Le figure professionali certificate nell’additive manufacturing

Additive

Per muoversi nel migliore dei modi nel mondo additivo e sfruttare a pieno tutte le opportunità offerte è fondamentale avere le giuste conoscenze e competenze. La formazione di figure professionali gioca un ruolo importantissimo e, in particolare, le figure richieste dal mondo manifatturiero sono:

  • process manager
  • application engineer
  • additive manufacturing operator

Vediamole nel dettaglio.

Process manager

Le tecnologie di produzione additiva presenti oggi sul mercato sono moltissime e per comprendere al meglio la numerosità dei processi disponibili è sufficiente dare uno sguardo alla Figura 1 (Schema dei processi additive per metalli). Lo schema riporta i processi in grado di realizzare componenti strato dopo strato attraverso l’utilizzo di materiali metallici.

Per ciascuna tecnologia esiste anche più di un produttore e bisogna considerare che esiste uno schema pressoché uguale per altre tipologie di materiali come, ad esempio, per i materiali plastici compositi o ceramici. Risulta fondamentale avere una visione globale di tutti questi sistemi per comprenderli al meglio e saperli utilizzare nel modo più opportuno a seconda dei casi.

Figura 1

Conoscere i processi e scegliere la tecnologia

Infatti, risulta abbastanza complicato scegliere tra tutte queste tecnologie quella che meglio si adatta alla realizzazione del proprio progetto. Dunque, è necessario conoscere nel dettaglio:

  • principi di funzionamento che consentono a queste tecnologie di realizzare componenti
  • la tipologia di materiale che può esser lavorato
  • i vantaggi offerti
  • le criticità e i costi connessi.

A tal proposito è fondamentale la presenza di figure come il process manager, ossia una figura specializzata che raccoglie, elabora e ottimizza tutte le informazioni necessarie per la realizzazione del prodotto secondo i criteri stabiliti in fase di progettazione. Il process manager ha dunque il compito di individuare la migliore tecnologia disponibile sul mercato in grado di raggiungere gli obiettivi fissati e rispettare i requisiti progettuali.

Quando si ha a che fare con un nuovo progetto e bisogna valutare le tipologie di processi che consentono la sua realizzazione bisogna tenere in considerazione numerosi aspetti. Ad esempio, analizziamo il caso in cui ci fosse l’esigenza di individuare una tecnologia additiva che consenta di realizzare un componente metallico. La strada più facile da percorrere è quella che va alla ricerca di una tecnologia in grado di processare lo stesso materiale metallico solitamente utilizzato.

Questo modo di procedere porterebbe nella maggior parte dei casi a un fallimento dovuto alla mancanza di quel determinato materiale o processo in grado di replicare ciò che veniva fatto in passato. È qui che la figura del process manager assume un ruolo fondamentale: sarà in grado di individuare il processo più idoneo sulla base delle specifiche di funzionamento che dovrà assolvere. La presenza di un figura competente che conosce i processi è dunque fondamentale per scegliere la migliore tecnologia di produzione additiva.

Figura 2

Application engineer

Una volta individuato il processo additive più idoneo è fondamentale preparare i dati e le informazioni necessarie alla macchina di stampa per la costruzione della parte. Come è possibile osservare nello schema riportato in Figura 2, tutto parte dalla fase di progettazione che, se vuole sfruttare tutti i vantaggi offerti dalle tecnologie additive, deve seguire le logiche del Design for additive manufacturing. Nella maggior parte dei casi si ha a che fare con componenti pensati per non essere prodotti tramite stampa 3D e questo fa sì che queste tecnologie non risultino vantaggiose in termini di tempi e costi. A tal proposito è necessario riprogettare le parti e adattarle a questi processi innovativi per ottenere vantaggi non raggiungibili con le tecnologie tradizionali.

Figura 3

È qui che entra in gioco la figura dell’application engineer, in grado di:

  • modificare i progetti secondo queste nuove logiche
  • gestire le variabili di processo
  • ottimizzare la produzione in base alle esigenze del caso.

L’application engineer interviene in fase progettuale per modificare il design degli oggetti che si vogliono realizzare ad esempio attraverso l’ottimizzazione topologica che consente di snellire i componenti rimuovendo il materiale in eccesso non funzionale ai carichi e al lavoro che la parte dovrà sopportare durante il suo esercizio. La presenza di minor materiale farà sì che il componente risulti più leggero e dunque dotato di migliori performance. In Figura 3 si può vedere un componente ottimizzato topologicamente).

La progettazione e la preparazione dei file

Un’altra tecnica che l’application engineer ha a disposizione per raggiungere tale obiettivo è la generazione di strutture lattice all’interno dei componenti da realizzare in additive manufacturing. In questo modo è possibile svuotare i componenti per una certa percentuale pur lasciando al loro interno strutture snelle, robuste e in grado di conferire la giusta rigidezza strutturale necessaria per sopportare i carichi di lavoro. In Figura 4 si possono vedere le strutture lattice applicate a un componente.

Una volta terminata la fase progettuale attraverso l’ottimizzazione della parte che si vuole realizzare è necessario procedere con la fase di Data Preparation con la quale si generano le informazioni utili alla macchina per la produzione. Questa fase risulta fondamentale per la corretta realizzazione degli oggetti desiderati che devono essere:

  • convertiti in formati specifici (.stl)
  • orientati in maniera opportuna
  • dotati di supporti.

Queste operazioni possono portare a errori e, di conseguenza, compromettere la fattibilità costruttiva del componente o dilatare i tempi di stampa facendo schizzare i costi. Risulta fondamentale la presenza di una figura esperta come l’application engineer, in grado di ottimizzare ogni singolo aspetto legato alla preparazione dei dati con l’obiettivo di garantire una produzione che rispetti i requisiti e riduca i costi e i tempi di processo.

Figura 4

Additive manufacturing operator

È sicuramente importante parlare di preparazione dei dati, scelta dell’orientamento di costruzione e ottimizzazione del design. È altresì fondamentale parlare anche di gestione dei materiali e della loro movimentazione per effettuare la preparazione della macchina di stampa alla produzione garantendo la totale sicurezza degli operatori.

Il flusso di lavoro del processo di costruzione in additive richiede numerose competenze ingegneristiche che consentono di svolgere attività diverse. Nel mezzo troviamo le fasi relative alla preparazione della macchina di costruzione che richiedono un’accurata gestione dei materiali e degli strumenti utilizzati.

Ad esempio, nel caso della tecnologia di produzione a letto di polvere “Laser Powder Bed Fusion” (L-PBF) è necessario caricare la polvere in macchina e svolgere tutta una serie di operazioni che consentono di prepararla alla costruzione dei componenti layer by layer. Tale operazione richiede la movimentazione di contenitori pieni di polvere metallica che deve essere compattata manualmente dall’operatore.

Le operazioni (in sicurezza) a bordo macchina

Successivamente è necessario posizionare la piattaforma di costruzione che deve poi essere livellata e fissata in maniera opportuna. Ogni macchina che consente di realizzare parti mediante processo “a letto di polveri” può essere diversa e  dunque richiedere più o meno azioni manuali necessarie per prepararla all’avvio del processo di stampa. Una volta che tutte queste operazioni sono concluse si può dar inizio alla fase di stampa. Al termine di questa fase, l’operatore dovrà scaricare la macchina rimuovendo la polvere inutilizzata e i componenti realizzati.

Tutte queste operazioni possono sembrare all’apparenza molto semplici, ma nascondono una serie di rischi e pericoli relativi ai materiali e agli strumenti utilizzati.

Per poter operare su queste tipologie di macchine è fondamentale approfondire e conoscere tutta una serie di aspetti legati alla sicurezza. Inoltre, alle attività precedentemente descritte, se ne aggiungono delle altre “straordinarie”; attività di manutenzione da svolgersi sulla macchina movimentando filtri o sistemi accessori.

È fondamentale che tali operazioni vengano svolte da personale qualificato e identificato con il titolo di Additive Manufacturing Operator; figure specializzate capaci di gestire sia i materiali che le periferiche hardware. Parliamo di tecnici in grado di operare nel campo della produzione in totale sicurezza, con una conoscenza completa e adeguata del processo additivo utilizzato.