In che modo la produzione digitale desktop influisce sul taglio a getto d'acqua abrasivo

FIGURA 1. Il panorama della produzione digitale desktop comprende quattro tecnologie principali: lavorazione CNC, stampa 3D, taglio laser e taglio a getto d’acqua.

I produttori di lamiere personalizzate di oggi hanno fin troppo familiarità con il "pezzo unico". Un cliente potrebbe desiderare uno o una manciata di pezzi per un ordine di volume molto basso, o forse solo la quantità di uno. Tale ordine potrebbe riguardare un prototipo e, quando si tratta di prototipazione, il tempo è essenziale.

La prototipazione richiede una rapida iterazione. I progettisti dedicano un tempo sempre limitato al cruciale processo di risoluzione dei problemi consistente nel provare, fallire e migliorare. In passato, ciò significava avvalersi di un team dedicato di modellatori e macchinisti professionisti interni con un complemento corrispondentemente ampio e specializzato di attrezzature complesse che richiedevano operatori esperti che generalmente erano estranei all'effettivo obiettivo di ingegneria e progettazione. In un negozio di fab personalizzato, questi operatori probabilmente lavoravano in un'area di prototipazione separata.

In alternativa, un produttore potrebbe inviare un ordine urgente di prototipi al reparto di produzione. Le macchine per la lavorazione della lamiera sono più flessibili di quanto lo fossero in passato. Anche così, inserire un prototipo o un ordine di piccole quantità interrompe comunque il flusso di produzione.

Alcune operazioni stanno ora esplorando una terza opzione. Stanno introducendo le macchine utensili nello stesso dipartimento di ingegneria. Alcuni hanno sperimentato stampanti 3D, sia in plastica che in metallo, che impediscono agli ingegneri addetti alla prototipazione di utilizzare l’officina meccanica. Altri stanno utilizzando una tecnologia emergente di taglio dei profili che consente agli ingegneri di tagliare da soli un profilo, senza bisogno di inoltrare la richiesta all'officina di prototipazione o al reparto di produzione.

Il taglio a getto d'acqua abrasivo desktop è uno dei processi tra un numero crescente di tecnologie in quella che è diventata nota come produzione digitale desktop. Il concetto ha creato nuove possibilità per i progettisti di prodotti. Il tempo impiegato per passare dall'idea progettuale iniziale al prodotto finale non è più l'ostacolo di una volta. Questo è il risultato diretto della democratizzazione del settore manifatturiero. Oggi, la fabbricazione può avvenire in produzione, in una cella di prototipazione o in un'area dell'officina a pochi passi dalla postazione di lavoro dell'ingegnere.

La pratica della produzione digitale desktop è iniziata più di dieci anni fa con le stampanti 3D desktop. Sono ottimi per creare parti complesse in vari materiali plastici. Poi sono emersi i laser cutter desktop, che possono creare parti 2D precise in materiali morbidi e sottili come legno e plastica, imprese che le stampanti 3D non potevano ottenere. Sono diventate popolari anche le frese CNC a prezzi accessibili, che offrono la possibilità di creare parti 3D complesse in metallo.

Queste tecnologie hanno dato agli ingegneri la flessibilità di prototipare le parti internamente. Tuttavia, un processo di fabbricazione rimaneva sfuggente: gli strumenti digitali in grado di realizzare parti precise in lastre o fogli duri non erano ancora disponibili per la maggior parte degli ingegneri. Tuttavia, recentemente sono entrate sul mercato le macchine da taglio a getto d’acqua di piccolo formato, che consentono agli ingegneri di produrre parti di precisione in lamiera, fibra di carbonio, vetro e gomma.

I getti d'acqua tagliano una serie di materiali concentrando l'acqua ad altissima pressione e le particelle abrasive in un ugello, facendo esplodere il liquame sul pezzo in lavorazione. Poiché tutti i materiali si erodono e poiché si tratta di un processo di taglio a freddo, i getti d'acqua possono produrre prototipi precisi con un'ottima finitura superficiale in molti materiali che le stampanti 3D, i laser a bassa potenza o le macchine CNC non sono in grado di gestire (vedere Figura 1) .

Ad esempio, il progetto di una nuova attrezzatura industriale richiedeva un grande motore elettrico con trasmissione a cinghia e puleggia. In questa applicazione, il rapporto di trasmissione tra le pulegge era una variabile di progettazione critica che influiva sulle prestazioni del dispositivo. Per contrastare questo problema, il team di progettazione ha riconosciuto il problema e ha ideato una soluzione semplice per testare e misurare i miglioramenti volti ad aumentare l'efficienza del progetto.

Innanzitutto, gli ingegneri hanno creato disegni CAD per una serie di pulegge motrici di dimensioni alternative, alcune con più denti e altre con meno, in modo da poter testare i diversi rapporti di trasmissione per determinare quello con la maggiore efficienza. Invece di inviare le varie pulegge a un’officina meccanica e aggiungere i ritardi di tempo e i costi di produzione associati, gli ingegneri del progetto hanno tagliato internamente i pezzi per le pulegge di prova sulla loro piccola taglierina a getto d’acqua (vedere Figura 2).