Robot contro CNC per la produzione additiva automatizzata di metalli

Di David Alatorre, CTO, Rivelin Robotics

L’uso della produzione additiva in metallo ha rivoluzionato l’industria manifatturiera, consentendo la creazione di parti complesse e intricate in modo più rapido ed economico. Tuttavia, la post-elaborazione essenziale di queste parti introduce vincoli di tempo e finanziari al costo complessivo per parte che possono annullare del tutto i vantaggi dell’AM. La rimozione del supporto è il primo passaggio fondamentale della post-elaborazione delle parti AM in metallo ed è impegnativo. Oggi, i supporti sono ancora essenziali per la fedeltà delle parti durante il processo di produzione, ma devono essere rimossi per ottenere il prodotto finito richiesto con la forma, le caratteristiche e le tolleranze previste.

Sebbene la rimozione manuale del supporto sia ancora lo status quo per molte applicazioni dell'AM in metallo, questo articolo affronterà la transizione verso soluzioni automatizzate di rimozione (e finitura) del supporto e considererà i vantaggi e gli svantaggi dell'utilizzo dei sistemi di controllo numerico computerizzato (CNC) rispetto alla versatilità e alla affidabilità dei robot.

Sostenere o non sostenere? Si sostiene che l'enigma della rimozione del supporto in AM verrà prima o poi risolto dalla cosiddetta stampa senza supporto. Naturalmente questo sarebbe l’obiettivo finale, consentire una completa libertà di progettazione con un’efficienza ottimizzata delle risorse, per cui le materie prime e l’energia vengono utilizzate solo per realizzare la parte finale e non i supporti.

Sfortunatamente, il settore AM non è ancora arrivato a questo punto e, sebbene i supporti vengano ridotti al minimo durante la progettazione, sono ancora – e lo saranno per il prossimo futuro – una necessità. Ridurre al minimo la quantità di materiale e di energia utilizzati per i supporti è la cosa giusta da fare in quasi ogni situazione, ma può anche compromettere la libertà di progettazione e compromettere la funzionalità desiderata della parte di utilizzo finale, che potrebbe, ad esempio, dover essere progettata con cavità riempite o sporgenze che comportano una perdita di leggerezza. I progetti generativi possono anche essere vincolati inutilmente per ottenere gli angoli necessari per supporti ridotti.

L’attenzione alla riduzione del supporto può anche influire sull’efficienza del processo. Ad esempio, potrebbe essere necessario costruire parti lunghe con un orientamento specifico e quindi occupare una parte maggiore della piastra di costruzione, mentre le costruzioni impilate potrebbero diventare poco pratiche a causa delle strutture di supporto interconnesse.

In breve, anche se dovremmo sempre cercare di avere meno supporto, attualmente sono ancora uno strumento necessario per le applicazioni AM più complesse.

Post-elaborazione manuale Incredibilmente, la rimozione manuale del supporto rimane oggi il processo preferito dalla maggior parte degli utenti AM. Richiede tecnici altamente qualificati per rimuovere i supporti con tutti i tipi di strumenti manuali tradizionali. Anche i Dremel tornano utili. È provato e testato ma richiede abilità, capacità di risoluzione dei problemi e creatività. Può essere particolarmente adatto ad ambienti di produzione ad alto mix e a basso volume.

Tuttavia, anche la rimozione manuale del supporto è molto dispendiosa in termini di tempo, manodopera e disordine, con polveri tossiche che richiedono DPI o ambienti schermati. Il rischio di accensione ed esplosione della polvere e lesioni da sforzi ripetuti sono problemi comuni. Inoltre, non è ripetibile con precisione poiché varia da persona a persona e persino da turno a turno, causando problemi di controllo della qualità e aumenti del tasso di scarto. È anche difficile crescere se la domanda di parti AM inizia ad aumentare in modo significativo.

Automazione Sono stati compiuti alcuni progressi con le soluzioni per automatizzare la post-elaborazione delle parti AM in metallo. Il più comune è stato l’utilizzo di fresatrici CNC, una tecnologia collaudata per una varietà di applicazioni di produzione, compreso un approccio ibrido all’AM. Sono innegabilmente accurati e ripetibili. Tuttavia, solo perché qualcosa è comune e ha una buona esperienza in alcune aree, non significa necessariamente che sia sempre la soluzione migliore.

Il CNC può funzionare bene se la parte in questione ha tolleranze ristrette e dove planarità, circolarità, concentricità o dimensioni devono essere entro pochi micron. È anche la tecnologia preferita per la rimozione dei supporti in lotti di grandi dimensioni in cui le geometrie sono semplici o si prestano a un facile fissaggio solo con un paio di orientamenti. Allo stesso modo, può essere una buona soluzione per le stampe in cui la rimozione della piattaforma con un EDM CNC si occupa della maggior parte del supporto.