La manifattura additiva ha superato la fase in cui doveva presuntamente sostituire tutto. Per questo ora si può dire dove appartiene davvero.
Cosa succede dopo la stampa
La macchina ha finito, il componente no, non ancora.
A seconda del processo e dell'applicazione seguono: distacco dalla piattaforma di costruzione, rimozione delle strutture di supporto, distensione delle tensioni, pressatura isostatica a caldo contro la porosità interna, lavorazione meccanica delle superfici critiche perché tolleranza e rugosità allo stato di stampa non bastano, finitura superficiale, rimozione della polvere intrappolata nei canali interni e infine il collaudo.
La stampa è il passaggio visibile, e spesso la parte minore del costo. Chi nel business case mette a confronto tempo macchina e tempo di lavorazione sta confrontando le cose sbagliate.
Due conseguenze da dire chiaramente.
La post-lavorazione determina il throughput. Chi compra una stampante senza costruire la post-lavorazione si è comprato un collo di bottiglia che alimenta un altro collo di bottiglia.
Le strutture interne possono diventare un rischio. I canali interni complessi sono l'esempio da manuale dei punti di forza dell'additivo, ed è esattamente lì che la polvere resta intrappolata e il collaudo è più difficile. Facili da progettare, difficili da dimostrare.
Dove la manifattura additiva vince davvero
Cinque casi, come casi concreti, non come potenziale.
Piccoli volumi. Niente attrezzaggio significa nessun ammortamento. A bassi volumi l'additivo è quindi spesso più economico di qualsiasi processo legato a un utensile.
Geometria complessa che non si può ottenere altrimenti. Canali di raffreddamento interni, strutture reticolari, forme ottimizzate topologicamente. Quando l'alternativa non è costosa ma impossibile, il confronto è facile.
Consolidamento dei componenti. Se un assieme di molte parti viene sostituito da un singolo pezzo stampato, spariscono elementi di fissaggio, giunzioni, lavoro di montaggio e fonti di errore. Qui sta spesso il vero beneficio, ed è invisibile se si confrontano solo costi di parte con costi di parte.
Attrezzaggio. Dime, maschere e stampi, incluse cavità di stampaggio a iniezione raffreddate secondo il contorno, una delle applicazioni economicamente meglio documentate.
Ricambi. Componenti non più reperibili per impianti ancora in funzione, quando l'alternativa sarebbe un nuovo utensile o una nuova macchina.
Dove non vince
Altrettanto concreto, perché solo i limiti onesti rendono credibili i punti di forza.
Produzione in serie di pezzi semplici. I processi convenzionali sono più veloci ed economici per unità, e nessun progresso tecnico cambia la forma di questa curva.
Quando contano finitura superficiale e tolleranza. Le superfici funzionali dei pezzi additivi vanno di solito lavorate a macchina allo stato di stampa, il che riporta in gioco un processo convenzionale.
Quando le proprietà del materiale devono essere garantite e tracciabili. Le proprietà variano con parametri di processo, orientamento, posizione sulla piattaforma e macchina. Questo rende costosa la qualifica.
Quando il materiale non è disponibile o non è economico. La polvere è cara, e la scelta di materiali qualificati è più ristretta rispetto ai processi convenzionali.
Dove si colloca nel dominio
Manifattura additiva e stampa 3D è la quinta delle dieci direzioni del dominio Manifattura avanzata di Astra Trainer. Si collega a ingegneria di manifattura nella scelta del processo, a qualità e affidabilità nella qualifica, e a design del prodotto e CAD nella progettazione per l'additivo.
Dipende molto da materiali avanzati, in particolare metallurgia e materiali energetici, perché le proprietà di un pezzo additivo sono un risultato metallurgico del processo di stampa. I partner che introducono l'additivo hanno di solito bisogno insieme di competenza di processo, progettazione e qualifica, non solo di conduzione macchina. Qui trovi le dieci direzioni.
Il collo di bottiglia è la progettazione, non la macchina
L'intuizione più chiara sul personale in questa direzione.
Le macchine sono disponibili e migliorano. Con i service di stampa un'azienda accede alla tecnologia anche senza investire. Ciò che frena l'adozione sono le persone capaci di progettare per questo.
Quattro cose che la progettazione per l'additivo richiede e quella convenzionale no.
Pensare in direzione di costruzione. L'anisotropia significa che le proprietà differiscono lungo e attraverso gli strati. L'orientamento influenza resistenza, superficie, bisogno di supporti e costo, e va fissato già in fase di progetto.
Progettare eliminando le strutture di supporto. Gli sbalzi hanno bisogno di supporti. Costano materiale, tempo e post-lavorazione e spesso non si riescono a rimuovere dalle strutture interne. La geometria autoportante è una competenza di progettazione.
Sapere quando consolidare. Riconoscere che sei parti possono diventare una, e capire cosa significa per montaggio, collaudo e riparazione.
Progettare per l'intero percorso di processo. Quindi anche per come il pezzo viene serrato per la lavorazione, come esce la polvere e come viene collaudato.
Chi ha imparato solo a progettare in modo convenzionale disegna un pezzo convenzionale che viene poi prodotto in modo costoso con l'additivo. È così che i progetti additivi deludono più spesso.
I ruoli, uno per uno
Ingegneri per la progettazione additiva (Design for Additive Manufacturing). Il ruolo scarso, e quello da cui dipende il beneficio.
Ingegneri di processo per la manifattura additiva. Parametri, preparazione del job di stampa, orientamento e strategia dei supporti.
Operatori macchina e tecnici del processo di stampa. Incluso il trattamento della polvere.
Tecnici di post-lavorazione. Rimozione dei supporti, finitura e lavorazione meccanica. Il collo di bottiglia del throughput.
Metallurgisti e ingegneri dei materiali per la qualifica delle polveri e le proprietà dei componenti.
Specialisti di collaudo, in particolare tomografia computerizzata per le strutture interne, uno dei pochi metodi che vedono dentro un pezzo stampato.
Ingegneri di qualifica e certificazione per applicazioni regolate.
Specialisti di trattamento della polvere e sicurezza sul lavoro.
Chi può essere formato per farlo
Operatori CNC e programmatori CNC. Conoscono serraggio, tolleranze e finitura, cioè metà della post-lavorazione. E sono loro a lavorare in seguito il pezzo stampato.
Progettisti. Manca loro lo strato della progettazione additiva, la riqualificazione con la leva più alta.
Metallurgisti e tecnici dei materiali. Per la qualifica di polveri e componenti, dove la loro conoscenza si applica direttamente.
Attrezzisti. Per le applicazioni di attrezzaggio, uno dei campi d'uso più consolidati e vicino al loro lavoro.
Collaudatori NDT. Per il collaudo di pezzi additivi, che richiede metodi per geometrie interne.
Saldatori. Un passaggio inaspettato ma coerente verso la Directed Energy Deposition, processi più vicini alla saldatura che alla stampa.
La polvere metallica è pericolosa. Le polveri metalliche fini comportano rischio di esplosione da polvere, e alcune, incluse leghe di titanio e alluminio, sono particolarmente reattive. Inalare polvere metallica è dannoso per la salute, e per alcuni materiali valgono limiti specifici. Il maneggio richiede, a seconda del materiale, lavoro sotto gas protettivo, un'aspirazione adeguata, dispositivi di protezione individuale e misure di sicurezza basate su una valutazione del rischio condotta da personale competente. La formazione crea comprensione e consapevolezza del pericolo. Non sostituisce una valutazione del rischio né l'autorizzazione a maneggiare un materiale specifico.
Cosa portare a casa
La stampa è la metà economica. Post-lavorazione, collaudo e qualifica costano spesso di più, e i business case di solito li omettono.
La manifattura additiva vince con piccoli volumi, geometria impossibile, consolidamento dei componenti, attrezzaggio e ricambi. Perde sul costo unitario in serie e dove contano superficie e sicurezza delle proprietà.
Il consolidamento dei componenti è di solito il vero beneficio, e confrontare costi di parte con costi di parte lo nasconde.
Il collo di bottiglia è la competenza di progettazione, non l'accesso alle macchine. Chi è formato in modo convenzionale progetta un pezzo convenzionale che viene prodotto a caro prezzo.
E operatori CNC, progettisti e metallurgisti sono le tre riqualificazioni che contano di più, con i saldatori che si adattano sorprendentemente bene ai processi a deposizione.
Perché i business case della manifattura additiva deludono?
Perché confrontano tempo di stampa con tempo di lavorazione e omettono post-lavorazione, collaudo e qualifica, che spesso costano più della stampa stessa.
Dove conviene davvero la manifattura additiva?
Con piccoli volumi, con geometrie non ottenibili altrimenti, con il consolidamento dei componenti al posto di assiemi, nell'attrezzaggio incluse le cavità raffreddate secondo il contorno, e con ricambi non più reperibili.
Cosa frena l'adozione della manifattura additiva?
Mancano progettisti capaci di progettare per l'additivo. Direzione di costruzione, geometria autoportante, il senso del consolidamento e la progettazione per l'intero percorso di processo non li insegna la progettazione convenzionale.
Perché la qualifica dei componenti additivi è così costosa?
Perché le proprietà del materiale dipendono da parametri di processo, orientamento, posizione sulla piattaforma e dalla specifica macchina. Dimostrare proprietà costanti richiede quindi prove estese.
Chi può passare a ruoli nella manifattura additiva?
Operatori CNC in post-lavorazione e serraggio, progettisti nella progettazione additiva, metallurgisti nella qualifica, attrezzisti nell'attrezzaggio, e saldatori nella Directed Energy Deposition.