Solitamente quando leggiamo un articolo ci aspettiamo di trovare risposte e in alcuni casi speriamo che le risposte facciano luce sui nostri problemi o ci diano almeno conferme su ciò che già sappiamo.
Al contrario il mio approccio durante la scrittura di questo articolo divulgativo è quello di suggerire alcune delle domande utili a stimolare la ricerca di ulteriori domande piuttosto che cercare la definizione di una teoria.
L’obiettivo è quello di mettere in dubbio il proprio punto di vista dando la possibilità di scoprire qualcosa di nuovo, di fare nuovi collegamenti e di fare innovazione (ad esempio connettere ciò che non è connesso)
Affrontando il tema di progettazione per produzioni additive le prime domande da porre sono queste: come posso ottenere il massimo dalla stampa 3D e quali sono i fattori che hanno un effetto sul successo dei miei progetti? Quali sono le aree di competenza che devo presidiare per portare avanti un progetto di questo tipo? E poi che cosa significa ottenere il massimo? Che cosa voglio ottenere dall’utilizzo di questa tecnologia? Ho un’idea precisa del perché voglio tentare l’approccio verso il mondo additivo?
Per qualcuno il massimo potrebbe essere questo ‘Voglio utilizzare la stampa 3D perché mi conviene’ (il punto di vista finanziario) mentre per altri potrebbe essere ‘Voglio ottenere maggiore resistenza meccanica’ (il punto di vista tecnico) mentre altri ancora ‘Voglio arrivare prima’ (la programmazione) oppure ancora ‘Lo voglio perché è cool’ (brand e marketing).
In linea generale possiamo dire che, per ottenere un buon risultato, occorre avere forti competenze specifiche e di seguito ho definito alcune aree di competenza fondamentali che, una volta approfondite, possono fare #lagrandedifferenza nei nostri progetti additivi.
Per ogni area di competenza ci sono delle domande, vediamo quali sono.
1. Le tecnologie
Conosco tutte le diverse tecnologie additive presenti sul mercato oggi? Conosco il livello di maturità di ogni tecnologia? Mi sono fatto un’idea delle potenzialità che ogni tecnologia offre? Ne conosco vantaggi e svantaggi? Quale di queste tecnologie può essere utilizzata per lo sviluppo dei miei prodotti?
Ci sono tantissime tecnologie di produzione additiva, alcune mature, stabili e affidabili mentre altre sono emergenti magari con qualche criticità ma molto promettenti, dobbiamo decidere quindi se siamo degli early adopters e vogliamo sperimentare subito una nuova tecnologia o se ci posizioniamo tra gli utenti che stanno a guardare e nel frattempo scelgono una tecnologia matura.
Nel mercato inoltre possiamo distinguere innovazioni di tipo incrementale come ad esempio tutti i miglioramenti che vediamo in ambito Fused Deposition Modeling e di tipo disruptive come le tecnologie desktop per metallo (ad esempio la Desktop Metal), da considerare come macchine ‘office friendly’.
Ci sono molte risorse in rete che descrivono le diverse tecnologie e una di queste è quella riportata dal portale HUBS in cui è possibile scaricare una info grafica davvero ben fatta.
2. I materiali
Che materiali sono disponibili oggi? Metallo o Polimero? Quali polimeri e quali metalli? Con quali caratteristiche? A quale costo? E la qualità della materia prima? E’ certificata? Posso sostituire il materiale dei miei prodotti con materiali più performanti?
Ogni diversa tecnologia può realizzare parti in uno specifico materiale, però allo stesso tempo posso ottenere parti dello stesso materiale utilizzando tecnologie diverse, in questo secondo caso dovrò spostare la mia attenzione ad esempio sui costi o sulle caratteristiche di qualità del fuso.
Se poi non troviamo il materiale che abbia i giusti requisiti possiamo cercare tra i materiali in sviluppo e sul mercato ci sono aziende che si occupano di creare le ricette di nuovi materiali.
HP è uno di questi esempi, infatti per la tecnologia proprietaria Multi Jet Fusion prevede un portale e una procedura per lo sviluppo di materiali dedicati.
3. La selezione delle parti (e i driver di progettazione)
A questo punto abbiamo approfondito lo studio delle tecnologie e ragionato su quali sono i materiali che si possono utilizzare, adesso la domanda è come faccio a scegliere il miglior candidato alla riprogettazione? Da dove parto? Mi serve un progetto pilota che validi la tecnologia nella mia azienda e allora la domanda chiave è qual’è il driver di progettazione? Qual’è il vantaggio principale, l’obiettivo ultimo che voglio ottenere con la riprogettazione della parte?
I driver di progettazione (tutti misurabili) coincidono con i vantaggi della tecnologia e sono questi: riduzione del numero di parti, riduzione peso, riduzione del Lead Time, miglioramento della fluidodinamica, miglioramento della resistenza meccanica, miglioramento delle performance termiche e design personalizzato.
La risposta alla domanda sulla selezione del miglior candidato quindi è strettamente legato all’obiettivo, prima devo chiedermi che cosa voglio ottenere attraverso la definizione di un obiettivo misurabile e poi seleziono la parte con la quale ottenere questo vantaggio.
4. Il fattore convenienza
Mi conviene utilizzare quella tecnologia? Quali sono i parametri che impattano sul costo della parte stampata? Devo solamente confrontare i costi di tecnologie tradizionali e additive o ci sono altri fattori che devo tenere in considerazione? Può questa tecnologia ad esempio farmi entrare in nuove nicchie di mercato?
Ci sono in effetti almeno due livelli, il primo è quello di affrontare l’analisi dei costi utilizzando solo i costi tangibili (costo orario della macchina, costo del materiale, costo degli operatori e costo di operazioni di finitura) a l’altro livello è considerato più strategico perché deve prendere in esame il mondo degli intangibili, ad esempio l’appeal della parte stampata in 3D se sono all’interno di certe nicchie di mercato o se il livello di qualità estetica della parte mantiene lo stesso livello passando da tecnologie tradizionali ad additive.
5. Libertà e vincoli di progettazione
Posso realizzare qualsiasi forma attraverso l’utilizzo della stampa 3D? Quali sono i vincoli che ogni differente tecnologia offre al progettista? Come devo realizzare i fori e in quale orientamento? Che cosa sono i supporti e in che modo posso ridurre le superfici che necessitano di essere sostenute con i supporti?
Conoscere da un lato lo spazio di design e la funzionalità della parte e d’altra i vincoli specifici della tecnologia di stampa è utile per progettare PER la tecnologia (attraverso metodologie DfX-Design for X).
Infatti in alcuni casi avrò la necessità di inserire geometrie di supporto mentre in altri casi ci sono tecnologie che permettono di sostenere in maniera autonoma la geometria del fuso.
Attraverso software specifici posso inoltre realizzare strutture Lattice oppure utilizzare tecniche di ottimizzazione topologica che mi permettono di mettere il materiale solo dove serve.
6. Il post processing
Su linkedin si trova un bellissimo articolo di Marc Saunders dal titolo You can build it, but can you finish it?.
Questa è LA domanda perché arrivati a questo punto abbiamo affrontato tutti gli ostacoli che ci hanno permesso di scegliere (responsabilmente) la parte da costruire in funzione dell’obbiettivo che siamo dati, abbiamo scelto il materiale e la tecnologia, abbiamo ridisegnato la parte e siamo riusciti a stamparla!
Adesso è il momento della finitura o post process, del completamento della parte, dobbiamo pensare a tutte quelle operazioni che conferiscono le caratteristiche meccaniche finali che mi aspetto (trattamenti termici) o di avere il giusto grado di finitura superficiale (lavorazioni meccaniche o finiture di massa come le vibrofiniture).
Anche in questo caso ci sono tante tecnologie, tanti processi che ci aiutano ma occorre avere una visione ampia e la leva differenziante sta nel conoscere il numero maggiore di tecnologie di finitura.
Le domande in questa fase sono queste: Quali sono le tecnologie di finitura o di completamento che ci sono sul mercato? In che modo posso utilizzarle? Quali sono le superfici o le aree che necessitano di finitura superficiale? Qual’è lo sforzo in termini di ore macchina e ore uomo che possono impattare anche fortemente sui costi finali?
7. La qualità
La qualità è un argomento complesso nel mondo delle produzioni additive e semplificando si può affermare che un processo che lavora per stratificazione di materiale rende difficile il controllo delle parti.
In linea generale quello che possiamo fare è suddividere l’assicurazione della qualità, per quello che concerne l’additive metallo, in tre fasi principali:
– Controllo del materiale (polvere di metallo)
– Controllo del processo di fusione
– Controllo del prodotto finito
Se sono in grado di presidiare e di assicurare la qualità di queste tre aree posso aspettarmi di avere un certo margine di controllo sull’intero processo diversamente devo ricorrere a laboratori o partner esterni che mi supportano nelle attività di assicurazione qualità.
Abbiamo visto che ci sono diverse aree di competenza da presidiare per permetterci di avere una visione di tutto l’intero processo ma la chiave per abilitare l’utilizzo della tecnologia è proprio nell’approccio, per cui se desideri aumentare le tue conoscenze attraverso un corso di formazione o un workshop dedicato puoi contattarmi qui.
E adesso? Hai già iniziato a pensare al tuo progetto di riprogettazione additiva?
Se la tua risposta è SI parti dalle delle domande!
PS: dopo aver scritto questo articolo ho sviluppato un Canvas dedicato ai progetti AM, se ti interessa leggi qui!
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