio, la GE Aviation sta riprogettando un motore turboelica, che ha avuto pressoché lo stesso design per circa 50 anni, e avrà 12 parti stampate in 3D che aiuteranno a ridurre il peso del motore del 5 percento.
"Quello che abbiamo fatto negli ultimi anni è stato imparare a realizzare parti di grandi dimensioni tramite produzione additiva", ha affermato Eric Gatlin, responsabile del team di produzione additiva di GE Aviation, parlando alla folla riunita presso lo stand dell'azienda al Formnext 2018 a Francoforte, in Germania, all'inizio di novembre.
Gatlin ha poi definito l'adozione della produzione additiva un "cambiamento di paradigma" per GE Aviation. Tuttavia, la sua azienda non è sola. Gli espositori di Formnext hanno notato che quest'anno alla fiera erano presenti più produttori (OEM e Tier 1) che mai prima. (I responsabili della fiera hanno riferito che all'evento hanno partecipato 26.919 persone, con un aumento del 25% rispetto al Formnext del 2017). Mentre i produttori aerospaziali hanno guidato la spinta per rendere la produzione additiva una realtà in fabbrica, le aziende automobilistiche e dei trasporti stanno guardando alla tecnologia in modo nuovo. Un modo molto più serio.
In una conferenza stampa di Formnext, il vicepresidente senior di Ultimaker, Paul Heiden, ha raccontato nei dettagli come Ford ha utilizzato le stampanti 3D dell'azienda presso il suo stabilimento di Colonia, in Germania, per creare strumenti di produzione per la Ford Focus. Ha affermato che l'azienda ha risparmiato circa 1.000 euro per strumento di stampa rispetto all'acquisto dello stesso strumento da un fornitore esterno.
Se gli ingegneri di produzione hanno bisogno di strumenti, possono caricare il progetto in un software di modellazione CAD 3D, rifinirlo, inviarlo a una stampante e stamparlo nel giro di poche ore. I progressi nel software, come l'integrazione di più tipi di materiali, hanno contribuito a rendere gli strumenti di progettazione più semplici, così che anche le persone "inesperte" possono lavorare con il software, ha affermato Heiden.
Ora che Ford è riuscita a dimostrare l'utilità degli utensili e degli impianti stampati in 3D, Heiden ha affermato che il passo successivo per l'azienda sarà quello di risolvere il problema dell'inventario dei pezzi di ricambio. Invece di immagazzinare centinaia di pezzi, verranno utilizzate stampanti 3D per stamparli man mano che vengono ordinati. Da lì, si prevede che Ford vedrà che tipo di impatto può avere la tecnologia nella produzione dei pezzi.
Altre aziende automobilistiche stanno già integrando strumenti di stampa 3D in modi fantasiosi. Ultimaker fornisce esempi di strumenti utilizzati dalla Volkswagen nel suo stabilimento di Palmela, in Portogallo:
Realizzato con una stampante 3D Ultimaker, lo strumento viene utilizzato per guidare il posizionamento dei bulloni durante il posizionamento delle ruote nello stabilimento di assemblaggio Volkswagen in Portogallo.
Quando si tratta di ridefinire la produzione automobilistica, altri pensano molto più in grande. Kevin Czinger di Divergent3D è uno di loro.
Czinger vuole ripensare il modo in cui vengono costruite le automobili. Vuole creare un nuovo approccio utilizzando la modellazione computerizzata avanzata e la fabbricazione additiva per creare telai più leggeri di quelli tradizionali, contenere meno parti, offrire prestazioni più elevate ed essere meno costosi da produrre. Divergent3D ha esposto il suo telaio stampato in 3D presso lo stand di SLM Solutions Group AG al Formnext.
Il telaio stampato sulla macchina SLM 500 è costituito da nodi autofissanti che si incastrano tra loro dopo la stampa. I responsabili di Divergent3D affermano che questo approccio alla progettazione e all'assemblaggio del telaio potrebbe far risparmiare 250 milioni di dollari eliminando i costi degli utensili e riducendo i componenti del 75 percento.
L'azienda spera di vendere in futuro questo tipo di unità produttiva alle case automobilistiche. Divergent3D e SLM hanno stretto una stretta partnership strategica per raggiungere questo obiettivo.
Senior Flexonics non è un'azienda molto nota al grande pubblico, ma è un importante fornitore di componenti per aziende nei settori automobilistico, diesel, medicale, petrolifero e del gas e della produzione di energia. L'anno scorso i rappresentanti dell'azienda hanno incontrato GKN Powder Metallurgy per discutere le possibilità della stampa 3D e i due hanno condiviso le loro storie di successo al Formnext 2018.
I componenti riprogettati per sfruttare i vantaggi della produzione additiva sono valvole di aspirazione e di scarico per i dispositivi di raffreddamento del ricircolo dei gas di scarico per applicazioni su autocarri commerciali, sia su strada che fuori strada. Advanced Flexonics è interessata a verificare se esistono modi più efficienti per creare prototipi in grado di resistere a test reali e, possibilmente, alla produzione di massa. Grazie ad anni di esperienza nella produzione di componenti per applicazioni automobilistiche e industriali, GKN possiede una conoscenza approfondita della porosità funzionale delle parti metalliche.
Quest'ultimo aspetto è importante perché molti ingegneri ritengono che i componenti per determinate applicazioni di veicoli industriali richiedano una densità del 99%. In molte di queste applicazioni, secondo Adrian Keppler, CEO di EOS, questo non è il caso, come conferma il fornitore e partner di tecnologia per le macchine.
Dopo aver sviluppato e testato parti realizzate con il materiale EOS StainlessSteel 316L VPro, Senior Flexonics ha scoperto che le parti prodotte mediante produzione additiva soddisfacevano i propri obiettivi prestazionali e potevano essere prodotte più rapidamente rispetto alle parti fuse. Ad esempio, il portale può essere stampato in 3D nel 70% del tempo rispetto al processo di fusione. Alla conferenza stampa, tutte le parti coinvolte nel progetto hanno riconosciuto che questo ha un grande potenziale per la futura produzione in serie.
"Bisogna ripensare il modo in cui vengono realizzati i componenti", ha detto Kepler. "Bisogna guardare alla produzione in modo diverso. Non si tratta di fusioni o forgiature".
Per molti nel settore AM, il Santo Graal è vedere la tecnologia diffusamente adottata in ambienti di produzione ad alto volume. Agli occhi di molti, ciò rappresenterebbe la completa accettazione.
La tecnologia AM viene utilizzata per produrre queste valvole di ingresso e di uscita per i dispositivi di raffreddamento del ricircolo dei gas di scarico destinati alle applicazioni dei camion commerciali. Il produttore di questi prototipi, Senior Flexonics, sta valutando altri utilizzi della stampa 3D all'interno della propria azienda.
Con questo in mente, gli sviluppatori di materiali, software e macchine stanno lavorando duramente per fornire prodotti che consentano questo. I produttori di materiali stanno cercando di creare polveri e materie plastiche in grado di soddisfare le aspettative in termini di prestazioni in modo ripetibile. Gli sviluppatori di software stanno cercando di espandere i loro database di materiali per rendere le simulazioni più realistiche. I costruttori di macchine stanno progettando celle che funzionano più velocemente e hanno intervalli di produzione più ampi per ospitare più parti contemporaneamente. C'è ancora molto lavoro da fare, ma c'è molto entusiasmo per il futuro della produzione additiva nella produzione nel mondo reale.
"Lavoro in questo settore da 20 anni e, in questo periodo, continuavo a sentirmi dire: 'Stiamo per introdurre questa tecnologia in un ambiente di produzione'. Quindi abbiamo aspettato e aspettato", ha affermato il Direttore del Centro di Competenza per la Produzione Additiva di UL. "Ma penso che finalmente stiamo arrivando al punto in cui tutto converge e sta accadendo".
Dan Davis è caporedattore di The FABRICATOR, la rivista più diffusa del settore dedicata alla fabbricazione e allo stampaggio dei metalli, e delle sue pubblicazioni affiliate: STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal e The Welder. Lavora a queste pubblicazioni dall'aprile 2002.
Il rapporto additivo si concentra sull'uso delle tecnologie di produzione additiva nella produzione reale. Oggi i produttori utilizzano la stampa 3D per realizzare utensili e dispositivi e alcuni utilizzano addirittura la produzione additiva per lavori di produzione ad alto volume. Le loro storie saranno presentate qui.