Additive Manufacturing: la strada ottimale verso la post-lavorazione dei componenti
PARARE GmbH | Frickenhausen (Baden-Wuerttemberg), Germania
Il sistema CAD/CAM assicura una perfetta compatibilità tra stampa di metalli in 3D e la rilavorazione.
Negli ultimi anni, la lavorazione additiva dei metalli si è trasformata in un processo produttivo di livello industriale. I processi di fusione laser che lavorano a letto di polvere in materiale metallico sono particolarmente interessanti, poiché consentono di creare una struttura estremamente omogenea, pressoché aporosa con una densità >99,8%. Sven Skerbis, Additive Manufacturing Engineer e Amministratore Delegato di Parare GmbH a Frickenhausen, delinea i vantaggi di questa tecnica: "I nostri componenti, che realizziamo con la tecnologia Selective Laser Melting (fusione laser selettiva), hanno un grado di resistenza meccanica superiore in media dal 20 al 30 percento rispetto ai pezzi in pressofusione di alluminio che possono presentare cavità da ritiro".
Parare GmbH, fondata da Skerbis nel 2017 insieme al suo partner Matthias Bath, è specializzata nella produzione di componenti in metallo e plastica su stampa industriale in 3D. Già nel corso dei loro studi universitari, i due ingegneri industriali avevano riconosciuto il potenziale di questa tecnologia: poiché la stampa 3D è un processo produttivo diretto basato su dati CAD, per la creazione dei componenti non sono necessari né utensili, né forme né tanto meno programmazioni CAM. Tuttavia, la produzione può richiedere da poche ore a molti giorni in funzione del materiale e delle dimensioni. "Maggiore è la complessità del componente, ossia maggiore è il numero di fasi produttive tradizionali da seguire in sequenza, maggiore sarà il vantaggio legato all'uso della stampa 3D", sottolinea Sven Skerbis. "Infatti, con la tecnica additiva la complessità ha un impatto ridotto sui costi. La nostra offerta, quindi, è dedicata innanzitutto a prototipi e lotti ridotti per i quali sarebbe altrimenti necessario realizzare utensili in pressofusione con grande dispendio di tempo e denaro. La stampa 3D è ideale anche per piccole quantità di pezzi di ricambio”.
Questo braccio oscillante ottimizzato in termini di peso e di erogazione della forza è stato prodotto con la tecnica della fusione laser a letto di polvere in materiale metallico. Presente numerose superfici che devono essere sottoposte a un'operazione di rettifica per truciolatura.
"Abbiamo capito fin da subito che l'interfaccia tra stampa 3D e post-lavorazione di truciolatura riveste una grande importanza. Questo riguarda anche il sistema CAD/CAM utilizzato. Con hyperMILL® di OPEN MIND abbiamo trovato la soluzione perfetta".
L'Amministratore Delegato di Parare Sven Skerbis
Prendere il cliente per mano
Il nome della società "Parare", che tradotto liberamente dal latino significa "prendere per mano", per Skerbis e Bath è tutto un programma: "Il nome implica che noi trasferiamo le nostre conoscenze al cliente, mostrandogli dove è più opportuno ricorrere alla stampa 3D. Offriamo assistenza nella progettazione, nell'ottimizzazione della topologia e poi passiamo alla realizzazione dei componenti. Ci facciamo carico della rilavorazione e quindi consegniamo il prodotto finito".
Per il processo di Selective Laser Melting , i materiali in polvere che vengono impiegati sono le classiche leghe in acciaio inox, acciaio per utensili, titanio, alluminio, a base di nickel, ecc. Poiché il laser procede a fondere strato dopo strato, i componenti richiedono strutture supplementari a supporto di determinate aree non portanti data la natura polverosa, come ad esempio pareti con un'inclinazione superiore a 45 gradi. Successivamente, questi supporti andranno rimossi. Sono inoltre necessarie ulteriori parziali rettifiche di truciolatura per superfici funzionali e di tenuta, giunzioni e filettature al fine di garantire la precisione e la qualità superficiale appropriate.
Matthias Bath (a sinistra) e Sven Skerbis hanno fondato Parare GmbH nel 2017, una società specializzata nella produzione di componenti in metallo e plastica su stampa industriale in 3D.
Un'importante interfaccia per la post-lavorazione
Per quest'ultima fase di produzione, Parare aveva deciso di affidarsi all'inizio a partner esterni. "L'esperienza ci ha insegnato che l'interfaccia per la post-lavorazione di fresatura è fondamentale", continua Sven Skerbis. "Se l'operatore che ha programmato o lavorato il pezzo non genera autonomamente i dati grezzi necessari alla stampa 3D, spesso i tempi di lavorazione sono lunghi e possono verificarsi errori nei casi più gravi. La produzione di scarti in questa fase è decisamente onerosa".
Per questo motivo, i responsabili di Parare hanno optato a inizio 2019 per la gestione autonoma della post-lavorazione. Si sono attivati nella ricerca di un partner di successo, un potente centro di lavorazione a 5 assi e di un software CAD/CAM che fosse all'altezza. La scelta è caduta su Michael Meyer, considerato un professionista del settore con oltre dieci anni di esperienza alle spalle su svariati sistemi CAD/CAM. Per il macchinario di lavorazione, hanno optato per una Hermle C30 U e per quanto riguarda il sistema CAD/CAM, si sono affidati a hyperMILL® di OPEN MIND Technologies AG.
Michael Meyer, ora Responsabile per la programmazione e la fresatura, è pienamente convinto delle potenzialità di hyperMILL® del sistema integrato "CAD for CAM" hyperCAD®-S: "Lavoro da più di dieci anni con questo software e non ne conosco altri che siano al livello di hyperMILL® per quanto riguarda la lavorazione a 5 assi. Inoltre, con hyperCAD®-S posso inserire senza problemi corpi e superfici nei dati CAD 3D ottenuti oppure riparare superfici errate". A titolo informativo, hyperCAD®-S è un sistema "CAD for CAM" integrato che OPEN MIND ha sviluppato appositamente per i programmatori CAM al fine di velocizzare i cicli durante la programmazione NC.
La rettifica di componenti prodotti con la tecnica additiva viene eseguita per lo più a cinque assi. hyperMILL® offre in tal senso numerosi cicli di lavorazione.
Con hyperCAD®-S il componente è pronto per la stampa
Parare riceve di norma dal cliente i dati CAD 3D del pezzo finito. Dato che non si possono ancora utilizzare per la stampa 3D, vengono inviati prima a hyperMILL® e poi configurati con hyperCAD®-S. Michael Meyer verifica le superfici, le rettifica e inserisce eventuali strutture di sostegno o alette di serraggio. Nelle posizioni da rettificare, definisce il sovrametallo necessario per passare poi a una fresatura ottimale. Reinvia quindi il file al sistema di progettazione CAD che lo converte in file STL per il processo SLM.
"Grazie a queste prelavorazioni, so con precisione dove sono situati i miei punti di riferimento", spiega Michael Meyer. "Se necessario, posso inserire anche un piccolo cilindro che funga da riferimento, che vado poi a tastare nella macchina per poter orientare il pezzo nello spazio. In questo modo, il grezzo viene serrato sul tavolo macchina esattamente come previsto dalla programmazione CAM. Questo assicura un'elevata sicurezza di truciolatura".
Il Responsabile di produzione Michael Meyer modifica e inserisce i dati dei componenti in hyperCAD®-S prima della stampa 3D.
La corretta strategia a cinque assi per ogni applicazione
L'entusiasmo di Michael Meyer non si ferma alla parte CAD di hyperMILL®, ma comprende anche la stessa programmazione CAM. Le strutture stampate in 3D sono spesso molto complesse e possono essere lavorate solo su macchine a cinque assi. "È proprio questo il grande punto di forza di hyperMILL®. Per la fresatura a cinque assi sono disponibili molteplici strategie di inclinazione affinché per ogni geometria, materiale e cinematica della macchina io riesca a selezionare la soluzione adeguata", sottolinea il Responsabile di produzione. "Inconel ad esempio deve seguire per forza una lavorazione radiale, cosa che è possibile parzialmente solo utilizzando cinque assi. Con una lavorazione frontale, le frese si usurerebbero molto rapidamente. Con i componenti odierni abbiamo risparmiato somme molto ingenti sugli utensili, poiché abbiamo realizzato tutto con la tecnica della fresatura a cinque assi. Questi cicli di lavorazione a cinque assi o la ripresa di materiale residuo a cinque assi, sono estremamente efficienti in hyperMILL®".
Anche hyperCAD®-S ha avuto un ruolo importante in questo progetto. La società infatti intendeva stampare geometrie di componenti complessi senza alette di serraggio aggiuntive. Michael Meyer ha quindi fatto ricorso alla funzione Differenza booleana per generare un meccanismo negativo per la post-lavorazione in cui è stato collocato il componente. Il risultato? "Ha funzionato egregiamente".
I tool di simulazione di hyperMILL® garantiscono una lavorazione sicura nel centro a 5 assi.
Tempi di programmazione brevi grazie alla tecnologia feature e macro
"Un aspetto che personalmente mi è piaciuto molto in hyperMILL® riguarda la programmazione delle macro", prosegue Michael Meyer. Grazie alla tecnologia feature e ai rispettivi database macro, hyperMILL® offre una base portante per automatizzare la programmazione. "In questo modo risparmiamo molto tempo già in fase di programmazione", precisa l'Amministratore Delegato Skerbis. "E questo non solo per la rettifica, bensì anche per altri cicli complessi di fresatura che ci vengono sempre più richiesti".
Lavorando con feature e macro, l'utente è in grado di definire utensili di cui può assicurare l'applicazione ottimale per un determinato tipo di lavorazione. Per Michael Meyer un database utensili ben gestito è pertanto di fondamentale importanza per una programmazione efficiente e per una lavorazione che garantisca la sicurezza dei processi. "Nella mia quotidianità lavorativa, mentre oggi abbiamo questo pezzo e domani un altro, ho bisogno di un database affidabile. hyperMILL® mi offre una base solida in questo senso".
Anche il centro di lavorazione deve essere affidabile, poiché la società Parare vi esegue lavorazioni di finitura e sgrossatura. "La nostra Hermle C30 U non potrebbe fare di meglio", dichiara l'esperto di fresatura. "È versatile, precisa e solida, tre aspetti importanti per la sgrossatura". Per programmare la prelavorazione, utilizza tra l'altro il modulo di sgrossatura del pacchetto di prestazioni hyperMILL® MAXX Machining, che offre soluzioni per l'High-Performance-Cutting (HPC) con movimenti a spirale e trocoidali dell'utensile. Il pacchetto offre una combinazione di percorsi di fresatura ottimali, la massima quantità di asporto del materiale e tempi di lavorazione minimi. Michael Meyer ne è lieto: "È davvero divertente osservare la macchina e vedere come riesce a produrre i trucioli".
Versatile, precisa e solida: la Hermle C30 U si rivela ottimale per le esigenze di Parare.
Galleria
da destra a sinistra: Sven Skerbis e Michael Meyer di Parare discutono delle diverse opzioni di lavorazione.
