"C'è ancora di più?"

Stampa 3D nella produzione di ascensori

Il tuo autore, Undine Stricker-Berghoff (USB), ha recentemente parlato con Oliver Simmonds (OS), ingegnere laureato (University of Applied Science) in ingegneria meccanica e ingegnere principale presso Schindler a Ebikon, Svizzera. Nell'intervista, l'argomento principale era la stampa 3D come potenziale tecnologia di produzione futura nella produzione di ascensori. Avrai una panoramica delle prime applicazioni di Schindler, tra cui la loro auto stampata in 3D, test, risultati e una prognosi approssimativa per l'uso futuro di questa tecnologia.

USB: Sig. Simmonds, potrebbe parlarci del suo background personale e professionale?

OS: Sono un ingegnere meccanico, ho studiato alla Scuola universitaria professionale della Svizzera nordoccidentale. Ho iniziato la mia carriera come disegnatore di macchinari. Questa è la terza volta che lavoro con Schindler, in totale più di 15 anni. Subito dopo la laurea ho lavorato qui allo sviluppo di paracadute per ascensori ad alta velocità. Successivamente, ho lavorato all'esterno in start-up sulla mobilità elettrica e sull'architettura degli yacht. Ho lavorato in modo indipendente una volta per far progredire la tecnologia dell'elettromobilità; a quel tempo avevo anche ordini da Schindler.

Ora, al mio terzo tentativo nel campo dello sviluppo, mi dedico maggiormente alla ricerca di nuove tecnologie. Seguo le nuove tecnologie e le analizzo attentamente, valutando come integrarle in nuovi prodotti. Naturalmente, seguo le tendenze, ma approfondisco soprattutto la tecnologia in sé. Mi confronto con i produttori sullo stato dell'arte per arrivare al nocciolo della questione.

USB: Il nostro argomento generale oggi è la stampa 3D nella produzione di ascensori, scale mobili e loro componenti. Qual è il tuo effettivo coinvolgimento personale in questo argomento tecnico?

OSNutro da tempo un forte interesse personale per la stampa 3D, che fortunatamente sono riuscito a trasferire nel mio ambiente professionale. Ho promosso l'argomento in Schindler e poi ho approfondito la domanda: "Cosa potrebbe nascere da tutto ciò?". In questo modo, ho puntato gli occhi su componenti più complessi che potessero essere prodotti in piccolissime quantità a un prezzo accessibile.

USBPotresti spiegarmi cosa significa il termine "stampa 3D" come forma di produzione additiva?

OSLa tecnologia è notevolmente migliorata, tanto da poter essere utilizzata per campioni e piccole produzioni. Esistono diverse varietà di plastiche e metalli, come acciaio, rame e alluminio, che è necessario conoscere. La varietà di materiali e i conseguenti processi differenti non si traducono in un'unica tecnica di stampa 3D. Tuttavia, il fattore comune è sempre la stratificazione del materiale. Tecnicamente, questi processi sono definiti "produzione additiva". Tuttavia, il termine "stampa 3D" si è ormai affermato nel linguaggio comune.

Negli anni '1990 la strada è iniziata negli Stati Uniti con la lavorazione della polvere su un tipo di stampante a getto d'inchiostro. La resina è stata applicata su una superficie per legare la polvere all'area selezionata. Da qui deriva il termine stampa 3D.

Oggi utilizziamo principalmente il processo Fused Deposition Modeling (FDM), chiamato anche Fused Filament Fabrication (FFM). In questo processo, la plastica viene riscaldata e pressata attraverso un ugello. Il metodo è poco costoso, ampiamente disponibile e porta a buoni risultati. Esiste anche il cosiddetto processo a letto di polvere, che funziona sia con il metallo che con la plastica.

Nel nostro progetto, l'auto è stata realizzata utilizzando il processo di produzione additiva ad arco di filo (WAAM). Un robot di saldatura si muove seguendo il "disegno" di progetto e applica il materiale strato dopo strato.

USB: Dietro questi vari metodi di calcolo per l'ottimizzazione, adombravo una storia più lunga.

OSAbbiamo sviluppato tutto questo nel corso degli anni, soprattutto lo strumento di progettazione, seguendo sempre l'evoluzione della digitalizzazione. Un tempo disegnavamo a inchiostro. L'enorme cambiamento ha portato a un ufficio quasi completamente senza carta. L'intero processo lavorativo è stato digitalizzato, il che significa che non realizziamo più disegni a mano nemmeno per le stampe 3D.

USB: Nella tua azienda, inizi con le stampe 3D molto presto nella carriera del tuo personale. Già per gli apprendisti offrite stampanti 3D in metallo e plastica come strumenti. Cosa ci fa la prossima generazione con queste stampanti?

OSCrediamo che sia giunto il momento di integrare questo processo nella vita di tutti i giorni. La tecnologia di stampa 3D è a disposizione di tutti nel reparto Ricerca e Sviluppo dell'azienda da diverso tempo; piccoli dispositivi sono presenti in quasi tutti gli uffici. Anche gli apprendisti devono conoscerla. Per questo motivo utilizziamo già il processo FDM nel nostro laboratorio di apprendistato. Puoi dare un'occhiata alle stampanti e ai processi su Sito web di Schindler.

USB: Perché coinvolgi la prossima generazione in questa tecnologia?

OS: I giovani possono già integrare il 3D nel loro lavoro quotidiano. Lo trovano più facile di alcune persone anziane. Se il 3D fa già parte della vita quotidiana in R&S oggi, accompagnerà la prossima generazione nella produzione per tutta la vita. È importante prepararli per questo.

USB: Torniamo a R&S. In quale fase della produzione o per quali prodotti vedi opportunità per la stampa 3D e perché?

OS: Lavoriamo convenzionalmente nella produzione di componenti per ascensori mediante fresatura e tornitura, anche in plastica. Per il nostro robot di installazione Schindler RISE, ad esempio, verrebbero prese in considerazione parti di copertura in plastica. Questi soddisferebbero esattamente la nicchia mirata: parti personalizzate in piccole serie. In grandi quantità, la stampa 3D è ancora troppo costosa e troppo lenta.

USB: E i pezzi di ricambio?

OS: Generalmente sì, ma se i piani sono ancora disponibili, possono anche essere prodotti in modo rapido ed economico, con l'aiuto del computer con mezzi convenzionali. Precedentemente è stato fresato secondo i disegni, ecc. Perché dovrei cambiare il processo? La situazione è diversa per le vecchie fusioni, ad esempio, dove gli stampi non sono più disponibili. Questi hanno solitamente forme più complesse che sono difficili da produrre con mezzi convenzionali.

USB: E allora perché la stampa 3D non viene già utilizzata molto più spesso?

OS: La principale difficoltà nelle applicazioni in metallo è la disponibilità di specifiche dei materiali affidabili e riproducibili. Molti fattori durante il processo di stampa devono essere controllati entro limiti ristretti per ottenere la qualità desiderata. Spesso solo aziende molto specializzate hanno sotto controllo questi processi. Pertanto, l'ostacolo a un'applicazione più ampia è la mancanza di garanzie e misure di assicurazione della qualità. Ci sono molti approcci anche in questo settore. I primi produttori di sistemi di stampa stanno già rilasciando garanzie. Questi materiali sono già utilizzati negli aerei e nei motori a reazione, ad esempio, ma richiedono ancora maggiori investimenti.

USB: Per quanto ne so, hai già testato la stampa di cabine per ascensori. Ci sono altri oggetti su cui hai già lavorato all'interno di Schindler?

OS: Prima di creare l'auto, avevamo realizzato stampi di fusione stampati in 3D per un alloggiamento del motore. Stavamo cercando una parte con una topologia che potesse essere ottimizzata utilizzando metodi matematici. Questo vale per l'auto; il suo design ha le forze nel telaio come condizione al contorno determinante. Con l'aiuto del software, la struttura dell'auto può essere ottimizzata.

Tutto è iniziato con uno studio sulle possibilità di ottimizzazione offerte dalla stampa 3D. È come un albero: dove non c'è bisogno di rinforzarlo, non c'è nulla – i rami sono più sottili del tronco. Non abbiamo disegnato il progetto, ma lo abbiamo calcolato. Il risultato è stato ottimale nelle prime fasi, ad esempio, in termini di utilizzo dei materiali, che risultano molto più leggeri, ma non era più possibile produrlo con i metodi tradizionali.

Il tutto è diventato fattibile solo con la stampa 3D. Quindi, la nostra principale preoccupazione con l'auto era dimostrare che fosse fattibile. La stampa 3D può raggiungere la riduzione del materiale calcolata? Sì, la stampa 3D può! Considera questa macchina come una concept car nell'industria automobilistica.

USB: Entriamo quindi in questo specifico progetto automobilistico. Quando stampi i vagoni degli ascensori, la chiami arte. Potresti per favore dire ai nostri lettori cosa c'è dietro questa etichetta inaspettata?

OSIn questo riconosco chiaramente "l'arte dell'ingegneria", proprio come essa conferiva un aspetto estetico alla tecnologia agli albori. A ben pensarci, anche gli architetti un tempo erano artisti. Le macchine a vapore venivano decorate e dipinte. Questo aspetto si è perso nell'industria. Tutto è diventato lineare. L'estetica ha un costo, e nessuno vuole pagarlo.

La stampa 3D unisce questi due mondi. Permette di "snellire" e ottimizzare, mantenendo alti i profitti del settore, e il risultato è anche esteticamente gradevole. Un tempo esistevano splendidi pavimenti a mosaico. Oggi, grazie alla stampa 3D, sono di nuovo possibili. Vedremo molte cose tornare a essere realtà.

Anche ciò che sviluppi come ingegnere deve avere un bell'aspetto. Ciò aumenta in egual misura l'accettazione e le cifre di vendita. Per ulteriori informazioni, dai un'occhiata a Quando l'ingegneria incontra l'arte.

USB: Chi era incaricato dell'effettiva esecuzione della stampa stessa?

OS: La vettura è profonda circa 2.1 m X circa 1.2 m di larghezza X circa 2.2 m di altezza all'interno, con sovrastruttura alta anche 3 m complessivi. Le parti stampate sono state prodotte presso MX3D nei Paesi Bassi. Lì vengono sviluppati e testati processi di produzione innovativi basati su robot industriali e processi di saldatura a filo. L'azienda aveva anche stampato un ponte in acciaio su un canale ad Amsterdam prima di costruire la nostra auto. L'acciaio era più facile da lavorare rispetto all'alluminio della nostra auto. La stampa di grandi strutture in alluminio era un territorio nuovo per tutti i soggetti coinvolti, il che richiedeva un grande contributo da parte di tutti. Molti test sono stati necessari in anticipo per ottenere un risultato accettabile.

USB: Quale metallo hai usato in questo processo?

OS: Come accennato in precedenza, abbiamo utilizzato l'alluminio per realizzare una costruzione leggera. La saldatura dell'alluminio richiede molto know-how. La plastica è molto più voluminosa per ottenere una resistenza comparabile. L'acciaio ha anche uno spessore minimo delle pareti, il che lo rende molto più pesante. Tuttavia, non volevamo aggiungere massa non necessaria al sistema di ascensori. Il nostro obiettivo esatto era costruire la luce della struttura ottimizzata. Questo non sarebbe stato ragionevolmente fattibile in plastica o acciaio. Utilizzando l'alluminio, volevamo anche ispirare gli altri.

USB: Quali parti dell'auto sono state stampate?

OS: Abbiamo stampato gli elementi strutturali dell'auto, ovvero il pavimento e le fiancate. Quindi, in totale, sono state prodotte tre parti: il pavimento, il lato sinistro e il lato destro. Il pavimento, a sua volta, è costituito da quattro parti specchiate che sono state successivamente saldate insieme. Le due parti laterali sono state divise orizzontalmente e poi saldate insieme. Sarebbe stato anche possibile realizzare una parte grande ciascuno, ma l'assemblaggio è stato più semplice che lasciare che un braccio robotico di 2 m gestisse la stampa. Ma abbiamo avuto un po' di rispetto per l'assemblea. Ad esempio, lo spazio di installazione per la struttura del pavimento era troppo piccolo. Il resto è stato montato dopo, convenzionalmente prefabbricato. Consisteva in una struttura standard del tetto, pareti e pavimento in vetro, oltre alla porta e alla sua sospensione.

Quest'auto "stampata" non ha funzionato perché le incertezze sono troppo elevate. Nello specifico, per quanto riguarda la sicurezza dei materiali, non è possibile alcuna verifica. È possibile camminarci sopra, ma non guidarla.

USB: Qual è stata la motivazione alla base di questo progetto?

OS: Abbiamo mirato ad apprendere i processi e lo stato dell'arte. Nell'arco di un anno abbiamo completato i calcoli e la produzione. Una persona e mezza nella nostra casa è stata attivamente coinvolta nel progetto in questo periodo, oltre ai colleghi dei Paesi Bassi.

USB: Qual è stato il risultato del progetto?

OSAbbiamo dimostrato: "Si può fare!". Abbiamo imparato molto, anche sui limiti e sui punti deboli. E, naturalmente, ora ci chiediamo: "C'è ancora di più?".

USB: Quali sono i tuoi piani futuri per quanto riguarda la stampa 3D in Schindler?

OS: Al momento, non abbiamo ancora avviato un progetto di follow-up a causa della mancanza di garanzia di qualità per il materiale. C'è molto interesse nel gruppo nell'usare la stampa 3D e nell'eseguire i risultati in luoghi altamente visibili. Ma è nella natura del nostro lavoro nel Dipartimento Nuove Tecnologie che a volte il tempo non è ancora pronto. Continueremo a monitorare la tecnologia e, forse, tra qualche anno, andremo avanti con essa in termini concreti.

USB: C'è ancora più potenziale per la stampa 3D?

OS: Probabilmente. Nella nostra rivista Schindler, abbiamo fornito alcune informazioni su un intero edificio che era già stato stampato in cemento. Potete trovare l'articolo con maggiori dettagli Rivista Schindler.

USB: Vuoi concludere la nostra sessione di domande e risposte con una dichiarazione personale?

OSAdoro il mio lavoro alla Schindler nel settore della ricerca. È stimolante osservare i nuovi processi produttivi, pensare a cosa possiamo farne, metterli in pratica e, magari, cambiare sostanzialmente il futuro del settore.

Specifiche tecniche dell'auto "stampata"

Larghezza: 1,200 mm
Profondità: 2,100 millimetri
Altezza: 2,140 millimetri
Caricare: 1125 kg
Peso dell'auto vuota: 850 kg