stampa 3d di maschere, attrezzature e altri strumenti di produzione

STAMPA 3D DI MASCHERE,
ATTREZZATURE
E ALTRI STRUMENTI DI PRODUZIONE
COME CONSEGUIRE UNA FORTE RIDUZIONE DI TEMPI E COSTI REALIZZANDO
I PROPRI STRUMENTI DI PRODUZIONE PERSONALIZZATI CON
LA STAMPA 3D.
Di Joe Hiemenz, Stratasys, Inc.
F O R A 3 D W O R L D TM
White Paper
Migliorare la qualità, abbreviare i tempi di ciclo e ridurre i costi
• Diminuire il tempo di lavoro diretto
sono gli obiettivi fondamentali della produzione, ed anche la
• Migliorare la produttività
causa principale dell’abbondanza di staffaggi e attrezzature
di
produzione.
Indipendentemente
dal
tipo
di
processo,
• Migliorare il controllo e la ripetibilità dei processi
completamente automatizzato o interamente manuale, dime e
E come si tradurrebbe tutto questo in aumento della marginalità
attrezzature vengono utilizzate in tutte le operazioni di produzione
aziendale?
con l’obiettivo di ridurre i costi accelerando al contempo i processi.
Ma soprattutto, perche, in tanti casi, fissaggi e dime di assemblaggio
Se si amplia l’orizzonte includendo in questo ambito anche tutti
non vengono realizzati, pur dando valore al ciclo produttivo?
gli strumenti di produzione utilizzati come ausili operativi, la loro
Perchè ragionevolmente non si giustifi cano economicamente.
diffusione cresce ulteriormente. Si va da contenitori organizer e
Ovvero, pur offrendo un vantaggio, questo non è tale da giustificare
portautensili per l’implementazione della metodologia organizzativa
l’investimento economico per la realizzazione delle attrezzature
5S a modelli, guide e calibri, fino ad includere sofisticate pinze
in questione. Probabilmente avete deciso di investire tempo e
robotizzate e semplici vassoi, cestelli e sistemi di smistamento per
danaro in altre attività.
il trasporto interno. Indipendentemente dal nome, dalla descrizione
Viste le attuali limitazioni di tempo e danaro, la decisione di
o dall’applicazione, gli strumenti di produzione contribuiscono ad
aumentare i profitti e l’efficienza, mantenendo alta la qualità.
Pur essendo molto diffusi, gli strumenti di produzione non
vengono sempre utilizzati al massimo delle loro potenzialità. La
loro fabbricazione richiede tempo, manodopera e denaro. Per
utilizzare al meglio le risorse limitate la soluzione è ricorrere alla
realizzare un’attrezzatura viene presa in virtù delle seguenti
priorità e dei seguenti vincoli:
• Processi altrimenti non fattibili senza maschera o attrezzatura
• Esigenze più evidenti ed urgenti
• Maggiori rischi di
stampa 3D. È semplice e automatizzata, rapida ed economica.
possibili problemi
Potrete così svilupparere più maschere e attrezzature e avere al
•
tempo stesso la capacità di ottimizzarne le prestazioni.
realizzativa
ABBASSARE LE BARRIERE
• Maggiore facilità di
Semplicemente sostituendo gli attuali metodi di realizzazione di
staffaggi e attrezzature con la fabbricazione additiva è possibile
ridurre i costi e velocizzare le consegne. Un investimento in
sistemi di fabbricazione additiva si giustifi ca facilmente anche
solamente per i vantaggi sopra elencati, offrendo un ritorno in
breve tempo. Questo non prende però in considerazione l’impatto
più considerevole sul conto economico. La fabbricazione additiva,
infatti, abbassa i limiti per giustifi care la realizzazione di un nuovo
tool, permettendovi così di indirizzare esigenze altrimenti ignorate
nel processo di produzione.
Se vi guardate intorno, in offi cina, nell’area nelle linee di
assemblaggio e nel laboratorio di controllo qualità, quante
nuove opportunità potreste scoprire per una nuova dima o per
un’attrezzatura? Quale sarebbe il loro valore? Alcuni esempi
potrebbero essere:
• Ridurre scarti e rilavorazioni
Maggiore
facilita
implementazione
La decisione in merito
a
quando
utilizzare
o
e
dove
una
dima
un’attrezzatura
non è diversa dalle
altre
che
decisioni
prendiamo
Secondo il responsabile del controllo qualità
di Thogus, è più facile, veloce e meno costoso
realizzare in proprio con tecnologia FDM le
maschere e le attrezzature richieste piuttosto
che affidarne la fabbricazione a un fornitore
esterno.
quotidianamente.
Si intraprende un’azione quando il suo valore è superiore
all’investimento o quando il percorso presenta poca resistenza.
La fabbricazione additiva abbassa la soglia di giustifi cazione
aumentando il ritorno sull’investimento e riducendo gli ostacoli
frapposti tra idea e soluzione. Questo si ottiene grazie alla semplifi
cazione del processo, alla riduzione dei costi e all’accorciamento
del lead time.
Se si utilizza la tecnologia di modellazione a deposizione
2
fusa (FDM®, Fused Deposition Modeling) come approccio di
ritorno
fabbricazione additiva per realizzare maschere e attrezzature,
sull’investimento,
il processo prevede tre soli passi: preparazione del file CAD,
diminuendo
costruzione dell’utensile e postlavorazione. Diversamente dai
costo
di
metodi di fabbricazione tradizionali, l’FDM richiede un livello
o
un’attrezzatura.
minimo di esperienza e manodopera diretta.
Generalmente
In molti casi, la realizzazione di maschere e attrezzature richiede
aziende
solo 15 minuti di lavoro pratico. Un altro aspetto ancora più
importante è che serve pochissima formazione sul funzionamento
del processo e non è richiesta alcuna esperienza precedente.
La tecnologia FDM è dunque un’opzione „self-service“ ideale
per staffaggi e attrezzature. Natalie Williams, responsabile della
qualità presso Thogus Products, un’azienda di stampaggio a
iniezione specializzata in produzioni a bassi volumi e materiali
altamente tecnici, ha commentato: „È talmente più semplice per
me realizzare il modello di un’attrezzatura e stamparmelo da
sola di quanto non sia progettarla e farla realizzare a un’officina
esterna“.
Per Thogus, la fabbricazione additiva è facile e veloce. „Affidando
a un fornitore esterno la fabbricazione di un’attrezzatura CMM con
12 fori il lead time andava dai 7 ai 10 giorni. Io l’ho realizzata dalla
sera alla mattina“, afferma. I produttori che usano stampanti 3D
con tecnologia FDM per creare i propri strumenti di produzione
spesso registrano una riduzione del lead time dal 40% al 90%.
La fabbricazione additiva può inoltre aumentare sostanzialmente il
Come si puó comparare il processo FDM rispetto metodi
alternativi?
Impresa
FDM
Costi
FDM
Lead
Time
Metodo
alternativo
Costi
Metodo
alternativo
Lead Time
$618
24 h
$10,000
4 settimane
$21
2h
$200
2 settimane
$618
24 h
$10,000
4 settimane
$21
2h
$200
2 settimane
Joe Gibbs
Racing
$525
1 giorno
$2,550
7 giorni
BMW
$176
1,5 giorni
$420
18 giorni
Thogus
a
il
una
dima
le
riescono
risparmiare
dal
70% al 90% rispetto
all’affidamento
in
outsourcing
della
lavorazione
o
fabbricazione
delle
attrezzature.
Per
l’attrezzatura
con
12
fori
di
Dopo avere ricevuto un preventivo di 12.000
dollari e sette giorni per la produzione di
attrezzature, Thermal Dynamics ha optato
per realizzarle con la tecnologia FDM per
risparmiare 10.000 dollari e diversi giorni.
Thogus
il risparmio è stato
dell’87%. „Il fornitore
voleva 1.500 dollari,
io l’ho realizzata con
meno di 200 dollari,
spesi per i materiali“,
dichiara la Williams.
Rendendo il processo
di
fabbricazione
dei
tools di produzione più
Una delle squadre ai vertici della NASCAR,
Joe Gibbs Racing, utilizza la tecnologia FDM
per creare le attrezzature di produzione,
alcune delle quali sono in servizio da più di
due anni e hanno contribuito a tagliare lead
time e costi in media del 70%.
veloce ed economico,
la fabbricazione additiva contribuirà ad aumentare il numero di
staffaggi, attrezzature e altri strumenti di produzione, migliorando
in ultima analisi gli utili. La fabbricazione additiva permette anche
di ottimizzare le prestazioni degli strumenti di produzione. Prima
dell’avvento della fabbricazione additiva, ci si accontentava di
maschere e attrezzature non ottimali. A causa dell’alta spesa e
degli sforzi richiesti per riprogettarle e ricrearle, le revisioni erano
riservate solo per gli elementi che non funzionavano secondo
specifiche. Un’attrezzatura non ottimale contribuisce ad allungare
Thermal
Dynamics
i tempi di produzione riducendo l’effi cacia del ciclo di montaggio e
riducendo la profi ttabilità della produzione.
La fabbricazione additiva cambia questo modo di pensare.
Per pochi euro si è pertanto in grado di realizzare strumenti di
produzione ottimizzati e in poco tempo. Per migliorare un tool non
3
ottimizzato, tutto ciò che
essendo appropriato per fresatura, tornitura, piegatura e
serve è un po’ di tempo
fabbricazione.
e voglia di riprogettarlo.
In quest’ultima circostanza la stampa 3D può essere un’opzione
Il
vantaggio
di
interessante. L’ampia selezione di materiali FDM può offrire
un’attrezzatura
caratteristiche di resistenza chimica (petrolio, solventi), resistenza
ottimizzata si traduce
termica (fino a 390° F/ 200° C) e resilienza meccanica.
in secondi al ciclo che
Gli utensili di produzione in plastica possono offrire anche alcuni
vanno quindi moltiplicati
per
unità
il
numero
prodotte.
l’attrezzatura
inaspettati vantaggi. Ad esempio, Thogus utilizza accessori robotici
Utilizzando la fabbricazione additiva
per ricreare una pinza con canali
interni del vuoto, Digital Mechanics ha
eliminato cinque tubi flessibili esterni
che ostacolavano le operazioni.
di
Se
viene
usata per produrre 500
realizzati con tecnologia FDM in grado di assorbire eventuali urti. In
caso di collisione del braccio robotico contro un ostacolo, la parte
FDM protegge il braccio da possibili danni, evitando così costose
articoli al giorno per addetto, un risparmio anche di soli due secondi
riduce il lavoro diretto di 70 ore per persona all’anno. Per lo stesso
pezzo, una riduzione dell’1% del tasso di scarto equivale a un
riparazioni e tempi di fermo macchina. In un altro esempio, la
BMW utilizza utensili manuali in plastica perché sono più leggeri e
facili da gestire e contribuiscono ad alleviare la fatica degli addetti.
risparmio di 1.250 pezzi all’anno. In conclusione: la fabbricazione
Nel decidere se adottare la stampa 3D su alcuni progetti iniziali
additiva consente la produzione di attrezzature a prezzi più bassi
per la fabbricazione di strumenti e utensili, ai fini della precisione
riducendone il giustificativo economico e aumentando il profitto
dimensionale si consiglia di idetificare attrezzi che richiedano
per l’azienda.
tolleranze superiori a 0,127 mm (0.005 pollici). Sono possibili anche
tolleranze più strette, ma come regola è preferibile mantenersi su
L’APPROCCIO DELLA FABBRICAZIONE
ADDITIVA
questo valore per semplificare il processo.
Prima di creare il primo modello CAD 3D e caricare un sistema
PROGETTAZIONE
di produzione 3D Fortus , occorre prendere in considerazione i
Il vostro attuale inventario di maschere e attrezzature è stato
materiali e le tolleranze dimensionali. Pur essendo ideale per
progettato prendendo in considerazione le capacità e le limitazioni
molti strumenti di produzione, la stampa 3D non è adatta per tutti
degli attuali metodi di fabbricazione utilizzati per crearle.
gli scopi. Per quanto
Conformadovi alle regole della progettazione orientata alla
riguarda i materiali, è
produzione industriale (Design for Manufacturability o DFM) le avete
necessario innanzitutto
realizzate in modo pratico, mantenendo i costi al minimo e i lead time
capire se la plastica è
entro limiti ragionevoli. Queste regole non si applicano alla stampa
sufficiente. Staffaggi e
3D. Non incidono su tempi, costi, qualità, prestazioni o praticità. In
attrezzature sono quasi
alcuni casi, il rispetto delle regole della DFM può addirittura avere
sempre state realizzate
l’effetto opposto. Quindi
in
Tuttavia,
dimenticativi le vecchie
mentre in alcuni casi
regole, fate tabula rasa
il
e iniziate da capo.
®
metallo.
metallo
essere
un
potrebbe
requisito
imprescindibile, in altri
Utilizzando la tecnologia FDM, BMW
stampa maschere e attrezzature che non
sarebbe possibile realizzare con i processi di
lavorazione e fabbricazione convenzionali. La
stampa 3D ne permette un più facile utilizzo e
una migliore funzionalità.
il
metallo
potrebbe
rappresentare
unicamente
opzione
una
pratica
La
del
offre
natura
additiva
processo
una
libertà
progettazione
precedenti.
vi
di
senza
Ciò
che
Questo utensile manuale BMW, ergonomico
e più leggero, allevia la fatica degli addetti.
prima era impraticabile diventa ora assolutamente realistico
4
e ragionevole. Le maschere e le attrezzature possono avere
risulta vantaggioso ai fini del funzionamento della maschera o
configurazioni complesse, piene di feature e a forma libera, senza
dell’attrezzatura.
che ciò implichi tempi più lunghi e maggiori costi. Al contrario,
L’integrazione delle parti in un singolo componente presenta
la complessità aggiunta può persino ridurre costi e tempi. Ad
esempio, tasche, fori e canali riducono il consumo di materiale, i
tempi di costruzione e il tempo totale di processo.
Per sfruttare a pieno le potenzialità della stampa 3D, la
progettazione deve essere guidata dalla funzione e dalle
prestazioni della maschera o dell’attrezzatura che si vanno a
realizzare. Digital Mechanics AB e BMW, in questo senso, hanno
anticipato i tempi.
Digital Mechanics ha fatto leva sulla libertà di progettazione
per una pinza robotica assistita in sottovuoto. Con il sistema di
fabbricazione tradizionale la pinza era provvista di tubi flessibili
che pendevano esternamente. Con la stampa 3D, ogni dito della
pinza è dotato di un canale interno per il vuoto che elimina la
necessità dei tubi flessibili.
Alla BMW, grazie alla libertà di progettazione, gli addetti alla linea
di assemblaggio hanno ora un utensile che permette di arrivare
sotto, dietro e all’interno della parte posteriore del paraurti. Gli
ingegneri hanno focalizzato l’attenzione esclusivamente sulla
funzione e hanno così progettato un utensile di forma organica in
grado di assolvere al meglio il suo compito.
molti vantaggi:
• Elimina le problematiche relative alle tolleranze – Mantenere
tolleranze strette è costoso. Se due parti accoppiate sono riunite
in unico pezzo, si riducono tutti i costi e le preoccupazioni in
merito al controllo delle tolleranze delle parti di accoppiamento
svaniranno.
• Elimina il tempo di assemblaggio – I gruppi, ovviamente,
devono essere assemblati. Un’operazione che richiede tempo,
soprattutto per componenti non ricorrenti come dime e staffaggi
e attrezzature, dove non viene garantita la massima precisione
di accoppiamento.
• Minimizza documentazione e spese generali – La somma
delle parti è inferiore all’intero quando si parla di tempi e
costi. Il consolidamento delle parti riduce i costi per attività di
progettazione, documentazione, preparazione di preventivi,
ordinazione e gestione magazzino.
GESTIONE
Non dovrete più considerare maschere, attrezzature e altri
strumenti di produzione come beni all’attivo, ma piuttosto come
La libertà di progettazione può anche migliorare l’ergonomia
voci di spesa ed elementi monouso. In quanto beni patrimoniali,
degli strumenti ed utensili di produzione. Il peso, l’equilibrio e la
maschere e attrezzature vengono conservate a magazzino e
posizione dello strumento hanno un impatto diretto sul comfort
inventariate tra un uso e l’altro. Rimangono in inventario finché
dei tecnici, sul tempo di ciclo del processo e sulla facilità di
non cessa la produzione della rispettiva linea di prodotti oppure
accesso e stoccaggio. Per conseguire un’ergonomia ottimale,
fino a che non si usurano al punto da non essere più riparabili.
occorre semplicemente studiarla mediante i propri strumenti. Ad
Considerati i tempi, i costi e gli sforzi richiesti per la loro produzione
esempio, BMW ha riprogettato un’attrezzatura per l’allineamento
con metodi convenzionali, sono beni troppo preziosi per essere
dello stemma per migliorare l’equilibrio e ridurre il peso. In questo
eliminati come strumenti monouso e classificabili come spesa.
modo è stato possibile alleviare la fatica degli addetti e migliorare
il tempo di ciclo per l’operazione di applicazione dello stemma.
Questo approccio implica tuttavia molti costi indiretti: il costo per
lo spazio a scaffale (spese di stoccaggio a magazzino), il costo
Un modo molto semplice per avvantaggiarsi della libertà di
per la gestione del magazzino e il costo per la localizazione di
progettazione è consolidare i gruppi in parti singole. Spesso
una maschera o un’attrezzatura all’occorrenza. Per strumenti
maschere e attrezzature sono composte da molte parti. Questo
e utensili utilizzati solo sporadicamente questi costi possono
non è più necessario con la stampa 3D. Se si vuole riprodurre
essere abbastanza significativi.
un utensile esistente, è consigliabile di riprogettarlo in modo da
riunire quanti più componenti in un singolo pezzo. Se si progetta
un nuovo elemento, conviene crearlo fin dall’inizio come un unico
pezzo. La separazione delle parti deve avvenire solo quando ciò
Con la stampa 3D invece può essere vero il contrario. Spesso
sono richiesti tempi e costi più alti per conservare a magazzino
maschere e attrezzature che per rifabbricarle. Le aziende quindi
5
adottano un approccio gestionale chiamato „digital warehousing“
che prevede la tenuta in archivio del solo file digitale. Potrebbe
sembrare impensabile gettare un utensile di produzione in
perfette condizioni, ma per gli strumenti utilizzati solo di rado
questo approccio riduce i costi e la manodopera.
L’idea è quella di realizzare lo strumento di produzione quando
è richiesto e di inviarlo al riciclaggio assieme al materiale
di scarto al termine del lavoro. Si conserva solo il rispettivo
progetto in formato digitale tra un impiego e l’altro. Questo
approccio di stampa su richiesta è comodo anche quando è
necessaria la sostituzione di un utensile di produzione rotto o
servono duplicati per aumentare la produzione e far fronte a
un’impennata inattesa delle vendite.
CONCLUSIONE
La stampa 3D può comportare grandi cambiamenti che
contribuiscono a massimizzare i profi tti, eliminando sprechi di
tempo e costi non necessari nel processo di produzione. Chi
non è pronto a gettare al vento le tradizionali linee guida di
progettazione può semplicemente sostituire gli attuali processi
di fabbricazione con la stampa 3D. In ogni caso i risparmi a
livello di processi produttivi e fabbricazione di maschere e
attrezzature saranno sostanziali.
Se si dispone di un disegno CAD 3D e dell’accesso a una
macchina di fabbricazione additiva si è pronti per iniziare a
realizzare gli strumenti di produzione dedicando appena 15 minuti
di attività manuale. Combinando la semplicità con riduzioni dei
costi dal 40% al 90% capirete perché la fabbricazione additiva
sta stimolando molte aziende a realizzare un numero sempre
maggiore di maschere, attrezzature ed altri strumenti e utensili
di produzione.
Stratasys | www.stratasys.com | [email protected]
7665 Commerce Way
Eden Prairie, MN 55344
+1 888 480 3548 (US Toll Free)
+1 952 937 3000 (Intl)
+1 952 937 0070 (Fax)
2 Holtzman St.
Science Park, PO Box 2496
Rehovot 76124, Israel
+972 74 745-4000
+972 74 745-5000 (Fax)
Airport Boulevard B 120
77836 Rheinmuenster, Deutschland
+49 7229 7772-0
+49 7229 7772-990 (Fax)
[email protected]
ISO 9001:2008 Certified
©2015 Stratasys Ltd. Tutti i diritti riservati. Stratasys, il logo Stratasys, Digital Materials, PolyJet sono marchi o marchi registrati di Stratasys Ltd. e/o delle sue
società consociate o affiliate e possono essere registrati in alcune giurisdizioni. Fused Deposition Modeling, FDM Technology sono marchi di Stratasys Inc.
Specifiche di prodotto suscettibili di modifiche senza preavviso. WP-FDM-3DPrintingJigs&Fixtures-A4-04-15-IT
Per ulteriori informazioni su sistemi, materiali e applicazioni Stratasys, telefonare al numero 888.480.3548 o visitare
www.stratasys.com