Introduzione

IAM3DHub mira ad accelerare l’adozione e lo sviluppo delle tecnologie di stampa 3D nei settori manifatturieri dell’Unione europea. Situato nella regione della Catalogna in Spagna, Hub aiuta a integrare e coordinare le attività nell’ecosistema di produzione additiva e offre ai suoi clienti un modo alternativo di progettare, sviluppare e fabbricare nuovi prodotti e servizi competitivi.
IAM3DHub è stato costituito nell’ambito di una collaborazione tra diversi giganti del settore, tra cui HP e Renishaw, Coniex, che fornisce consulenza sui processi e LEITAT, un’organizzazione di ricerca senza scopo di lucro specializzata in materiali, dispositivi e tecnologie di produzione. Oltre alla produzione additiva, Hub fornisce anche supporto nella scienza e ingegneria dei materiali.
La società supporta clienti in molti settori diversi tra cui: automobilistico, aerospaziale, locomotiva e altre società di trasporto, oltre ai leader nei settori dell’energia, della sanità e dei beni di consumo, tra gli altri.
I AM 3D Hub affronta il potenziale della stampa 3D lungo tutta la catena del valore di un prodotto, dalla progettazione, alla produzione e alla manutenzione e supporto continui. Alcune delle applicazioni che offre includono modelli concettuali, prototipi, strumenti per processi di produzione tradizionali, prodotti per uso finale, pezzi di ricambio e altro ancora.

Sfida

“In IAM3DHub, stiamo aiutando le aziende a considerare la stampa 3D come un modo alternativo per progettare, sviluppare e produrre nuovi prodotti più competitivi“, afferma Magi Galindo, direttore tecnico e scientifico di IAM3DHub. “La robotica è uno strumento vitale per i produttori che stanno automatizzando i flussi di lavoro. Le attività di assemblaggio sono spesso uniche per il prodotto che viene realizzato e, di conseguenza, i robot stessi devono essere altamente personalizzati.”
Continental Automotive Spain S.A è uno dei clienti di IAM3DHubs. Hanno due fabbriche in Spagna. Una è focalizzata sulla produzione e assemblaggio dei pannelli degli strumenti. L’altra è dedicata allo stampaggio a iniezione, realizzando parti in plastica utilizzate nella costruzione e nell’assemblaggio di cruscotti, console centrali e altri componenti automobilistici interni.
In quanto fornitore globale di livello 1 nel settore automobilistico, sono costantemente sotto pressione per ridurre i costi e operare in modo più efficiente.
Mentre gli esseri umani sono ancora necessari per alcune operazioni, molti altri vengono completati con l’aiuto di sistemi robotici. Man mano che i componenti si spostano attraverso la fabbrica verso l’assemblaggio finale, i sistemi robotici personalizzati vengono spesso utilizzati nelle operazioni di movimentazione e scarico.

Insieme a bracci robotici e sistemi di controllo, le pinze vengono utilizzate per afferrare, posizionare e trasportare le varie parti che compongono un componente finale. Le pinze stesse includono molti elementi diversi, dai moduli di potenza, segnale e controllo ai tubi dell’aria e del vuoto, connettori, ventose e magneti, tra gli altri.
I componenti degli interni automobilistici sono generalmente pesanti e ingombranti, ma spesso richiedono anche movimenti e posizionamenti precisi, che possono aumentare la complessità della funzione di un sistema robotico. Basati su componenti standard, i sistemi robotici tipici dispongono di pinze con inerzia elevata (a causa del loro peso) e un gran numero di componenti. La complessità di questi sistemi può comportare costi di acquisizione più elevati, aumentando nel contempo il rischio di guasti a causa della necessità di ulteriore manutenzione e adeguamento costante.
Data la loro complessa natura, le operazioni finali di finitura e assemblaggio vengono eseguite principalmente manualmente da operatori umani. Continental Automotive Spain, tuttavia, ha recentemente iniziato a studiare come automatizzare questi compiti combinando nuovi tipi di maschere e dispositivi con robot che utilizzano pinze specializzate. In particolare, le pinze di nuova concezione verrebbero utilizzate per ridurre notevolmente il tempo necessario per eseguire l’assemblaggio, l’accoppiamento, la calibrazione e la manutenzione degli utensili, sia nell’implementazione di una nuova attività di produzione sia durante i cambiamenti tra i diversi processi di lavoro.

Soluzione

“Con la soluzione di stampa 3D Jet Fusion HP abbiamo avuto la possibilità di semplificare sia il funzionamento delle pinze che gli strumenti necessari per l’assemblaggio finale“, afferma Galindo. “Potremmo progettare parti con una complessità molto inferiore, in alcuni casi riducendo il numero di componenti dell’80%. Inoltre, potremmo creare parti meno costose, più robuste e affidabili, oltre a essere più facili da collegare e controllare”.
Mentre IAM3DHub studiava il problema, divenne evidente che erano necessarie soluzioni più semplici per risolvere le complesse sfide associate all’assemblaggio finale. Mentre le pinze dovevano essere ottimizzate per funzioni molto specifiche, dovevano anche essere abbastanza robuste e affidabili per l’uso in un ambiente di produzione. Oltre a lavorare con robot collaborativi, dovevano essere compatibili con i soliti bracci e carriponte robotici a 6 assi che sono tipicamente installati nelle celle di iniezione.
Le nuove pinze e attrezzature sono state progettate in Solidworks e Rhinoceros e sono state prodotte utilizzando la soluzione di stampa 3D Jet Fusion HP.
Le nuove pinze sono state in grado di ottenere e utilizzare gli strumenti necessari per ogni attività che doveva essere eseguita. La robustezza del loro design ha minimizzato la manutenzione ed eliminato la necessità di calibrazione. Inoltre, erano anche meno costosi da produrre e hanno ridotto il peso e l’inerzia di oltre l’80%, consentendo al cliente di utilizzare robot più convenienti con una capacità di carico inferiore.

Risultato

“Le pinze e gli strumenti progettati da IAM3DHub aiuteranno Continental Automotive Spain a continuare ad automatizzare il suo flusso di lavoro, risolvendo una delle maggiori sfide nella costruzione di componenti per interni automobilistici“, afferma Galindo. “L’assemblaggio finale è un processo costoso e che richiede tempo. Con questa svolta nelle loro fabbriche in Spagna, Continental ora ha le migliori pratiche che possono applicare in altri punti della loro rete di produzione. Inoltre, convalida l’adozione, l’integrazione e l’implementazione della produzione additiva per gli strumenti di produzione nell’industria automobilistica.”
Come risultato del loro pensiero innovativo, IAM3DHub sta aiutando Continental Automotive Spain S.A. a digitalizzare ulteriormente le loro operazioni. Lavorando in sinergia con altre tecnologie, tra cui robotica, apprendimento automatico, sensori e Internet delle cose, la stampa 3D sta svolgendo un ruolo importante nell’aiutarli a realizzare questa trasformazione.
Le nuove strategie di progettazione utilizzate da IAM3DHub hanno contribuito a ridurre del 30% il tempo necessario per creare le nuove pinze.
Anche la tecnologia Multi Jet Fusion di HP ha svolto un ruolo importante, contribuendo a sostituire il design complesso e intricato delle pinze precedenti con strutture organiche più recenti che ne hanno ridotto il peso di oltre l’85%.
La produzione additiva delle pinze ha anche contribuito a ridurre il numero di parti in ciascuna pinza, inclusi condotti, connettori, magneti e altri elementi, di oltre l’80%, riducendo allo stesso tempo lo spazio necessario per il funzionamento del sistema. Con l’inclusione di un nuovo meccanismo di accoppiamento, il nuovo design facilita anche una connessione più rapida con il robot, riducendo i tempi di processo e installazione del 40%. “La tecnologia Multi Jet Fusion di HP consente alle organizzazioni di ripensare completamente il loro approccio a flussi di lavoro complessi“, afferma Galindo. “Il nostro consiglio ad altre aziende del settore manifatturiero è di iniziare ad usarlo ora e iniziare a sfruttare le opportunità offerte dalla stampa 3D.“