Come costruire parti perfette usando utensili e stampi

In che modo è possibile creare parti corrispondenti ai requisiti di produzione?

All’inizio di un processo di fabbricazione, occorre progettare stampi, matrici o maschere in base al modello CAD teorico. L’obiettivo della creazione di queste attrezzature, che vengono realizzate con precisione a partire da un modello nominale, consiste nel produrre parti corrispondenti ai requisiti tecnici.

Spesso emergono differenze tra il modello teorico e la realtà dell’ambiente industriale. Esistono diversi fenomeni in grado di interferire con la creazione delle attrezzature, causando problemi e imperfezioni delle parti.

Occorrono numerosi adeguamenti e iterazioni per realizzare utensili e stampi – anche se corrispondenti in modo preciso ai modelli nominali – in grado di fabbricare parti conformi ai controlli di qualità e ai requisiti dei clienti. È possibile semplificare e velocizzare queste regolazioni e iterazioni grazie alla scansione 3D.

Problemi di controllo qualità: fenomeni imprevedibili

Un ambiente industriale reale è spesso molto lontano dalla teoria dei modelli CAD. Durante il processo di fabbricazione possono verificarsi fenomeni difficili da prevedere: gli arretramenti delle molle durante la stampa di una matrice, il ritiro di uno stampo in composito o le forze termiche che intervengono nella saldatura di due elementi, sono alcuni fenomeni dall’impatto negativo sulla precisione delle attrezzature, e che rendono difficili e costosi gli interventi di correzione.

Inizialmente, l’attrezzatura viene costruita in base a un modello teorico, in modo da fabbricare parti che soddisfino i requisiti di produzione. Nella realtà, diversi fenomeni possono interferire con la realizzazione delle parti stampate. Di conseguenza, le parti potrebbero non soddisfare i requisiti tecnici e, per superare i controlli di qualità, potrebbero richiedere rettifiche, correzioni e alterazioni.

Iniziare il lavoro con i modelli nominali è un processo efficace, ma i produttori devono ottenere non tanto attrezzature perfette, quanto economiche e in grado di soddisfare i requisiti tecnici e le esigenze dei clienti.

La soluzione: processo di ispezione iterativo

Il metodo più utilizzato consiste nell’elaborazione della parte prima della rettifica dell’attrezzatura. In altre parole, la produzione, misura e analisi delle deviazioni di una parte rispetto al modello CAD. Quindi, in presenza di uno scarto di alcuni millimetri in difetto o eccesso, occorre molare la superficie corrispondente sullo stampo, sulla matrice o sulla dima o aggiungere materiale su di essa. In questo modo, verrà eseguita un’iterazione di lavoro sull’attrezzatura dopo la misura della parte fabbricata.

Una volta completata questa operazione, verrà ripetuto il processo di fabbricazione, in modo da realizzare una nuova parte. Quindi, tale elemento verrà misurato per individuare le deviazioni residue. Il processo iterativo continua in modo ciclico fino a ottenere una parte della qualità desiderata, ovvero corrispondente al modello CAD.

Il processo iterativo di controllo qualità richiede uno strumento di misurazione in grado di produrre la parte successiva senza ritardi. Inoltre, occorre usare la tecnologia di misurazione direttamente in officina per misurare tutti i tipi di dimensioni, finiture superficiali e geometrie della parte. Grazie alla velocità, portabilità e versatilità della tecnologia di scansione 3D, i responsabili di produzione possono apportare le correzioni necessarie alle attrezzature in modo rapido ed efficace.

Vantaggi per le aziende manifatturiere: rapporti delle CMM

Gli acquirenti delle parti prodotte potrebbero richiedere ai produttori di attrezzature la fornitura di un rapporto delle CMM. Quindi, la disponibilità di un secondo strumento di misura atto a ridurre il flusso di lavoro della CMM è un importante vantaggio per le aziende manifatturiere. Usando uno scanner 3D portatile è possibile misurare gran parte delle entità richieste e aumentare le ispezioni intermedie, usando la CMM per l’ispezione finale e la creazione del rapporto.

Vantaggio: utilizzo del reverse engineering per la modellazione 3D e l’archiviazione digitale

Una volta finita un’attrezzatura in grado di fabbricare una parte certificata, è possibile eseguire la scansione dello stampo, della matrice e della maschera nell’ambito del processo di reverse engineering, per poi creare un modello 3D. È possibile salvare tutte le iterazioni iniziali per le produzioni future. In altre parole, in caso di usura e necessità di sostituire l’attrezzatura, si potrà eseguire la scansione del lavoro a partire dal modello e costruire parti di alta qualità.

In caso di sostituzione dell’attrezzatura, non occorrerà ricominciare dal nominale per eseguire il successivo processo di fabbricazione, ma si potrà lavorare direttamente dal modello prodotto dalla scansione e fabbricare parti di alta qualità. Nelle produzioni future, sarà possibile risparmiare il tempo impiegato nelle iterazioni iniziali.

Utilizzo della scansione 3D per il reverse engineering di parti certificate

È possibile usare uno scanner 3D per eseguire il reverse engineering di uno stampo, di una matrice o una dima. A seconda dell’applicazione e dell’ambiente di scansione, alcuni tipi di scanner 3D saranno più adatti di altri a un dato progetto. Ad esempio, uno scanner 3D portatile è ideale per acquisire le misure 3D di uno stampo sul luogo di produzione.

Una volta eseguite le misure, occorre condurre un processo di post-trattamento atto a finalizzare e preparare i dati della scansione 3D per l’utilizzo in un software CAD. Il processo di post-trattamento, che comporta la segmentazione, l’allineamento e il posizionamento della parte nello spazio, viene eseguito mediante un software specializzato come VXelements. Ciò produrrà un file STL “pulito”.

Reverse engineering di un modello 3D

Una volta preparato il file STL, è possibile esportarlo in un software CAD, come ad esempio SolidWorks, AutoCAD o Inventor, o in uno di reverse engineering e in seguito in un pacchetto CAD.

Un esperto di reverse engineering (o un designer industriale) potrà rimodellare la parte senza eliminare le eventuali imperfezioni o in base all’intenzione di progettazione originale (reverse engineering parametrico). È possibile anche apportare modifiche al modello 3D a seconda dell’applicazione o necessità.

Reverse engineering e stampa 3D

Una volta creato e ottimizzato il modello 3D, i team di reverse engineering di solito realizzano un prototipo mediante le tecniche di produzione additiva.

Il file CAD a tenuta stagna verrà inviato a una stampante 3D per la realizzazione del prototipo. Quindi, gli esperti potranno valutare la precisione del modello 3D o la necessità di apportare modifiche e realizzare altri prototipi. Una volta approvato il modello 3D, esso verrà adoperato per la produzione degli utensili.

Vantaggio: controllo qualità periodico

Invece di misurare una parte su 50 o 100 usando una CMM, la tecnologia di scansione 3D consente di eseguire controlli di qualità più frequenti. Uno scanner 3D portatile è una soluzione ideale per il settore degli stampi e utensili, poiché consente di aumentare il numero dei campionamenti di ispezione e risparmiare tempo attraverso la misura delle parti sul luogo di produzione senza doverle trasferire nella sala della CMM. I controlli di qualità periodici offrono il massimo controllo della produzione e consentono di consegnare le parti in tempo.

Vantaggio: garanzia di qualità

Se le parti prodotte dovessero improvvisamente non corrispondere più ai requisiti tecnici, il produttore potrebbe dover eseguire un’indagine che causerà l’incertezza e  stress al personale. Usando uno scanner 3D portatile, il controllo qualità potrà individuare rapidamente la causa del problema attraverso l’acquisizione rapida di un elevato volume di dati direttamente in officina.

Conclusione: la scansione 3D consente di ridurre i problemi di controllo qualità

Vari contrattempi – tipici degli ambienti di produzione – possono avvenire con una certa regolarità e causare ritardi. Occorre dunque operare aggiustamenti in corsa per creare utensili corrispondenti ai modelli nominali e in grado di produrre parti in grado di superare i controlli di qualità e soddisfare i clienti. Queste iterazioni vengono agevolate dalla scansione 3D, una tecnologia che offre una notevole velocità, portabilità e versatilità, proponendosi come alternativa efficace alla CMM. In questo modo, sarà possibile usare quest’ultima tecnologia solo per le ispezioni finali. Inoltre, la scansione 3D consente di eseguire il reverse engineering delle attrezzature, in modo da fabbricare parti ottimali, eseguire controlli di qualità periodici e risolvere rapidamente i problemi imprevisti.