Automotive

PIX utilizza WAAM per semplificare la produzione di automobili

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Nel 2019, PIX si è rivolta a WAAM (wire arc additive manufacturing), quindi una tecnologia AM emergente che utilizzava una combinazione di un arco elettrico come fonte di calore e un filo metallico come materia prima. Il telaio risultante è stato molto più leggero e più facile da produrre, riducendo così i costi per PIX, il cui obiettivo è fornire alle città una mobilità autonoma sostenibile.

La forma più basilare dell’innovazione è l’applicazione della tecnologia di saldatura robotica alla produzione additiva. WAAM supera i sistemi a letto di polvere in termini di costi di produzione e dimensioni delle parti. Una volta effettuato l’investimento iniziale nella configurazione del robot e dell’attrezzatura di saldatura correlata, i costi principali diventano materie prime (fili di saldatura) ed elettricità. I sistemi a letto in polvere, d’altra parte, sono molto più costosi con alcune polveri metalliche che costano tanto quanto l’oro a parità di peso.

Se la dimensione delle parti realizzate con sistemi a letto di polvere è limitata dalla dimensione del letto, per WAAM, la dimensione è limitata dalla portata di un braccio robotico. I più grandi sistemi CNC e robot industriali sono più grandi dei più grandi sistemi a letto di polvere. Quindi, se si desidera stampare parti davvero grandi e di bassa complessità, WAAM può farlo in modo più rapido e molte volte più economico rispetto ai sistemi a letto di polvere.

Uno degli obiettivi di PIX è realizzare strutture di progettazione generativa utilizzando la produzione additiva, principalmente per applicazioni automobilistiche. PIX mira a sviluppare un telaio per auto attraverso la progettazione generativa e la produzione tramite WAAM. La sfida principale sta nell’incorporare i vincoli WAAM nella progettazione generativa.

Durante la progettazione del telaio, sono stati implementati diversi metodi per affrontare questa sfida. Ciò includeva l’ottimizzazione strutturale con strumenti come Autodesk Generative Design, PTC Frustum e Altair Inspire. Questo software ha eseguito l’ottimizzazione strutturale considerando i vincoli di produzione per fresatura, colata, AM basato su letto di polvere, ecc.

Anche con l’aiuto di questo software, gli algoritmi di modellazione hanno limitato l’applicazione del design generativo a WAAM. PIX ha creato due soluzioni algoritmiche a questo problema. Per prima cosa ha sviluppato il proprio algoritmo di progettazione generativa, che è stato ispirato dall’organismo della muffa melmosa. Ha quindi modificato manualmente il progetto generativo risultante per garantirne l’idoneità per WAAM.

L’algoritmo di PIX viene creato emulando un organismo unicellulare. Man mano che l’organismo cresce, inizia a ramificarsi, creando così una fitta rete di connessioni. L’organismo ottimizza la sua rete mantenendo solo quei rami che si collegano in modo più efficiente alle fonti di cibo.

Questo approccio è simile alla pianificazione del percorso. I ricercatori hanno dimostrato che la muffa melmosa può risolvere complessi problemi. Quando l’organismo viene messo in un labirinto, la rete cambia forma per collegare due uscite tramite il percorso più breve. L’esempio più famoso è il progetto ferroviario di Tokyo. Gli ingegneri hanno impiegato più di 100 anni per ottimizzare il sistema ferroviario, ma l’organismo melmoso ha impiegato solo 26 ore per raggiungere la stessa conclusione.

L’algoritmo di PIX replica questo processo durante la pianificazione di un modello digitale. Calcola i percorsi più fruttuosi e scarta quelli che non ottimizzano i parametri. L’algoritmo cerca di ridurre al minimo la massa e la massima deformazione della struttura. Poiché questi due obiettivi (massa e deformazione) competono tra loro, spetta al progettista decidere quale obiettivo è più importante.

Una volta ottenuto un modello base dall’algoritmo, i progettisti umani iniziano a lavorare ottimizzando il risultato per WAAM. Questo processo di progettazione raddoppiato garantisce che il prodotto finito sia il più vicino possibile al risultato desiderato prima della prototipazione e del test.

L’esperienza di progettazione ottenuta da PIX durante questo processo viene ora applicata su scala più ampia per far avanzare la missione di guida autonoma di PIX. Le lezioni apprese durante il processo aiutano PIX a costruire una nuova generazione di strutture automobilistiche che avranno molte meno parti, peseranno meno e avranno la possibilità di essere realizzate attraverso tecnologie di stampa 3D metalliche economiche e veloci, come WAAM. Queste innovazioni sono necessarie per rivoluzionare la produzione automobilistica, che non ha visto molti cambiamenti da quando Ford ha introdotto per la prima volta la catena di montaggio circa cento anni fa.

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Research 2021
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Andrea Gambini

Mi piace leggere e scrivere da sempre. Ho iniziato a lavorare in redazione come giornalista sportivo nel 2008, poi la passione per il giornalismo e per il mondo della comunicazione in generale, mi ha permesso di ampliare notevolmente i miei interessi, arrivando negli anni a collaborare con le più svariate testate giornalistiche online. Mi sono poi avvicinato alla stampa 3D, colpito dalle grandissime potenzialità di questa nuova tecnologia, che giorno dopo giorno mi hanno spinto a informarmi sempre più su quella che considero una vera rivoluzione che si farà presto sentire in tantissimi campi della nostra vita quotidiana.

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