La top 10 delle principali compagnie impegnate nella manifattura ibrida

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Sebbene non si tratti di una categoria riconosciuta dall’ASTM per i processi AM, la manifattura ibrida è molto vicina alle tecnologia a deposizione diretta di energia (DED). Tuttavia, questo non è l’unico processo AM che può essere ibridizzato. A partire circa dal 2013, sono svariate le compagnie che hanno sviluppato sistemi di manifattura ibrida che combinano una serie di metodi di AM con fresatura CNC (e altri tool), consentendo spesso di realizzare parti più complesse e grandi in modo più rapido.

Se facciamo un passo indietro, con l’aiuto degli esperti di manifattura ibrida di 3D-Hybrid (per saperne di più su questa compagnia, scorrete verso il basso), si tratta di un processo che ha fatto la sua prima apparizione commerciale nei primi anni duemila con la deposizione a polvere laser in un macchinario CNC. In alcuni casi, veniva usato un robot all’interno di una cella separata della macchina CNC con un meccanismo a pallet.  All’epoca però, la manifattura ibrida non prese piede più di tanto. I laser rappresentavano ancora un ampio dispendio di capitale ed erano generalmente prodotti per la lavorazione di pezzi di piccole dimensioni (ad esempio, applicazioni di taglio e incisione).

Nel 2010, con l’avvento del metallo e la crescita della stampa 3D o manifattura additiva, la produzione ibrida si è ritrovata in una fase di resurrezione. Al tempo, il prezzo dei laser era sceso intorno ai $100.000 per un paio di kilowatt, rendendone possibile l’acquisto in abbinamento con grandi macchine CNC. Inoltre, le macchine per la lavorazione delle polveri di metallo costavano dagli $800.000 ai $1.500.000 rendendo la produzione ibrida un’alternativa ideale, specialmente per le parti più grandi.

Ora la manifattura ibrida è qualcosa di consueto ed è riconosciuta all’interno dell’industria per la combinazione di manifattura additiva e sottrattiva. Dal 2013, il numero di produttori di tool che consentono la manifattura ibrida è passato da zero a numeri a due cifre.

Oggi, daremo il via al nostro Focus sull’AM nell’Hybrid Manufacturing mettendo in evidenza dieci compagnie di manifattura ibrida che stanno portando innovazione in questo settore. La lista è destinata a crescere. Se gestite o lavorate con una compagnia che si occupa di manifattura ibrida e pensate che debba essere inclusa nel nostro elenco, contattateci all’indirizzo info@3dpbm.com.

DMG Mori

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Un pezzo realizzato con il sistema ibrido LASERTEC 65 3D.

Già leader nel settore delle macchine utensili, si potrebbe dire che DMG Mori primeggia anche in questo segmento, motivo per cui è in cima alla nostra lista delle compagnie di manifattura ibrida. L’azienda ha introdotto il sistema LASERTEC 65 3D Hybrid che sfrutta il Siemens NX: un modulo ibrido completo CAD/CAM per la programmazione additiva e sottrattiva. Il sistema DMG Mori utilizza una testa laser gestita da una navetta completamente automatica, che non richiede alcun intervento manuale, per la deposizione di materiale a 5 assi da un ugello coassiale, con conseguente  distribuzione omogenea della polvere, indipendente dalla direzione della saldatura di deposizione laser. Tutto ciò è combinato con una fresatrice completa a 5 assi sottoposta a monitoraggio e controllo adattativo del processo (Closed Loop). Il software CELOS di DMG Mori consente inoltre di misurare e monitorare continuamente il processo di crescita graduale del laser e la regolazione automatica della sua potenza in tempo reale per la qualità omogenea delle parti. Questa macchina, con un costo di $ 1-1,5 milioni, è in grado di realizzare parti metalliche in uno spazio cilindrico con un diametro di 650 mm (base) e un peso fino a 600 kg.

Mazak

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La INTEGREX i-400 AM di Mazak.

INTEGREX i-400 AM di Mazak  è uno dei più grandi sistemi di manifattura ibrida disponibili sul mercato. Essendo il punto di fusione tra tecnologia additiva e funzionalità avanzate multi-tasking, INTEGREX i-400 è la macchina che rappresenta la scommessa della compagnia su soluzioni alternative e innovative per l’elaborazione convenzionale in termini di progettazione e lavorazione dei pezzi. La macchina è stata sviluppata specificamente per la produzione di piccoli lotti di materiali molto difficili da tagliare e sfrutta la sua capacità additiva per generare facilmente caratteristiche di componenti di forma vicina a quella desiderata per poi completarle mediante operazioni di finitura ad alta precisione. Se necessario, la macchina contrassegna anche le parti realizzate con il laser. Si tratta di un macchinario che fonde la polvere metallica usando il calore del laser in fibra e che aggiunge Mazek alla nostra lista. Le testine di rivestimento o gli ugelli di produzione additiva applicano il materiale fuso layer su layer, ciascuno dei quali si solidifica man mano che la forma desiderata si crea. Inoltre, è in grado di unire insieme diversi tipi di metalli, il che consente la riparazione efficiente di componenti usurati o danneggiati esistenti come pale di turbine aerospaziali. In termini di funzionalità Multi-Tasking, INTEGREX i-400 AM offre una lavorazione completamente a 5 assi per elaborare le parti prismatiche da billette o getti massicci (mandrino o barre alimentate), parti rotonde, parti altamente sagomate e adesso anche quelle con caratteristiche realizzate tramite tecnologia additiva.

Hermle

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Il processo MPA di Hermle.

Hermle è un altro rinomato leader del settore delle macchine utensili sottrattive. La tecnica di iniezione termica che Hermle ha reso affermata da oltre 10 anni apre nuove dimensioni nel campo della produzione additiva e ibrida in quanto unisce idee di produzione additiva e miglior fresatura. Attraverso una combinazione di aumento del materiale e taglio del metallo in una singola macchina, Hermle offre possibilità di produzione di componenti metallici anche di grandi dimensioni. L’unità di applicazione del materiale MPA è integrata in un centro di lavorazione Hermle  a 5 assi di tipo C-40. La combinazione di applicazione del materiale MPA e fresatura in una sola macchina si traduce in un processo di produzione additivo ibrido che consente di ottenere pezzi con diametro superiore a 500 mm.

La tecnologia MPA è generalmente progettata per l’accrescimento di materiale sui piani geometricamente accessibili di un determinato componente. Se è necessario integrare o incorporare materiali aggiuntivi, questi vengono applicati a strati fino a quando i contorni rilevanti degli altri componenti del materiale sono accessibili per la lavorazione. La precisione del profilo dei componenti dipende dal metodo di fresatura e può essere adattata alle esigenze individuali. Uno speciale materiale di riempimento consente la creazione di aree cave interne, canali e contorni delle parti inferiori. Si tratta di un materiale idrosolubile e che viene lavato via alla fine del processo di fabbricazione per esporre la geometria interna. Il successivo trattamento termico ottimizza la microstruttura del componente e ne garantisce la durezza desiderata.

Siemens

Siemens NX usato nella manifattura additiva DED.

Anche se non si tratta di un produttore di hardware, Siemens figura comunque nella nostra lista di aziende di manifattura ibrida grazie a tutto il lavoro svolto da questa azienda – a livello di software – per il progresso di questa tipologia di produzione. Poiché la maggior parte dei sistemi ibridi sfrutta le tecnologie DED, il software diventa di fondamentale importanza per abilitare e ottimizzare la geometria del pezzo, accelerando così la combinazione additiva e sottrattiva.

Il modulo ibrido completo Siemens NX: CAD / CAM – Il modulo per la programmazione additiva e sottrattiva è un singolo pacchetto software per l’intera catena di processo (progettazione, processo additivo, lavorazione sottrattiva, finitura). Viene utilizzato in diverse macchine additive, sottrattive e ibride per preparare l’intero processo di produzione  con repliche digitali del pezzo in lavorazione, dei punti di fissaggio e dell’intera macchina. Il sistema calcola i percorsi laser per la produzione additiva e i percorsi di taglio per la lavorazione sottrattiva.

Il software NX Hybrid Additive Manufacturing offre funzionalità per la manifattura additiva ibrida in una soluzione di programmazione CNC completamente integrata, compresa la post-elaborazione e la simulazione di lavorazione per il rivestimento e la fresatura della polvere laser integrata.

Matsuura

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Il nuovo sistema Matsuura LUMEX 60.

La giapponese Matsuura è stata la prima azienda a implementare un processo sottrattivo combinato ad un processo additivo di fusione del letto in polvere (SLM). Matsuura è un leader di mercato riconosciuto nel campo delle macchine utensili CNC multi-pallet, multi-asse e multi-tasking automatizzate e delle relative soluzioni di processo di manifattura.

Da oltre un decennio, Matsuura sviluppa LUMEX Avance-25, la prima macchina CNC ibrida per la stampa 3D e la sinterizzazione laser di metalli, una piattaforma davvero innovativa in termini di forma desiderata e produzione additiva, con l’integrazione di un mandrino di fresatura collaudato e ad alta velocità per processi sottrattivi. La capacità di “accrescere” un componente metallico a strati con funzionalità interne complesse e di fresare i dettagli interni mentre gli strati vengono aggiunti per ottenere una finitura superficiale perfetta, rende LUMEX Avance -25 una macchina di produzione peculiare e notevole, offrendo a progettisti e produttori una modalità per progettare ciò che immaginano, senza i limiti costituiti dalle restrizioni dei metodi di produzione, strategie e macchine.

La LUMEX Avance-60 è la seconda macchina della serie e offre agli utenti finali le stesse possibilità ibride illimitate della LUMEX Avance-25 ma con maggiore capacità interna e  operativa.

3D-Hybrid

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Il tool Cold Spray di 3D Hybrid per macchine CNC.

In questo elenco di aziende di produzione ibride, 3D-Hybrid è l’unica ad aver integrato strumenti di produzione ibrida e ad offrire più tecnologie di deposizione di metalli dedicate praticamente a qualsiasi macchina CNC. Nata come fornitore di servizi per manifattura ibrida di metalli, l’obiettivo di 3D Hybrid è applicare la tecnologia avanzata di manifattura additiva di metalli (AM) ad applicazioni rivoluzionarie. Al momento, l’azienda offre tre tool esclusivi di AM a metallo per macchine CNC. Visto che utilizzano tre metodi di energia diretta: elettrica, ottica e cinetica, questi strumenti sono in grado di gestire quasi tutte le applicazioni di AM a metallo e le leghe metalliche.

Ad oggi, la tecnologia di deposizione di uso più comune è quella basata su laser: 3D Hybrid offre la più ampia gamma di opzioni di personalizzazione per sistemi laser integrati per macchine CNC, robot o qualsiasi sistema di movimento. Un altro approccio in rapida crescita per la deposizione di additivi metallici è la saldatura ad arco. La tecnologia ARC consente di stampare con la più ampia varietà di leghe di alimentazione. Il buon esito del processo di monitoraggio e controllo è fondamentale per il successo dello strumento ARC. Gli strumenti ARC di 3D Hybrid, in attesa di brevetto, sono basati su una sofisticata tecnologia elettroerosiva incrementata per un processo di produzione additiva controllato di lunga durata controllato in una macchina CNC. L’ultimo processo ad alta velocità emergente per la deposizione del metallo è il Cold Spray: si tratta di un processo originariamente sviluppato per applicazioni di rivestimento di condotti, ma che si prestava anche a tecniche di manifattura additiva affidabili. Il processo utilizza polveri solide che vengono accelerate in gas a velocità supersoniche intorno a 500-1000 m/sec. All’impatto con il substrato le particelle si deformano in modo plastico e si combinano con esso quando l’utensile viene spostato sulla superficie. Le velocità di stampa a freddo rientrano in genere nell’ordine dei 2 kg/ora e le leghe supportate includono rame, nichel, alluminio, titanio, niobio, compositi a matrice metallica e tantalio. Lo strumento 3D-Hybrid Cold Spray è stato progettato per le esigenze di deposizione di leghe ad alta velocità e più complesse.

Fabrisonic

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Uno dei pezzi prodotti da Fabrisonic per la NASA JPL.

La tecnologia di produzione additiva ultrasonica di Fabrisonic è assolutamente unica dal momento che potrebbe essere descritta come un processo additivo-sottrattivo-additivo ibrido.

Abbiamo intervistato gli addetti ai lavori Fabrisonic per saperne di più su questa  tecnologia straordinaria e troverete l’intervista completa qui, sul nostro sito. L’esclusivo processo di questa azienda sfrutta la saldatura a ultrasuoni, una tecnologia sviluppata negli anni ’50. La tecnologia UAM combina i vantaggi degli approcci di manifattura additiva e sottrattiva [per saperne di più sulla tecnologia UAM Fabrisonic, cliccare qui]. La macchina costruisce, in modo additivo, strato per strato. Tuttavia, i layer sono fogli sottili con uno spessore di circa 150 micron. Questi vengono saldati  fondamentalmente deponendo un foglio o un pezzo di nastro e facendo scorrere il sistema di saldatura ad ultrasuoni su di esso. Si tratta di un dispositivo di saldatura con sintonizzazione acustica che si muove in un’unica direzione. Muovendosi, emette vibrazioni perpendicolari al piano, generando un movimento di sfregatura. Le vibrazioni dei due trasduttori ultrasonici da 20.000 Hertz vengono trasmesse al sonotrodo di saldatura a forma di disco, che a sua volta crea una saldatura a stato solido ultrasonica tra il nastro metallico sottile e il substrato. Il rotolamento continuo del sonotrodo sopra la piastra salda l’intero nastro alla piastra. Gli strati successivi vengono saldati insieme per aumentare l’altezza e poi il processo si ripete.

Hybrid Manufacturing Technologies

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I tool AMBIT

La Hybrid Manufacturing Technologies è stata fondata nel 2012 da Jason Jones e Peter Coates come spin-off di un progetto di ricerca e sviluppo collaborativo. L’attenzione al laser su questo segmento di produzione, che la aggiunge alla nostra lista delle migliori aziende di produzione ibride, spicca nella serie di strumenti additivi AMBIT.

Il nuovo sistema multi-task AMBIT Series 7 per la produzione ibrida consente il passaggio automatico dall’aggiunta del metallo al taglio e all’ispezione, rendendo così possibile la libertà dell’additivo unitamente alla precisione e all’accuratezza del machining. Il sistema Series 7 offre una perfetta integrazione di sette tecnologie di produzione in un’unica soluzione. La sinergia nella combinazione di questi processi apre nuove opportunità per la produzione di parti metalliche e prevale su quelle che in precedenza risultavano impossibili e poco pratiche. Dotato delle più recenti testine di deposizione di energia diretta basate su laser AMBIT, può depositare metallo in cordoni di saldatura di ampiezza che va da 0,5 a oltre 3 mm, con una maggiore capacità laser in kilowatt (kW) e una riduzione del 30% in termini di lunghezza e massa della testina.

La spina dorsale del nuovo sistema Serie 7 è la docking station universale completa di monitoraggio e controllo del processo termico e ottico integrati per garantire la qualità durante la deposizione. Per la prima volta, la qualità post-deposizione può essere verificata in situ utilizzando la testina di ispezione AMBIT ™, ottimizzata per rilevare incrinature superficiali e sottosuperficiali e vuoti a diversi strati di profondità grazie a una serie di sonde che utilizzano frequenze fino a 5 MHz. Con l’uscita del sistema multi-task AMBIT ™ Series 7, Hybrid Manufacturing Technologies ha fatto un ulteriore passo avanti nell’integrazione dell’additive alle tecnologie di produzione tradizionali.

Optomec

Essendo uno dei primissimi produttori di sistemi DED additivi, che utilizza la propria tecnologia brevettata LENS, Optomec ha ora aperto nuovi orizzonti iniziando recentemente a offrire una serie di sistemi ibridi ad un prezzo inferiore ai $250.000. Optomec si inserisce nella top ten delle aziende di manifattura ibrida grazie al nuovo sistema LENS 860 Hybrid CA.

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La lavorazione LENS vista da vicino.

Questa stampante 3D a metallo ibrida basata su LENS ha una capacità operativa di 860x600x610 mm. È dotata di una camera di costruzione  sigillata ermeticamente per la lavorazione di metalli reattivi, come il titanio. Il sistema può essere configurato con controlli a circuito chiuso e un laser a fibra 3kW ad alta potenza, che lo rende ideale per la costruzione, la riparazione o il rivestimento di parti di dimensioni medio-grandi con qualità del metallo superiore. Oltre al modello LENS 860 Hybrid CA, sono disponibili anche altre tre configurazioni. Uno dei principali vantaggi della configurazione LENS Hybrid è la possibilità di utilizzare la capacità di fresatura per eseguire la finitura della lavorazione su una parte stampata senza dover ritoccare o allineare il componente su una seconda macchina

Sodick

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Vassoio del letto di polvere della serie OPM Sodick.

Sebbene la tedesca Sodick sia entrata nel mercato solo di recente, dal 2017 la sua offerta è senza dubbio una delle più impressionanti sull’attuale mercato della produzione ibrida, entrando così di diritto nella nostra top 10 delle principali compagnie che si occupano di  manifattura ibrida. Sodick offre la prima alternativa al processo ibrido-SLM di Matsuura, concentrandosi sulla capacità di produrre stampi avanzati per lo stampaggio a iniezione con canali di raffreddamento integrati. Le sue stampanti 3D a metallo con azionamento a motore lineare OPM250L e OPM 350L sono macchine di precisione in grado di produrre stampi metallici monopezzo, cambiando radicalmente il modo in cui questi vengono creati  per prodotti in plastica. Eseguendo la fusione laser selettiva e la fresatura ad alta velocità all’interno della stessa macchina, i prodotti della serie OPM consentono la lavorazione di stampi complessi con un grado di libertà e una finitura di alta precisione, impossibile da raggiungere con i tool di taglio convenzionali. La maggiore produttività, i tempi di consegna ridotti e la sostanziale riduzione dei costi, fanno sì che il sistema raggiunga livelli di prestazioni impossibili su linee di produzione tradizionali.

La serie OPM esegue la lavorazione laser continua e la fresatura ad alta velocità in una singola macchina: uno strato uniforme di polvere metallica viene fuso e solidificato mediante sinterizzazione/fusione laser diretta del metallo. Questo viene quindi lavorato con precisione mediante fresatura ad alta velocità per creare una forma di alta qualità non ottenibile attraverso la sola manifattura additiva. Sodick realizza la stampa 3D in metallo attraverso l’uso di un laser a fibra da 500W per la fusione e la solidificazione delle polveri di metallo. La serie OPM è dotata di un mandrino da 45000 giri al minuto che consente di eseguire lavorazioni ad alta velocità e ad alta precisione con i motori lineari rigidi senza contatto Sodick. Inoltre, sono presenti un dispositivo di cambio utensile automatico (ATC) e un dispositivo di misurazione automatica della lunghezza dell’utensile per consentire un funzionamento automatizzato continuo per lunghi periodi di tempo.

Autore 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. Inoltre sono Senior Analyst di SmarTech Analysis, una delle più importanti realtà al mondo attive nella rilevazione di dati e previsioni di mercato relative ai vari segmenti verticali dell'industria della manifattura additiva.

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