STAMPA 3D DI MASCHERE, ATTREZZATURE E ALTRI STRUMENTI DI PRODUZIONE - COME CONSEGUIRE UNA FORTE RIDUZIONE DI TEMPI E COSTI REALIZZANDO I PROPRI ...
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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.
White Paper
F O R A 3 D W O R L D TMMigliorare 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
• Migliorare il controllo e la ripetibilità dei processi
di produzione. Indipendentemente dal tipo di processo,
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 realizzare un’attrezzatura viene presa in virtù delle seguenti
aumentare i profitti e l’efficienza, mantenendo alta la qualità. priorità e dei seguenti vincoli:
Pur essendo molto diffusi, gli strumenti di produzione non • Processi altrimenti non fattibili senza maschera o attrezzatura
vengono sempre utilizzati al massimo delle loro potenzialità. La
• Esigenze più evidenti ed urgenti
loro fabbricazione richiede tempo, manodopera e denaro. Per
utilizzare al meglio le risorse limitate la soluzione è ricorrere alla • Maggiori rischi di
stampa 3D. È semplice e automatizzata, rapida ed economica. possibili problemi
Potrete così svilupparere più maschere e attrezzature e avere al • Maggiore facilita
tempo stesso la capacità di ottimizzarne le prestazioni. realizzativa
• Maggiore facilità di
ABBASSARE LE BARRIERE
implementazione
Semplicemente sostituendo gli attuali metodi di realizzazione di
La decisione in merito
staffaggi e attrezzature con la fabbricazione additiva è possibile
a quando e dove
ridurre i costi e velocizzare le consegne. Un investimento in
utilizzare una dima
sistemi di fabbricazione additiva si giustifi ca facilmente anche
o un’attrezzatura Secondo il responsabile del controllo qualità
solamente per i vantaggi sopra elencati, offrendo un ritorno in di Thogus, è più facile, veloce e meno costoso
non è diversa dalle realizzare in proprio con tecnologia FDM le
breve tempo. Questo non prende però in considerazione l’impatto
maschere e le attrezzature richieste piuttosto
altre decisioni
più considerevole sul conto economico. La fabbricazione additiva, che affidarne la fabbricazione a un fornitore
che prendiamo esterno.
infatti, abbassa i limiti per giustifi care la realizzazione di un nuovo
quotidianamente.
tool, permettendovi così di indirizzare esigenze altrimenti ignorate
Si intraprende un’azione quando il suo valore è superiore
nel processo di produzione.
all’investimento o quando il percorso presenta poca resistenza.
Se vi guardate intorno, in offi cina, nell’area nelle linee di
La fabbricazione additiva abbassa la soglia di giustifi cazione
assemblaggio e nel laboratorio di controllo qualità, quante
aumentando il ritorno sull’investimento e riducendo gli ostacoli
nuove opportunità potreste scoprire per una nuova dima o per
frapposti tra idea e soluzione. Questo si ottiene grazie alla semplifi
un’attrezzatura? Quale sarebbe il loro valore? Alcuni esempi
cazione del processo, alla riduzione dei costi e all’accorciamento
potrebbero essere:
del lead time.
• Ridurre scarti e rilavorazioni
Se si utilizza la tecnologia di modellazione a deposizione
2fusa (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 il
costruzione dell’utensile e postlavorazione. Diversamente dai costo di una dima
metodi di fabbricazione tradizionali, l’FDM richiede un livello o un’attrezzatura.
minimo di esperienza e manodopera diretta. Generalmente le
In molti casi, la realizzazione di maschere e attrezzature richiede aziende riescono
solo 15 minuti di lavoro pratico. Un altro aspetto ancora più a risparmiare dal
importante è che serve pochissima formazione sul funzionamento 70% al 90% rispetto
Dopo avere ricevuto un preventivo di 12.000
del processo e non è richiesta alcuna esperienza precedente. all’affidamento in dollari e sette giorni per la produzione di
outsourcing della attrezzature, Thermal Dynamics ha optato
La tecnologia FDM è dunque un’opzione „self-service“ ideale per realizzarle con la tecnologia FDM per
per staffaggi e attrezzature. Natalie Williams, responsabile della lavorazione o risparmiare 10.000 dollari e diversi giorni.
qualità presso Thogus Products, un’azienda di stampaggio a fabbricazione delle
iniezione specializzata in produzioni a bassi volumi e materiali attrezzature. Per
altamente tecnici, ha commentato: „È talmente più semplice per l’attrezzatura con
me realizzare il modello di un’attrezzatura e stamparmelo da 12 fori di Thogus
sola di quanto non sia progettarla e farla realizzare a un’officina il risparmio è stato
esterna“. dell’87%. „Il fornitore
voleva 1.500 dollari,
Per Thogus, la fabbricazione additiva è facile e veloce. „Affidando
io l’ho realizzata con
a un fornitore esterno la fabbricazione di un’attrezzatura CMM con
meno di 200 dollari,
12 fori il lead time andava dai 7 ai 10 giorni. Io l’ho realizzata dalla
spesi per i materiali“,
sera alla mattina“, afferma. I produttori che usano stampanti 3D
dichiara la Williams. Una delle squadre ai vertici della NASCAR,
con tecnologia FDM per creare i propri strumenti di produzione Joe Gibbs Racing, utilizza la tecnologia FDM
spesso registrano una riduzione del lead time dal 40% al 90%. Rendendo il processo per creare le attrezzature di produzione,
alcune delle quali sono in servizio da più di
La fabbricazione additiva può inoltre aumentare sostanzialmente il di fabbricazione dei due anni e hanno contribuito a tagliare lead
tools di produzione più time e costi in media del 70%.
veloce ed economico,
Come si puó comparare il processo FDM rispetto metodi la fabbricazione additiva contribuirà ad aumentare il numero di
alternativi?
staffaggi, attrezzature e altri strumenti di produzione, migliorando
in ultima analisi gli utili. La fabbricazione additiva permette anche
Impresa FDM FDM Metodo Metodo
Costi Lead alternativo alternativo di ottimizzare le prestazioni degli strumenti di produzione. Prima
Time Costi Lead Time dell’avvento della fabbricazione additiva, ci si accontentava di
maschere e attrezzature non ottimali. A causa dell’alta spesa e
$618 24 h $10,000 4 settimane
Thogus
degli sforzi richiesti per riprogettarle e ricrearle, le revisioni erano
$21 2h $200 2 settimane riservate solo per gli elementi che non funzionavano secondo
specifiche. Un’attrezzatura non ottimale contribuisce ad allungare
$618 24 h $10,000 4 settimane i tempi di produzione riducendo l’effi cacia del ciclo di montaggio e
Thermal
Dynamics riducendo la profi ttabilità della produzione.
$21 2h $200 2 settimane
La fabbricazione additiva cambia questo modo di pensare.
Joe Gibbs Per pochi euro si è pertanto in grado di realizzare strumenti di
$525 1 giorno $2,550 7 giorni
Racing
produzione ottimizzati e in poco tempo. Per migliorare un tool non
BMW $176 1,5 giorni $420 18 giorni
3ottimizzato, 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
Utilizzando la fabbricazione additiva
inaspettati vantaggi. Ad esempio, Thogus utilizza accessori robotici
per il numero di
per ricreare una pinza con canali realizzati con tecnologia FDM in grado di assorbire eventuali urti. In
unità prodotte. Se interni del vuoto, Digital Mechanics ha
eliminato cinque tubi flessibili esterni caso di collisione del braccio robotico contro un ostacolo, la parte
l’attrezzatura viene
che ostacolavano le operazioni. FDM protegge il braccio da possibili danni, evitando così costose
usata per produrre 500
riparazioni e tempi di fermo macchina. In un altro esempio, la
articoli al giorno per addetto, un risparmio anche di soli due secondi
BMW utilizza utensili manuali in plastica perché sono più leggeri e
riduce il lavoro diretto di 70 ore per persona all’anno. Per lo stesso
facili da gestire e contribuiscono ad alleviare la fatica degli addetti.
pezzo, una riduzione dell’1% del tasso di scarto equivale a un
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 questo valore per semplificare il processo.
ADDITIVA
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 metallo. Tuttavia, dimenticativi le vecchie
mentre in alcuni casi regole, fate tabula rasa
il metallo potrebbe e iniziate da capo.
essere un requisito
La natura additiva
imprescindibile, in altri
del processo vi
Utilizzando la tecnologia FDM, BMW il metallo potrebbe
stampa maschere e attrezzature che non offre una libertà di
sarebbe possibile realizzare con i processi di rappresentare
progettazione senza Questo utensile manuale BMW, ergonomico
lavorazione e fabbricazione convenzionali. La unicamente una e più leggero, allevia la fatica degli addetti.
stampa 3D ne permette un più facile utilizzo e precedenti. Ciò che
una migliore funzionalità. opzione pratica
prima era impraticabile diventa ora assolutamente realistico
4e 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 molti vantaggi:
esempio, tasche, fori e canali riducono il consumo di materiale, i
• Elimina le problematiche relative alle tolleranze – Mantenere
tempi di costruzione e il tempo totale di processo.
tolleranze strette è costoso. Se due parti accoppiate sono riunite
Per sfruttare a pieno le potenzialità della stampa 3D, la in unico pezzo, si riducono tutti i costi e le preoccupazioni in
progettazione deve essere guidata dalla funzione e dalle merito al controllo delle tolleranze delle parti di accoppiamento
prestazioni della maschera o dell’attrezzatura che si vanno a svaniranno.
realizzare. Digital Mechanics AB e BMW, in questo senso, hanno
• Elimina il tempo di assemblaggio – I gruppi, ovviamente,
anticipato i tempi.
devono essere assemblati. Un’operazione che richiede tempo,
Digital Mechanics ha fatto leva sulla libertà di progettazione soprattutto per componenti non ricorrenti come dime e staffaggi
per una pinza robotica assistita in sottovuoto. Con il sistema di e attrezzature, dove non viene garantita la massima precisione
fabbricazione tradizionale la pinza era provvista di tubi flessibili di accoppiamento.
che pendevano esternamente. Con la stampa 3D, ogni dito della
• Minimizza documentazione e spese generali – La somma
pinza è dotato di un canale interno per il vuoto che elimina la
delle parti è inferiore all’intero quando si parla di tempi e
necessità dei tubi flessibili.
costi. Il consolidamento delle parti riduce i costi per attività di
Alla BMW, grazie alla libertà di progettazione, gli addetti alla linea progettazione, documentazione, preparazione di preventivi,
di assemblaggio hanno ora un utensile che permette di arrivare ordinazione e gestione magazzino.
sotto, dietro e all’interno della parte posteriore del paraurti. Gli
ingegneri hanno focalizzato l’attenzione esclusivamente sulla GESTIONE
funzione e hanno così progettato un utensile di forma organica in
Non dovrete più considerare maschere, attrezzature e altri
grado di assolvere al meglio il suo compito.
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
Questo approccio implica tuttavia molti costi indiretti: il costo per
il tempo di ciclo per l’operazione di applicazione dello stemma.
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
Con la stampa 3D invece può essere vero il contrario. Spesso
riunire quanti più componenti in un singolo pezzo. Se si progetta
sono richiesti tempi e costi più alti per conservare a magazzino
un nuovo elemento, conviene crearlo fin dall’inizio come un unico
maschere e attrezzature che per rifabbricarle. Le aziende quindi
pezzo. La separazione delle parti deve avvenire solo quando ciò
5adottano 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 | info@stratasys.com 7665 Commerce Way 2 Holtzman St. Airport Boulevard B 120 Eden Prairie, MN 55344 Science Park, PO Box 2496 77836 Rheinmuenster, Deutschland +1 888 480 3548 (US Toll Free) Rehovot 76124, Israel +49 7229 7772-0 +1 952 937 3000 (Intl) +972 74 745-4000 +49 7229 7772-990 (Fax) +1 952 937 0070 (Fax) +972 74 745-5000 (Fax) emea@stratasys.com 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
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