Rapid Manufacturing: tools and materials

Contesto e Motivazione

La manifattura moderna nei paesi industrializzati è cambiata in maniera drammatica nelle ultime decadi, spostandosi lentamente verso la cosiddetta “mass customization”: piccoli lotti, progetti speciali, produzioni ad alto valore aggiunto. In Italia questo trend è stato persino più pronunciato per via della tipica dimensione, medio-piccola, delle nostre aziende. Mentre i mercati consumer e BtoB si sono evoluti, i sistemi di produzione, le macchine e gli utensili si sono molto lentamente adattati alle nuove esigenze della produzione industriale. In particolare, il costo e il tempo per la produzione di stampi, utensili e attrezzature potrebbero e dovrebbero essere significativamente ridotti per mantenere competitività nei mercati industriali.

Obiettivi di Ricerca

La linea di ricerca Rapid Manufacturing mira a inventare e sviluppare nuovi ed economici utensili, stampi, punzoni, attrezzi che consentano e favoriscano flessibilità e rapida riconfigurabilità in produzione. Nuovi utensili richiedono nuove strategie di progettazione, impiegando materiali non tradizionali quali i polimerici, i compositi, i materiali cellulari e functionally graded. Nuove funzionalità, nuovi sensori possono essere inseriti negli utensili tradizionali. Il Rapid manufacturing richiede anche nuove macchine e nuovi cicli di produzione, che combinino operazioni tradizionali di formatura e asportazione con lavorazioni additive. I nuovi stampi dovrebbero essere utilizzati in modi differenti, di conseguenza i processi che ne fanno uso devono implementare differenti metodi di condizionamento, cioè di raffreddamento (conformal cooling, cryogenic cooling), riscaldamento (infrared and induction heating) e lubrificazione (new tribological coatings, minimal quantity lubrication).

Metodi di Ricerca

I nuovi utensili per la formatura della lamiera, per la formatura e il taglio dei tubi, per lo stampaggio a iniezione dovrebbero essere progettati con una maggiore modularità, cioè come degli assiemi che combinino componenti standard e inserti prodotti rapidamente. Gli inserti speciali degli utensili, ove possibile, dovrebbero essere realizzati con tecnologie di produzione rapida additiva o sottrattiva, utilizzando materiali a basso costo. Le matrici e gli stampi sono spesso progettati per avere una vita utile molto lunga o un'usura trascurabile. Nella produzione moderna, però, non sono più necessari stampi e matrici eterne. Se è necessario produrre un lotto di 100 o 1000 parti, tutti i componenti (moduli) dell'utensile devono essere progettati in modo da avere tempi ottimali (minimi) di fabbricazione dell'utensile, con una durata limitata e calcolata. Ciò richiede spesso strategie di riduzione di massa (ottimizzazione topologica, strutture cellulari o composite).