Le stampanti 3D
Indice:
1. Introduzione
2. Settori di utilizzo
3. Descrizione dell’impianto
4. Collegamenti ed interfacciamenti
5. Funzionamento
6. Conclusione
1. Introduzione
La stampa 3D è una nuova tecnologia sviluppata negli ultimi anni, che costituisce una vera e propria evoluzione della stampa in 2D alla quale siamo abituati, ovvero quella tramite getto d’inchiostro o laser. Quando si parla di 3D invece, la differenza è sostanziale: si passa dalla creazione di documenti alla creazione di oggetti.
Le nuove tecnologie di stampa 3D consentono di produrre oggetti tridimensionali provenienti da un modello digitale solitamente sviluppato in CAD o scansionato tramite apposite apparecchiature laser. Questi vengono prodotti tramite la sovrapposizione perfetta di strati di polimeri condensati di varia natura in grado di aggregarsi per formare vera e propria materia solida. Il risultato, in poche parole, è la realizzazione di una figura che rispetta tutte e tre le misure nello spazio reale precedentemente realizzata al computer.
I materiali utilizzati per la creazione del modello solido possono essere di diversa natura, in base anche agli standard produttivi con cui sono realizzati. I polimeri che possono essere utilizzati sono svariati: nel Fused Deposition Modeling (FMD), uno degli standard più usati, svariati polimeri in forma di granuli vengono fusi e stratificati ad alta temperatura fino all’ultimazione del processo quasi esclusivamente per la produzione di prototipi, nel Metal Laser Sintering (DMSL) invece tali polimeri di natura metallica, rimangono, con l’ausilio di supporti, in forma originale, offrendo la possibilità di avere in output solidi oggetti di metallo.
Fig. 1 Stampante 3D e manufatti prodotti
2. Settori di utilizzo
Non c’è praticamente nessun settore in cui la manipolazione di materia secondo forme prestabilite e personalizzate non appaia interessante. La stampa 3D è stata utilizzata dapprima nell’ambito della prototipazione, settore in cui la realizzazione di miniature per progetti e plastici era stata condizionata dalla manualità. Da qualche anno l’utilizzo si è esteso in ambito industriale utilizzando sofisticate stampanti 3D, gestite da personale addetto alla prototipazione che, tramite progetti CAD, stampano direttamente tutti i componenti.
Stampare componenti ad hoc è diventata una consuetudine in campi come la produzione industriale, la progettazione, l’ingegneria, l’architettura, il design, l’abbigliamento, l’oggettistica, la medicina, la robotica e l’alimentazione.
Di seguito segnaliamo alcuni link utili per approfondire gli ambiti applicativi della stampante 3D
Alimentazione: https://youtu.be/EZkuo_s8J6I?t=4
Architettura: https://youtu.be/Tmx-hG9QC_s
Design: https://youtu.be/8YmtGxqhLMw
Abbigliamento: https://youtu.be/9_2x9oLsgGU
Medicina: https://youtu.be/P2yR_bhCop0
Robotica: https://youtu.be/3EAMCqH31Vo
3. Descrizione dell’impianto
Come esempio, per descrivere meglio l’impianto e la sua integrazione nel sistema produttivo di una nota azienda nel campo delle serrature, utilizzeremo un modello prodotto da Stratasys, leader nella fornitura di stampanti 3D.
La nuova serie F123 di Stratasys è facile da utilizzare e mantenere per tutti i livelli di esperienza. È adatta a ogni fase della prototipazione, dalla verifica dell'idea, all'approvazione del progetto, alla performance funzionale.
All'interno di GrabCAD è possibile importare i formati di file CAD utilizzati più comunemente. La stampante Stratasys F270, supporta un'ampia gamma di funzionalità e budget per ogni fase della prototipazione.
L'allestimento minimale implica la possibilità di utilizzare subito le stampanti per offrire a tutto l'ufficio l'accesso alla stampa 3D professionale.
L'auto-calibrazione garantisce un minor tempo di risoluzione dei problemi e più tempo per la prototipazione.
La rapidità e la semplicità degli scambi di materiali consentono di ottimizzare la produttività del team di progettazione. E’ dotata di caratteristiche I4.0 e perfettamente integrabile al sistema CAD. La stampante 3D utilizza nel processo additivo polimeri plastici, ed in particolare l'ABS plastico. Il sistema CAD è il prodotto di punta di Dassault Systemes SOLIDWORKS dotato di strumenti di simulazione e convalida dei progetti, che oltre alla collaborazione ECAD/MCAD, è in grado di supportare la progettazione 3D per la creazione rapida di parti, assiemi e disegni 2D.
La stampante 3D Stratasys F270 è pilotata da un apparato a logica programmabile, dotato di microprocessore ed utilizza un linguaggio standardizzato.
4. Collegamenti ed interfacciamenti
Nella macchina è installata una scheda ETHERNET per il collegamento di rete, con protocollo TCP/IP. La macchina può ricevere istruzioni di lavoro da CAD collegato e il caricamento da remoto del programma di lavoro.
I dati non sono soltanto quelli normalmente disponibili sul display della macchina, sono disponibili sul server della rete aziendale di fabbrica e possono essere rappresentati per studiare le ciclicità/derive passate e possibili derive future.
Le tipologie di dato sono legate al funzionamento operativo della macchina, alla produttività, ai suoi consumi energetici, alle fermate ed alle cause di fermata.
La macchina è connessa alla rete aziendale attraverso una scheda di rete parte della fornitura base; la comunicazione segue il protocollo TCP/IP.
Il sistema stampante 3D+ CAD/PDM è interconnesso al sistema gestionale e al sistema di fabbrica, ai clienti e ai fornitori, la stampante 3D può conseguentemente essere anche pilotata da remoto da un ufficio CAD dislocato presso fornitori.
La stampante 3D Stratasys è equipaggiata con scheda di rete a bordo macchina, come sopra menzionato, per la connessione alla rete informatica aziendale con indirizzo IP (ad esempio 192.168.10.165 e protocollo TCP/IP. Il bene risulta identificato in modo univoco attraverso l'indirizzo IP.
5. Funzionamento
In Azienda è installato e funzionante un sistema ERP Aziendale gestionale modulare, creato per gestire i flussi informativi aziendali. Compongono il software una serie di moduli suddivisi per area e contenenti le principali funzionalità di un sistema ERP; quindi tutto ciò che concerne la pianificazione e la gestione degli ordini di lavorazione riguardanti i prodotti che possono essere realizzati sulla stampante 3D.
Le informazioni di lavorazione sono passate e condivise in ambiente PDM, nello specifico al sistema informativo PDM di SOLIDWORKS, denominato PDM Professional CAD Editor.
E’ un sistema PDM (Project Document Management) completo, modulare che copre le attività dell’ufficio Tecnico.
Il principale compito è quello di gestire e fornire in tempo reale tutte le informazioni riguardanti lo svolgimento della progettazione e le varie revisioni del processo di produzione dei particolari.
Infine per produrre il pezzo necessario le informazioni sono passate e condivise in un altro ambiente software necessario al controllo di processo della stampante.
Il controllo della macchina avviene mediante la suite Solidworks PDM Professional CAD Editor e SOLIDWORKS Professional Network e il software GRAB PRINT for Solidworks, in modalità bidirezionale. Si connette al sistema gestionale ERP tramite scambio di informazioni tra lo stesso PDM il software gestionale e di produzione che gestisce la pianificazione della produzione.
Di seguito segnaliamo il link al video di demo sul funzionamento della stampante: https://www.youtube.com/watch?v=XIYLbNrSojs.
6. Conclusioni.
La diffusione della stampa 3D è davvero massiccia, e soprattutto in continua crescita. Essa è arrivata addirittura in ambito privato, laboratori, attività artigianali, consentendo a chiunque sia interessato di avvicinarsi a tale tecnologia. Sono già svariate le persone che essendo esperte di CAD si stanno avvicinando alla stampa 3D, acquistando le proprie stampanti di nuova generazione. Queste purtroppo però hanno ancora un grosso punto debole: il prezzo.
Come ogni nuova nuova tecnologia che giunge sul mercato, la stampa 3D si propone con prezzi elevati. Sono svariati i modelli acquistabili dai privati per svolgere le proprie attività, basti citare Makerbot Replicator 2, Cubify o FlashForge 3D. Va segnalata la fonte di acquisto Amazon che propone alcuni modelli più che validi a prezzi che diventano sempre più interessanti al crescere della diffusione dei modelli. Per chi voglia approfondire può trovare al seguente link tutte le informazioni necessarie.
