Sostituzione del metallo, maggiore possibilità di riciclo e produzione on-demand - Caso studio Aitiip
Aitiip è un centro di ricerca e sviluppo leader in Spagna, al servizio di aziende dei settori aeronautico, dell’automazione, industriale e del packaging. Il centro è rinomato per la sua costante ricerca di tecnologie innovative.
Nel 2022, con l’obiettivo di esplorare le integrazioni tra produzione additiva e stampaggio a iniezione per rispondere a una sfida del suo cliente Liebherr, Aitiip contatta 3DZ.
L'obiettivo
Sostituite la girante in metallo con una girante in polimero ad alte prestazioni riciclabile al 100%, rivoluzionando il processo di stampaggio a iniezione.
Liebherr, uno dei principali produttori tedeschi di attrezzature industriali, rappresentato dalla sua filiale aerospaziale di Tolosa, ha collaborato con Aitiip per raggiungere un obiettivo: sostituire una girante in metallo con una girante in polimeri ad alte prestazioni riciclabili al 100% e stampati a iniezione.
La vera ambizione: sviluppare una tecnologia che permetta di produrre giranti per sistemi di raffreddamento aeronautici con materiali riciclabili al 100%.
Due gli aspetti chiave della sfida che ha spinto Aitiip a rivolgersi a 3DZ: da un lato, le prestazioni dei polimeri scelti, parte fondamentale della qualità finale, e dall’altro il mantenimento della redditività, in considerazione del fatto che alcune caratteristiche dei pezzi sarebbero state più economiche da produrre con la fabbricazione additiva.
Ottenere performance dal PEEK riciclabile per un pezzo molto complesso
La complessità è un fattore che incide sui costi della maggior parte dei processi produttivi e i produttori hanno puntato sulla stampa 3D per semplificare la produzione di oggetti con geometrie complesse. Nel caso della girante, la complessità della progettazione è stata incrementata dalla volontà di sostituire il metallo con il PEEK rinforzato con carbonio, un materiale termoplastico ad alte prestazioni già molto difficile da prototipare.
La produzione di parti in PEEK non è semplice, poiché i parametri di processo devono essere strettamente controllati per ottenere le prestazioni desiderate. Liebherr ha collaborato con Aitiip, e Aitiip con 3DZ per sviluppare e verificare un processo di produzione che soddisfacesse i seguenti requisiti:
➡ Processo di produzione ad alta velocità per ridurre i costi del 30%.
➡ utilizzo di materiali riciclabili
➡ Riduzione del peso del 40%
➡ Produzione in un’unica soluzione
Integrazione tra la manifattura additive e lo stampaggio a iniezione
Nel 2022, Pablo Murillo, Chief Business Development Officer di AITIIP, sta ristrutturando il centro rinnovando tutti i macchinari 3D e aggiungendo tecnologie trasformative al centro. In questo contesto, Roger Sabaté, Sales Engineer di 3DZ Barcelona, lo ha contattato per offrirgli il nostro aiuto. Il fatto che abbiamo un buon rapporto da anni fa sì che Aitiip ci apra le porte per iniziare a lavorare. L’obiettivo è trovare insieme la soluzione più adatta per Liebherr. Il risultato di questa ricerca: la stampante NXE 400 di Nexa 3D e le resine xMOLD e xPEEK per le attrezzature stampate in 3D.
Vantaggi generali:
- Sostituzione del metallo
- Pezzi di ricambio su richiesta grazie allo stampaggio a iniezione a basso volume
- Non sono necessari investimenti in attrezzature in metallo per la verifica iniziale delle prestazioni
“La qualità, la ripetibilità e la libertà offerte dalle stampanti Nexa3D e dalla resina xMOLD ci hanno permesso di creare e convalidare un paradigma di produzione on-demand completamente nuovo.
”
CONSULENZA 3DZ + TECNOLOGIA E MATERIALI NEXA 3D
Il pezzo da produrre era una girante complessa con un carico impegnativo. Per ottenere il rendimento e la velocità di produzione richiesti, è stato scelto come metodo di produzione lo stampaggio a iniezione. Tuttavia, la complessità della girante sarebbe stata impossibile da realizzare con attrezzature metalliche convenzionali.
Per soddisfare i requisiti di Liebherr, Aitiip ha deciso di sfruttare tutte le capacità del sistema NEXA 3D con un approccio altamente innovativo:
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La geometria interna del corpo della girante è stata realizzata con un singolo inserto solubile per stampaggio a iniezione libera (FIM) stampato in 3D con la resina per stampi Nexa3D xMOLD.
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Una parte molto particolare del pezzo è stata realizzata con un inserto stampato in materiale Nexa3D xPEEK. Questo inserto è preassemblato con l’inserto FIM xMOLD per garantire la piena integrazione nella parte della girante durante il processo di stampaggio a iniezione.
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L’assemblaggio, costituito dall’inserto FIM di xMOLD stampato in 3D e dall’inserto stampato in xPEEK, è stato montato in una cavità dello stampo. Il materiale PEEK rinforzato con carbonio è stato quindi iniettato per riempire la cavità e l’inserto FIM stampato in 3D è stato sciolto per rilasciare la parte finale in PEEK.
“Il lavoro di consulenza è stato fondamentale durante tutto il processo e anche oggi, poiché manteniamo una comunicazione molto fluida e attiva. Il fatto che ci conosciamo da anni ha indubbiamente giocato a nostro favore quando si è trattato di definire le sfide. Da parte loro, erano chiari sul fatto che non volevano modalità di abbonamento e che uno dei punti critici sarebbe stata la scelta dei materiali. La proposta finale è una soluzione integrale chiavi in mano che solo 3DZ è in grado di offrire in Spagna: le stampanti 3D ultraveloci Nexa e le resine per utensili xMOLD / xPEEK.”
Stampaggio ad iniezione on-demand di una girante complessa, abilitata e verificata
Lo stampaggio a iniezione in forma libera (FIM), combinato con inserti in xPEEK, ha permesso ad Aitiip di realizzare un pezzo di ricambio ad alte prestazioni stampato a iniezione in metallo riciclato . Inoltre, Aitiip ha potuto verificare le prestazioni del pezzo prima di dover investire in attrezzature.
Cosa rende NEXA 3D una tecnologia 3D unica nel suo genere
- È una delle stampanti 3D più veloci per la prototipazione, la pre-serie e la creazione di pezzi finali (fino a 6,5 volte più veloce di altre stampanti 3D della stessa categoria).
- Dispone di un’ampia gamma di materiali robusti e ad alte prestazioni; la versione Pro è open source e compatibile con varie resine come xPEEK, xABS e xFLEX.
- Volume di produzione più elevato rispetto alle tecnologie SLA e DLP
- Software e servizio predittivo di nuova generazione
Vantaggi della soluzione
L’uso di utensili in resina xMOLD stampati in 3D ha permesso ad Aitiip di produrre una serie di parti di prova e di utilizzarle per verificare gli aspetti chiave della progettazione e delle prestazioni.
Il FIM ha permesso ad Aitiip di effettuare iterazioni settimanali, riducendo di conseguenza i tempi di progetto e ottenendo risultati migliori e più avanzati rispetto ai processi tradizionali di costruzione degli stampi.
Inoltre, il costo della ricerca è stato drasticamente ridotto, rendendo più efficiente l’uso delle risorse (tempo, costi, materiali e, soprattutto, risorse umane) e aumentando la libertà di progettazione.
Le prime iterazioni durante la fase di studio sono state eseguite su stampi piccoli stampati in 3D per garantire le iterazioni più brevi e il costo più basso possibile. Una volta convalidato il progetto del pezzo e verificate le sue prestazioni, Aitiip ha proceduto all’implementazione di una cavità metallica unica per accogliere eventuali modifiche interne, pur utilizzando un nucleo xMOLD stampato in 3D e un inserto in xPEEK. Lo stampo così ottenuto soddisfa i requisiti del cliente, contenendo i costi di gestione più bassi possibili e lasciando aperta la porta alla personalizzazione.
La capacità di testare in modo rapido ed economico vari modelli di attrezzature è stata un elemento chiave per il successo finale del progetto. Il complesso design del pezzo, unito alla complessa lavorazione del PEEK additivato al carbonio e all’ulteriore sfida di integrare un inserto in xPEEK stampato in 3D in un pezzo stampato a iniezione, avrebbe reso questo progetto molto difficile e costoso da realizzare con attrezzature metalliche convenzionali: ogni iterazione comporta nuovi investimenti e tempi, che a loro volta comportano un ritardo nel completamento del progetto.
Sostituzione del metallo, maggiore riciclabilità
Los fabricantes de piezas aeroespaciales se enfrentan a rigurosos requisitos de calidad de las piezas, y el aligeramiento de peso es siempre un objetivo. Además, los fabricantes buscan formas de aumentar la aplicación de materiales reciclables al final de su vida útil.
Liebherr quería explorar una alternativa más ligera al metal que se utilizaba en la fabricación de un impulsor en polímeros de alto rendimiento, y colaboró con Aitiip para desarrollar y verificar un diseño de pieza y un proceso de fabricación que permitiera a Liebherr migrar del metal al polímero reciclable.
Al completar con éxito este proyecto, Aitiip proporcionó a Liebherr los siguientes resultados clave:
- Un protocolo verificado para la fabricación de una pieza de repuesto específica que permite a Liebherr reducir costes, plazos de entrega y vulnerabilidades en la cadena de suministro.
- Un estudio de referencia que demuestra el rendimiento alcanzable con nuevos conceptos de herramientas de moldeado por inyección impresas en 3D y nuevas resinas para impresoras 3D.
- Un modelo de referencia para el desarrollo de productos de gran variedad y bajo volumen, la ampliación y el servicio posventa basado en una plataforma de fabricación bajo demanda, como alternativa a los paradigmas de la cadena de suministro en stock.
I produttori di componenti aerospaziali devono soddisfare severi requisiti di qualità dei pezzi e la riduzione del peso è sempre un obiettivo. Inoltre, i produttori sono alla ricerca di modi per aumentare l’impiego di materiali riciclabili a fine vita.
Liebherr voleva esplorare un’alternativa più leggera al metallo utilizzato nella produzione di una girante in polimero ad alte prestazioni e ha collaborato con Aitiip per sviluppare e verificare un progetto e un processo di produzione che consentisse a Liebherr di passare dal metallo al polimero riciclabile.
Al termine del progetto, Aitiip ha fornito a Liebherr i seguenti risultati chiave:
- Un protocollo verificato per la produzione di un pezzo di ricambio specifico che consente a Liebherr di ridurre i costi, i tempi di consegna e le vulnerabilità della catena di fornitura.
- Uno studio di benchmark che dimostra le prestazioni ottenibili con nuovi concetti di stampi a iniezione stampati in 3D e nuove resine per stampanti 3D.
- Un modello di riferimento per lo sviluppo di prodotti ad alto e basso volume, per lo scale-up e per il servizio post-vendita, basato su una piattaforma di produzione on-demand, in alternativa ai modelli di supply chain basati sulle scorte.
Il futuro
Parlare del futuro di Aitiip significa parlare di “adesso”, perché nella sua costante ricerca di innovazione e nuove soluzioni tecnologiche, ha acquistato anche la stampante Fuse 1+ 30w Selective Laser Sintering (SLS) di Formlabs.
Con la Fuse 1+ 30W saranno in grado di produrre parti funzionali ad alte prestazioni in poche ore anziché in giorni. Inoltre, la nuova opzione del serbatoio di azoto crea un ambiente di gas inerte durante il processo di stampa e rimuove l’ossigeno indesiderato dall’ambiente di sinterizzazione, rendendo i pezzi meno fragili e più duttili. Ciò si traduce in pezzi migliori per l’uso finale, soprattutto per i settori in cui la robustezza è fondamentale, come quello automobilistico e aerospaziale.
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