Potenziare la stampa 3D per la produzione in serie
Siemens Energy è stata scorporata per essere un leader nell'intera catena di generazione di energia. AM giocherà un ruolo importante.
Circa un anno fa, Siemens ha compiuto il passo successivo nel suo riallineamento strutturale e Siemens Energy è stata quotata alla Borsa di Francoforte come leader nella trasmissione e generazione di energia elettrica. In quanto tale, Siemens Energy è ora uno dei maggiori utilizzatori e, tramite le sue Materials Solutions di proprietà, un fornitore leader di servizi avanzati di produzione di massa additiva digitale in metallo. Insieme, Siemens Energy gestisce ora fino a 90 stampanti 3D industriali in metallo in vari siti: la maggior parte di esse viene utilizzata per produrre in serie parti di turbine a gas. In qualità di Vice President Additive Manufacturing presso Siemens Energy and Materials Solutions, Markus Seibold supervisiona i programmi di produzione additiva della nuova azienda. Abbiamo incontrato il signor Seibold prima dell’AMTC, sulla “Roadmap to Implement AM Successfully”, dove ha presentato gli ultimi casi di studio di Siemens Energy, per saperne di più sul nuovo asset e sulla strategia dell’azienda.
“Da un lato abbiamo Siemens AG, che è la parte dell’azienda che sta costruendo il software additivo che utilizziamo in Siemens Energy per l’automazione delle macchine. Dall’altro ora abbiamo l’attività di produzione di componenti, che include Materials Solutions”, ha spiegato. “Quasi tutte le stampanti utilizzate in Siemens Energy, sia quelle utilizzate per la produzione interna che quelle utilizzate per fornire servizi a Materials Solutions, sono state utilizzate per sviluppare tecnologia e produrre componenti per applicazioni di turbine a gas”.
Siemens Energy è oggi forse il più grande utilizzatore di AM nel segmento dell’energia e l’azienda sta contribuendo a rendere il segmento dell’energia uno dei più grandi verticali di tutta l’AM. “Se si contano tutte le tecnologie additive, inclusa LMD, ora abbiamo oltre 400 maestri dei materiali qualificati per la produzione in serie. E per PBF, che è la tecnologia a più alta crescita nell’additivo, abbiamo oltre 100 applicazioni qualificate per il settore energetico.
Questi sono numeri che potrebbero mettere in discussione il ruolo di primo piano dell’aerospaziale come verticale AM. In termini di applicazioni di produzione in serie, solo GE ha finora sviluppato massicce applicazioni di parti finali seriali per i suoi motori GE9X e LEAP: queste sono principalmente focalizzate sugli ugelli e sulla lama di allumina di titanio e altre parti sviluppate da Avio Aero e nessun programma di additivi di dimensioni comparabili sono emerse di recente nel settore aerospaziale.
Imparare a DfAM
“Ora abbiamo letteralmente centinaia di parti AM integrate nel nostro sistema SAP”, conferma Seibold, chiarendo che “quando vengono ordinate vanno direttamente a una stampante 3D. Lo facciamo da più di un decennio e, anche se si usa chiamarlo rivestimento, si tratta di parti prodotte in serie in modo additivo”.
Siemens Energy sta emergendo come un importante utente AM che vuole guidare l’adozione dell’additivo. Seibold ha implementato tre direzioni strategiche per raggiungere questo obiettivo. Il primo è continuare a investire nella comprensione delle potenzialità della tecnologia. Ciò significa sviluppare la tecnologia e imparare a progettare per il processo AM. Sotto la direzione di Seibold, l’azienda ha creato un team di oltre 30 ingegneri, dislocati in varie sedi, dedicati al 100% all’implementazione di DfAM. “Questo è piuttosto unico”, dice. “Abbiamo deciso tre anni fa che l’unico modo per ottenere componenti per AM era avere persone che progettassero appositamente per loro. Molte aziende parlano dell’istruzione e degli strumenti necessari per passare all’AM, ma spesso non comprendono appieno cosa serve per implementarlo”. Siemens Energy ha creato queste 30 nuove posizioni in DfAM per ingegneri del trasferimento di calore e ingegneri meccanici hanno spostato 30 persone internamente dai loro lavori attuali alla progettazione per AM. “Quello che non abbiamo fatto”, dice Seibold, “è sostituire quelle 30 persone nelle loro posizioni precedenti. Quindi abbiamo creato una sorta di vuoto che doveva essere riempito usando AM”.
Il secondo elemento nella strategia AM di Siemens Energy è quello di ottenere sempre più componenti DfAM pronti per essere prodotti tramite AM. Oggi l‘azienda dispone di 100 parti prodotte tramite PBF e un totale di 400 parti qualificate da produrre in modo additivo per la produzione in serie. “Anche le parti PBF sono tutte parti di serie”, conferma Seibold. “Alcuni sono prodotti in quantità inferiori, ma alcuni sono già nell’ordine di diverse migliaia di unità all’anno. Ora l’obiettivo è arrivare a oltre 1000 candidature qualificate”.
Questa parte della strategia di Siemens Energy è focalizzata su Materials Solutions che opera come fornitore autonomo di servizi AM. In quanto tale, è un concorrente di altri fornitori di servizi come Oerlikon, Morf3D, Sintavia o BEAMIT. Circa il 50% dei ricavi di Materials Solutions proviene da servizi di produzione in outsourcing, mentre il restante 50% proviene da applicazioni Siemens Energy.
“Crediamo che ci siano così tante sfide che dobbiamo affrontare che dovremmo risolverle insieme ad altri. Attraverso Materials Solutions stiamo imparando come possiamo guidare l’innovazione, mentre sviluppiamo tecnologie e nuovi materiali innovativi”, spiega Seibold. “Possiamo formare partnership tra Siemens Energy e clienti esterni, sfruttando Materials Solutions per guidare lo sviluppo tecnologico. Materials Solutions è un catalizzatore per l’innovazione poiché crediamo che per giocare seriamente nel settore AM sia necessario essere esposti alle esigenze di innovazione e serializzazione di più clienti esterni”.
La strada per 1.000 ricambi AM qualificati
Il terzo elemento, che serve anche all’obiettivo di espandere il numero di applicazioni stampabili in 3D a oltre 1.000, è iniziare a lavorare con una catena di approvvigionamento esterna per essere in grado di far fronte ai volumi. Mentre i primi due step si basano sulle capacità interne, all’interno di quella che Seibold definisce una strategia “Make”, questo terzo aspetto si basa sull’ottimizzazione delle collaborazioni con i fornitori esterni. Ed è qui che questioni come la ripetibilità e la standardizzazione diventano più pressanti.
“Per passare dai 100 master material qualificati a oltre 1.000 avremmo bisogno di altre 100 stampanti e non investiremo noi stessi in altre 100 stampanti, almeno non a breve termine”, afferma. “Continueremo a costruire la nostra impronta per quei componenti in cui crediamo di avere una proposta tecnologica unica. Vorremo anche mantenere interni alcuni IP di produzione. Ma per molti componenti che arriveranno, andremo a un fornitore esterno di produzione additiva”.
Sebbene molte aziende, anche quelle che hanno internalizzato più processi AM, prevedano di implementare soluzioni della catena di approvvigionamento per le loro esigenze AM, farlo additivo presenta molte nuove sfide e molte nuove opportunità. Seibold concorda: “Oggi AM è una tecnologia unica che ti consente di creare geometrie che non potresti realizzare in modo convenzionale. Ma quando avremo successo nel maturarlo, l’AM diventerà solo un altro processo di produzione, dove invece di andare in una fonderia per fondere i pezzi o in una fresatrice per lavorarli a CNC, vai da un fornitore di servizi AM per stamparli. I fornitori di componenti esistenti aggiungeranno sempre più capacità aggiuntive per soddisfare la nuova domanda una volta che le applicazioni saranno disponibili”.
“Quindi questo ci riporta all’approvvigionamento, continua Seibold. Stiamo discutendo se dovremmo procedere in modo tradizionale, dove ci consultiamo con quattro o cinque aziende diverse per ottenere un prezzo e selezionarne una. Ma stiamo anche pensando di farlo in modo più innovativo, implementando un modello di business di piattaforma digitale: un luogo dove vai e aggrega la domanda di parti, per poi inviarla automaticamente a chi ha spazio per produrla”.
Essendo la tecnologia di produzione più digitale, AM è ideale per questo approccio. Le stampanti 3D sono più connesse e sono disponibili più dati sulle parti che mai. Molti fornitori di servizi AM hanno creato reti per combinare le capacità AM in entità internazionali: ora si tratta di collegare diversi fornitori di servizi di produzione di grandi dimensioni con le aziende che necessitano di componenti. Ma può davvero essere implementato per produrre le stesse parti ripetibili tra molti fornitori diversi?
“Oggi AM non è ripetibile, nemmeno nella stessa macchina, per la stessa parte, nello stesso lavoro”, ammette Seibold. “Non abbiamo le applicazioni per guidare la produzione in serie e la tecnologia non la supporta. Ma questo sarà risolto». Allo stesso tempo, sottolinea, l’additivo continuerà a offrire opportunità uniche, come una nuova tecnologia ‘aggiuntiva’, senza eredità consolidata e quindi senza processi di produzione incombenti. La filiera dell’additivo è libera di evolvere nei prossimi tre anni. “Attueremo una nuova visione per il 2025 in poi perché avremo applicazioni, avremo volumi e avremo molte macchine diverse”, conclude Seibold.
Il processo è già in corso. Oggi Siemens Energy è uno dei principali utilizzatori della tecnologia EOS, avendo acquistato una delle prime stampanti EOS nel 2008. Questa tecnologia viene ora ottimizzata per la maggior parte delle esigenze di produzione in serie, mentre vengono introdotte nuove tecnologie per applicazioni specifiche. “Nel tempo sviluppi i tuoi processi e poi il tuo database dei materiali su una certa tecnologia sottostante. Se cambi la tua macchina, cambi il tuo processo di produzione e molto probabilmente dovrai riqualificare alcuni dei tuoi dati sui materiali. Sappiamo come funzionano le macchine EOS. Abbiamo qualificato i nostri processi e materiali sulla base di quel design che comprende. Vogliamo mantenere stabile il processo perché aggiungerebbe un’altra variabile”.
Alcune delle nuove macchine introdotte per applicazioni specifiche includono i sistemi Renishaw e Trumpf. “Quando abbiamo bisogno di nuova tecnologia, che sia per nuovi materiali, per una nuova applicazione o per costruzioni più grandi, guardiamo a ciò che l’industria ha attualmente da offrire e la valutiamo. Se decidiamo che esiste una macchina diversa adatta a una particolare famiglia di parti, iniziamo l’industrializzazione di quella parte su quella piattaforma. In Materials Solutions, abbiamo ora selezionato un sistema Renishaw per l’elevata produttività delle applicazioni con parti più piccole. A Berlino, ora abbiamo un sistema Trumpf 5000 che stiamo testando per l’affidabilità e la capacità industriale. È un processo continuo, a lungo termine”.
