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Correndo con Sauber nel futuro della produzione additiva

Intervista esclusiva con Christoph Hansen, direttore della Sauber Engineering Technology & Innovation

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L’azienda svizzera di sport motoristici Sauber è una squadra storica nel circuito di Formula 1, dove gareggia dal 1993. L’intensa implementazione dell’AM alla Sauber dall’inizio degli anni 2000 non è l’unico motivo per cui la società sta ora giocando un ruolo così Industria AM: Sauber Engineering è stata fondata per sfruttare l’esclusivo know-how ingegneristico del team e fornire servizi di progettazione e produzione utilizzando le stampanti 3D metalliche MetalFAB1 di Additive Industries. L’anno scorso ciò ha portato alla produzione di oltre 22.000 parti in metallo DMLS; e questi sono solo l’inizio.

Nel corso degli anni, la sfida continua di rendere le auto da corsa più veloci, più leggere e più affidabili ha costretto Sauber a produrre parti che semplicemente non esistevano. Questa esperienza, ei nuovi metodi di produzione AM che la accompagnano, sono ora disponibili per i clienti in settori oltre il motorsport, per le applicazioni automobilistiche di massa e industriali più ampie.

In occasione della presentazione ufficiale della nuova vettura di Formula 1 C41, il direttore della Sauber Engineering Technology & Innovation Christoph Hansen ha portato 3dpbm per un giro intorno alla struttura all’avanguardia dell’azienda.

“Abbiamo iniziato a utilizzare l’AM a metà degli anni novanta”, ci dice Hansen. “Inizialmente abbiamo ritenuto che l’AM polimero fosse una soluzione molto rapida per stampare prototipi per i test in galleria del vento. Nel 2007 abbiamo avviato la creazione del nostro reparto di produzione additiva di plastica e 10 anni dopo, nel 2017, abbiamo investito nella stampa 3D in metallo attraverso una partnership con Additive Industries”.

AM rappresenta un modo per affrontare due competizioni contemporaneamente: la pista da un lato e la corsa per lo sviluppo dell’auto dall’altro. I due sono strettamente intrecciati perché le prestazioni dell’auto in pista derivano dal continuo sviluppo aerodinamico: più iterazioni puoi fare nella galleria del vento, più velocemente sviluppi l’auto. “In passato, anche le forme più complesse venivano eseguite manualmente”, afferma Hansen, aggiungendo che le prime parti stampate in 3D sono state create per il modello della galleria del vento, che è un modello al 60%, progettato per scopi di misurazione, è uno strumento di misurazione per gli aerodinamici. Tuttavia, quella prima prova ha portato alla stampa dell’intera pelle del modello della galleria del vento e all’investimento in un parco macchine polimerico interno.

Christoph Hansen, Direttore Tecnologia e innovazione presso Sauber Engineering

Accelerare a fondo 

“Nel 2015 ho rilevato il reparto di stampa 3D ed è diventato chiaro che dovevamo implementare la produzione di metallo”, dice Hansen a 3dpbm. Ha visto per la prima volta la tecnologia dell’Industria Additiva a Formnext e ne ha compreso il potenziale specifico per la produzione di parti per uso finale. “Stavamo già eseguendo una produzione in serie per i clienti e prodotto parti per la nostra macchina da corsa utilizzando tecnologie di stampa 3D polimerica. Ma i metalli hanno aperto un’area completamente nuova di possibilità in termini di proprietà meccaniche”, spiega.

Sauber ha avviato la collaborazione con Additive Industries con l’obiettivo di creare un centro di competenza per la stampa 3D in metallo entro tre anni. “Il piano iniziale prevedeva l’installazione di due di queste grandi macchine entro tre anni”, afferma Hansen. “Stiamo entrando nel quarto anno e abbiamo già quattro macchine in funzione”.

Lo sviluppo di capacità avanzate di produzione additiva si è dimostrato molto vantaggioso per Sauber. Il gruppo Sauber è una società con tre entità aziendali. Uno, ovviamente, è Sauber Motorsport, che gestisce Alfa Romeo Racing ORLEN. Questa è la società che sta sviluppando l’auto da corsa e gestisce il team di corse. La seconda unità è Sauber Aerodynamics Ltd., che è un attore importante nel campo dello sviluppo aerodinamico, compresi i servizi di sicurezza e le prove in galleria del vento per l’industria automobilistica.

Il terzo è Sauber Engineering Ltd. Qui è dove ha sede la stampa 3D. Oltre alla produzione AM, l’azienda fornisce servizi di ingegneria al vasto settore. “Ci consideriamo un punto di accesso alle tecnologie che abbiamo sviluppato negli ultimi 50 anni qui presso la nostra sede”, spiega Hansen, aggiungendo che “la stampa 3D è stata un elemento importante nel kick-off di questo spinoff, come lo era già un campo di attività di successo”.

Un componente del telaio a pareti sottili stampato in 3D.

Dall’inizio alla fine

Sauber Engineering oggi ospita 13 sistemi polimerici di grande formato, oltre ai quattro MetalFAB1 e un sistema HIP. “Investiamo molto nell’assicurazione della qualità delle parti, sia dal punto di vista geometrico che ovviamente per la qualità in-process. Il monitoraggio delle proprietà meccaniche e della composizione dei nostri materiali è la chiave del successo. Ci concentriamo sul raggiungimento di una qualità delle parti ripetibile”, afferma Hansen.

L’azienda ora fornisce un servizio olistico che va dall’idea al prodotto finale e lo fa ai massimi livelli. “Se un’azienda viene da noi con un’idea”, continua Hansen, “la supportiamo nella progettazione dei prodotti e nell’ottimizzazione per la stampa 3D. Abbiamo la possibilità di produrre i primi prototipi funzionali e di occuparci della qualificazione e dell’industrializzazione fino al punto in cui il progetto viene scalato fino alla produzione in serie di diverse migliaia di parti all’anno”.

“Siamo attivi in ​​un ampio campo di industrie. Ovviamente, l’automotive è la nostra eredità, ma siamo anche molto coinvolti nel business della prototipazione per pre-serie e studi di design, in particolare nella stampa 3D di plastica. Nella stampa su metallo, ci sono enormi opportunità per le applicazioni finali in vari settori, come l’imballaggio o anche lo spazio e l’aviazione “, spiega Hansen.

Per essere in grado di fornire questi servizi e passare veramente alla produzione di massa di prodotti avanzati, e anche meno avanzati, il team di Hansen si è reso conto che avevano bisogno di ottenere una vera ripetibilità e garanzia di qualità su metallo AM. Per questo motivo, lo stabilimento è stato certificato ISO 9001 ed è stato anche verificato e certificato da TÜV SÜD per la DIN SPEC 17071. Ciò mostra ai clienti che la produzione è reale.

Un altro componente di montaggio del motore stampato in 3D per l’auto di F1.

Pit stop veloce

Sauber produce componenti per tutti i tipi di industrie, sia in metallo che in plastica, comprese parti per Alfa Romeo e per aziende di tutto il mondo. Tuttavia, la Formula 1 può essere il test più impegnativo delle vere capacità di AM: “È molto critico. Quando portiamo una parte stampata in metallo su un’auto da corsa, spesso è una parte cruciale che deve sopportare una grave fatica”, spiega Hansen.

“Per competere, devi prima finire la gara, quindi devi costruire un’auto affidabile. Nella monoscocca, ad esempio, devi assicurarti che una parte possa durare per tutta la stagione. Quindi, un aspetto è l’affidabilità. L’altra cosa è che c’è sempre un essere umano all’interno dell’auto, e non vuoi rischiare la vita del guidatore solo perché usi una tecnologia che non capisci. Sulle nostre auto, il telaio del rullo, così come alcune parti d’urto, sono stampati in 3D, utilizzando alluminio ad alta resistenza. Inoltre, gli inserti del telaio, come i supporti del motore, sono stampati in titanio”.

Inserti stampati in titanio 3D.

Questi inserti in titanio sono fissati nella faccia posteriore della monoscocca e fungono da punti di fissaggio per l’intero gruppo propulsore. Il gruppo propulsore è composto dal motore e dal cambio e funge da parte strutturale che sostiene l’asse posteriore e l’alettone posteriore. Queste sono parti che devono essere estremamente rigide e precise e devono essere sottoposte agli impegnativi test NDT e QA.

Allo stesso tempo, Hansen conferma che l’additivo ha portato incredibili vantaggi al team di F1 in termini di sviluppo. Questi includono la capacità di produrre parti estremamente complesse che possono adattarsi alla struttura complessivamente ottimizzata dell’auto di F1, così come la capacità di costruire parti vuote e ultraleggere con i tempi di consegna più brevi.

Partner ad alta velocità

La Sauber non è l’unica squadra di F1 a utilizzare AM in metallo per la produzione di componenti per auto. Tuttavia, in quanto azienda con sede in Svizzera, era fondamentale portare queste capacità di produzione internamente, al fine di evitare rallentamenti legati alle importazioni. E questo si è rivelato vantaggioso in termini di creazione del ramo Sauber Engineering, che ora sta vivendo una crescita ad alta velocità.

Le macchine Additive Industries sono dotate di lega AlSi10Mg, insieme a titanio Ti64GD23 e Scalmalloy. In generale, il prezzo del materiale non è un problema, perché viene utilizzato molto meno materiale rispetto ai metodi di produzione sottrattivi e tradizionali. Il titanio è spesso il materiale di scelta. Hansen concorda sul fatto che i prezzi dei materiali possono diventare più un problema quando i lotti di produzione aumentano di dimensioni. “Mi aspetto che i prezzi dei materiali diminuiranno quando il metodo di produzione AM in metallo sarà completamente industrializzato”, afferma, “tuttavia, il mercato dei materiali metallici è più aperto della plastica e vengono costantemente sviluppate più leghe per migliorare le prestazioni riducendo i costi. Il fatto che la polvere metallica possa essere completamente riciclata e riutilizzata la rende più conveniente rispetto ai blocchi di materiale solido di titanio”.

Una vista all’interno dello stabilimento Sauber Engineering e due dei sistemi MetalFAB1 installati.

Questo livello di esperienza nell’AM in metallo ha pochi confronti in tutto il mondo e Hansen attribuisce ad Additive Industries il merito di essere il partner ideale. “Avevamo bisogno di un partner che potesse aiutarci ad affrontare i nostri problemi e le nostre esigenze specifiche”, spiega Hansen. “Lavorare con un’azienda troppo grande può diventare molto complesso. Con l’AI abbiamo trovato un ottimo team di gestione, dai proprietari al CEO, che ha ascoltato le nostre esigenze e ha implementato un modello di business che ha funzionato bene per entrambi. Inoltre, la loro tecnologia a circuito chiuso di polvere è adattata in modo univoco alle nostre esigenze ed è stata una delle prime macchine sul mercato con quattro laser a campo pieno indipendenti. Devi anche considerare che il costo del lavoro in Svizzera è estremamente alto, quindi l’alto grado di automazione dei sistemi MetalFAB1 è stato molto importante per noi”.

Oggi in Sauber Engineering lavorano 35 persone. Circa un terzo lavora nei servizi di ingegneria o nelle operazioni. Gli altri due terzi lavorano in produzione. Ora l’obiettivo è espandere in modo significativo le capacità di produzione in serie e il livello di automazione. “Ora dobbiamo approfondire ulteriormente la tecnologia”, conferma Hansen. “A tal fine, abbiamo installato il sistema HIP e una macchina CNC a cinque assi per la finitura dei pezzi e stiamo studiando parametri laser specifici per l’applicazione di ogni cliente: il nostro focus in termini di business, al di fuori della F1, è la produzione in serie. Abbiamo ancora molto lavoro da fare, soprattutto in termini di educazione e convincimento del cliente ad abbracciare pienamente i vantaggi di DMLS”.

AM inizia sempre come una soluzione apparentemente più costosa. Quindi, gli ingegneri Sauber iniziano a convertire la parte o gli assiemi in un progetto specifico per AM (Design for Production). Studiano come rendere la parte più durevole e affidabile. Progettano il sistema integrato in modo che sia più leggero ed efficiente, il che significa che può essere più produttivo. “Deve iniziare con il design della parte, poiché i primi prototipi stanno già mostrando fino alla produzione in serie”, afferma Hansen. “A questo punto, i clienti iniziano a vedere i veri vantaggi della stampa 3D.”

Mentre la pandemia prende il suo corso e la F1 si prepara per una nuova stagione con molte incognite, Sauber Engineering può contare su AM per ampliare i suoi orizzonti e realizzare la visione di un nuovo tipo di fabbrica AM alimentata da F1 del futuro.

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Research 2020
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Davide Sher

Sono un giornalista professionista iscritto all'ODG dal 2002 e mi sono sempre occupato di comunicazione trade. Per 10 anni ho redatto una testata dedicata al mercato dei videogiochi e successivamente ho partecipato alla creazione del primo iPad magazine dedicato all'elettronica di consumo. Dal 2012, mi occupo esclusivamente di stampa 3D/manifattura additiva, che vedo come la più affascinante e reale delle tecnologie oggi agli albori ma che plasmeranno il nostro futuro. Ho fondato Replicatore.it nel 2013 e ho scritto come blogger per diversi siti internazionali. Nel 2016 ho fondato la mia società 3dpbm (www.3dpbm.com), con base a Londra, che offre servizi di supporto alle aziende che vogliono comunicare, sia in Italia che nel mondo, i loro prodotti legati alla manifattura additiva. Oggi pubblichiamo diverse testate internazionali tra cui 3D Printing Media Network (il nostro sito editoriale internazionale), 3D Printing Business Directory (la più grande directory al mondo di aziende legate alla stampa 3D), Replicatore.it, Replicador.es e 3D Printing Media Network Chinese Version.

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