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Il vice presidente di Siemens Vynce Paradise parla della stampa 3D a “estrusione continua” dei compositi

Alcuni credono che il futuro del 3D printing sia nei compositi continui, soprattutto in quelli a fibra continua e molti sono giunti a credere che il futuro dell’estrusione (sia termica, che pneumatica) sia nei bracci robotici. Poi ci sono quelli che vedono queste due possibilità come parti integranti di uno stesso percorso. Alcuni di loro lavorano all’hardware Stratasys mentre altri, come Vynce Paradise, vice presidente di Manufacturing Engineering Solutions presso la Siemens PLM Software, lavorano all’implementazione. Abbiamo incontrato Mr. Paradise la scorsa settimana al TCT ed abbiamo avuto un bel po’ di dettagli da rivelare sul piano Stratasys per la stampa 3D di parti in composito continuo delle dimensioni di un’ala di un aereo, tramite braccio robotico con tecnologia di estrusione termica.

“I team che lavorano per me si concentrano in due diverse direzioni – ha spiegato Vynce – una è la deposizione fissa tradizionale. Ad esempio un letto a polvere sarà sempre considerato uno spazio fisso e gran parte dei sistemi che vediamo qui funzionano su un piano fisso. I miei team stanno lavorando inoltre su una deposizione multi-accesso, quindi stiamo spostando la stampa, o il posizionamento della testina di stampa relativa al letto della stampante, su cinque, sei o addirittura sette assi. In genere si fa usando un robot e su una macchina utensile, quindi si riferisce di solito alla stampa di metalli. Stampiamo su una macchina utensile convertita perché questo significa che abbiamo un telaio in grado di sorreggere grandi componenti in metallo e spostarli in maniera molto precisa. Dal momento che si tratta di una macchina utensile, può spostare il componente in qualsiasi posizione mentre viene realizzato.”

Davide: In pratica, stai parlando dell’uso di DED o della tecnologia “powder fed”?cryglfcwyaenezx-siemens

VP: Sì e adesso stiamo realizzando sia metalli che materiali termoplastici. La differenza principale sta nella strumentazione, mentre la tecnologia principale ha molte somiglianze e il software è una versione modificata di quello che usiamo da anni per la lavorazione sottrattiva. Non facciamo altro che prendere le stesse tecniche software e usarle per la testina a estrusione termica. Ma si sa, il diavolo è nei dettagli e per questo il procedimento non sarà mai lo stesso di quello sottrattivo per molte ragioni, sebbene il set di skill di base e i principi matematici siano simili. Sono molto interessato a conoscere il macchinario, a sapere che aspetto hanno le parti ad ogni fase operativa perché voglio sapere quale sarà la tappa successiva, voglio sapere se devo tornare indietro con lo strumento successivo e quali materiali sono rimasti. Per quanto riguarda la tecnologia sottrattiva, mi interessa evitare collisioni, quindi devo conoscere la forma del metallo dal momento che sto sottraendo materiale. Con l’additivo, mi trovo nella situazione inversa: ciò che mi interessa è la forma del metallo o della plastica perché voglio sapere a che punto torno indietro e quando aggiungere altro materiale.

Davide: Lavorare con un braccio robotico a estrusione aggiunge molta complessità all’algoritmo?

VP: Certo, è piuttosto diverso dal piano fisso; se ci pensi, mentre costruisco questa parte posso ruotare ed estenderla, ruotare ed estenderla, posso puntarla rivolta in una determinata angolazione per evitare di dover aggiungere supporto. In questo processo, i supporti non servono. In alcuni casi, le caratteristiche di una parte possono essere tali da consentirmi di decomporle e posizionarle nel giusto orientamento, quindi posso dover costruire un supporto che fungerà semplicemente da rinforzo, senza cominciare dalla base ma dalla parte stessa. Potrei mettere un piccolo sostegno sotto una parte per tenerla ferma durante la fase di costruzione e poi rimuoverlo.

Davide: Quindi il punto è cercare di integrare una tecnologia simile alla FDM, alla libertà geometrica di un tipo di tecnologia a letto di polvere?static1-squarespace-siemens

VP: Con il letto in polvere siamo ancora vincolati dalle dimensioni della polvere, quindi il nostro obiettivo è andare oltre. I macchinari SLS sono costosi e pesanti. Se metti due macchinari a letto di polvere insieme, non ottieni una parte più grande ma solo due macchinari più grandi. Con i robot invece possiamo rimetterli in carreggiata e portarli sull’asse multiplo per costruire parti davvero grandi. Se potessimo depositare i materiali termoplastici, magari con una fibra in carbonio continua, potremmo costruire parti grandi come l’ala di un aereo. Posso usare un robot delle dimensioni di una gru a cavalletto, come quelli che stanno già lavorando nel sottrattivo sulle ali degli aerei.

Davide: Quali sono le sfide di un sistema robotico additivo a livello del software?

VP: Possono sembrare simili, dato che le parti somigliano a quelle sottrattive, ma non è così. Se sono in fase di deposito e smetto di inserire materiale, sto comunque estrudendo la polvere con una pistola laser. Con i materiali termoplastici, si inizia a costruire così; per esempio, quando rallento su un angolo per via dei componenti meccanici del macchinario, il materiale inizia a svilupparsi. Sembra una cosa semplice ma è davvero necessario calcolare i componenti elettronici del macchinario o del controller a livello di software? Se sto estrudendo materiali termoplastici forse mi occorre una saldatura che diventa più ampia mentre procedo; non l’abbiamo mai fatto con un metallo quindi ci serviranno nuovi algoritmi per farlo.

Davide: Un’intera serie di nuovi calcoli…

VP: Sì, abbiamo un team che ci lavora da tre anni. Si sono occupati di un software per un macchinario complesso a cinque assi; ora stanno lavorando alla deposizione multi-asse per metalli o materiali termoplastici.maxresdefault-siemens

Davide: Siamo giornalisti e ci piace immaginare le cose: ho sempre pensato che il futuro dell’FDM fosse multi-asse, ma è anche multi-robot?

VP: Può esserlo! Questo dovrebbe essere il prossimo passo. Una volta raggiunti questi obiettivi e ottenuto il giusto controllo del sistema, si potrebbe lavorare con due robot. Alla Siemens abbiamo celle di produzione in cui due robot possono effettuare la stessa mansione o mansioni differenti. Se si depositano materiali termoplastici, si ha una finitura grezza, quindi si potrebbero usare un software più convenzionale e un cutter sul lato solo per la smussatura.”

Davide: Quanto sei preoccupato, da un punto di vista del software, dell’attuale peso delle parti robotiche e dell’estrusore quale testa del robot?

VP: Non lo sono affatto in realtà. A mio avviso questi macchinari sono come normali stampanti. Sono abituato a gru e macchinari enormi, quindi li vedo relativamente piccoli e leggeri.

Davide: In questo processo consideri anche un sistema di estrusione pneumatica o solo l’estrusione termica?roboticcomposite-3d_part_dome-siemens-1

VP: Per quanto riguarda il sistema di estrusione abbiamo una partnership con Stratasys che ha appena inventato un estrusore multi-fase e il vantaggio è che è possibile controllare la deposizione. È molto importante, quindi parte del sistema di controllo riguarda il timone, gli assi, ci mettiamo nella giusta posizione e la registriamo in modo che la parte è semplicemente poggiata sul tavolo il quale può ruotare insieme al robot. I sistemi di controllo diventano sempre più complicati e complessi…l’importante è controllarli: controllare il tasso di estrusione, in modo da controllare il robot e il movimento dell’estrusore.

Davide: Grazie, è stato davvero interessante. Sembra che in questo momento il settore si stia concentrando davvero sui materiali compositi e su tutte le modalità in cui possono essere usati nel 3D printing, sia per la fibra corta che per quella lunga, che sembra anche la più interessante ma in quel caso potrebbe volerci un po’ di tempo in più.

VP: Senza dubbio c’è più lavoro da fare.

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