3iD Printing ha deciso di intervenire su uno dei passaggi meno automatizzati della produzione additiva industriale: la gestione dei componenti dopo la loro uscita dalle stampanti 3D.
L’azienda belga installerà nel proprio stabilimento di Torhout una linea automatizzata sviluppata da AM-Flow, società olandese specializzata nei sistemi di movimentazione, riconoscimento e smistamento dei componenti prodotti mediante additive manufacturing.
La configurazione scelta da 3iD Printing comprende tre moduli collegati tra loro: AM-Feed, destinato all’alimentazione e alla separazione dei pezzi; AM-Vision, che riconosce ogni componente attraverso un sistema di visione artificiale; e AM-Sort, incaricato di indirizzare le parti verso l’ordine del cliente, il trattamento successivo o la destinazione produttiva corretta.
L’investimento non riguarda quindi l’acquisto di una nuova stampante 3D. 3iD Printing sta intervenendo sull’organizzazione della fabbrica, con l’obiettivo di aumentare il numero di parti gestibili senza far crescere nella stessa proporzione le operazioni manuali.
Il limite industriale non si trova sempre nella stampante
Negli ultimi anni i produttori di sistemi per additive manufacturing hanno aumentato la velocità delle macchine, ampliato i volumi di costruzione e sviluppato architetture capaci di produrre più componenti nello stesso ciclo.
Questo sviluppo ha reso possibile utilizzare tecnologie come Multi Jet Fusion e sinterizzazione laser selettiva non soltanto per la prototipazione, ma anche per piccole e medie serie di parti finali.
L’aumento della produttività delle stampanti ha però spostato il collo di bottiglia verso le fasi successive. Una volta terminata la costruzione, i componenti devono essere estratti, depolverati, puliti, riconosciuti, separati per ordine, controllati e indirizzati verso eventuali trattamenti superficiali.
Quando in un singolo volume di costruzione vengono inseriti decine o centinaia di pezzi differenti, appartenenti a clienti diversi, l’identificazione manuale può richiedere una quantità di tempo considerevole.
Un operatore deve confrontare ogni parte con la documentazione dell’ordine, riconoscere geometrie che possono differire soltanto per pochi millimetri e stabilire quale lavorazione debba essere eseguita dopo la pulizia.
Questo metodo può funzionare quando il service produce pochi prototipi. Diventa più difficile da sostenere quando il numero di componenti cresce e le commesse contengono molte varianti.
La strategia produttiva di 3iD Printing
3iD Printing è un service belga che produce prototipi, componenti personalizzati e serie industriali. La società opera nell’area industriale di Torhout, nelle Fiandre Occidentali, ed è guidata dal fondatore Dave Vanhove.
La storia professionale di Dave Vanhove comprende esperienze nella costruzione di stampi e nell’insegnamento tecnico. Il percorso che ha condotto alla nascita di 3iD Printing è iniziato con la sperimentazione di tecnologie PolyJet e Fused Deposition Modeling, proseguendo con l’introduzione di sistemi industriali Multi Jet Fusion.
L’azienda utilizza tecnologie Multi Jet Fusion, Selective Laser Sintering e stereolitografia per realizzare prototipi, componenti funzionali e produzioni in serie. Tra i materiali lavorati figurano il PA12, i poliuretani termoplastici flessibili e altre formulazioni destinate ad applicazioni industriali.
3iD Printing offre anche servizi di progettazione e modellazione tridimensionale. Il lavoro può quindi iniziare dalla verifica del modello CAD, proseguire con la scelta del materiale e del processo e terminare con la consegna del componente finito.
La società dichiara di poter gestire produzioni che vanno dai piccoli lotti a commesse composte da migliaia di pezzi. È proprio questo passaggio dalla singola parte alla produzione seriale che rende necessario intervenire sulle operazioni successive alla stampa.
Tre moduli per creare un flusso continuo
La linea fornita da AM-Flow è stata configurata per automatizzare tre operazioni strettamente collegate.
AM-Feed riceve i componenti e li dispone singolarmente sul sistema di trasporto. AM-Vision analizza ogni pezzo e ne determina l’identità. AM-Sort utilizza le informazioni ricevute per indirizzare il componente verso il contenitore o la fase di lavorazione assegnata.
Il principio sembra semplice, ma deve affrontare una condizione tipica dell’additive manufacturing: ogni lotto può contenere geometrie diverse.
Una linea tradizionale di automazione industriale viene spesso progettata per manipolare migliaia di oggetti identici. Può utilizzare guide, dime, pinze e attrezzature realizzate intorno alla forma di uno specifico prodotto.
Un service di stampa 3D lavora invece con una successione di ordini differenti. La stessa linea può dover gestire un alloggiamento elettronico, una staffa, un condotto, una cover e una serie di componenti personalizzati, senza che sia conveniente sostituire le attrezzature a ogni cambio di commessa.
AM-Flow ha sviluppato i propri sistemi partendo da questa variabilità. I moduli non richiedono una dima specifica per ogni geometria e possono lavorare con lotti misti, nei limiti dimensionali e operativi previsti dalla configurazione.
AM-Feed separa i pezzi senza utilizzare attrezzature dedicate
Il primo modulo della linea è AM-Feed. La sua funzione consiste nel ricevere un insieme di componenti e presentarli uno alla volta al sistema di riconoscimento.
L’operazione viene indicata con il termine “singolazione”. Invece di affidare a un operatore il compito di prelevare ogni pezzo e posizionarlo correttamente, AM-Feed utilizza quattro nastri di trasporto controllati attraverso sensori.
Una telecamera LIDAR rileva la posizione delle parti e regola il movimento dei nastri per impedire che più componenti entrino contemporaneamente nell’area di riconoscimento. Il sistema può rallentare o fermare determinate sezioni del trasportatore per mantenere una distanza adeguata tra i pezzi.
Secondo i dati dichiarati da AM-Flow, AM-Feed può raggiungere una capacità massima di 720 componenti all’ora, con un ciclo compreso tra cinque e dieci secondi. La prestazione effettiva dipende dalla geometria, dalle dimensioni e dal comportamento dei pezzi durante la movimentazione.
Il vantaggio per 3iD Printing non consiste soltanto nell’aumento della velocità. La separazione automatizzata riduce le attività ripetitive e crea un’alimentazione regolare per i moduli collocati a valle.
AM-Vision riconosce i componenti senza etichette
Dopo essere stato separato dagli altri pezzi, ogni componente passa attraverso AM-Vision.
Il sistema utilizza telecamere, algoritmi di visione artificiale e modelli di riconoscimento per confrontare il componente reale con i dati digitali associati agli ordini di produzione.
Il riconoscimento avviene utilizzando caratteristiche come forma, dimensioni e aspetto del pezzo. Secondo AM-Flow, l’identificazione può essere completata in circa 0,2 secondi.
Non è necessario applicare un codice a barre, un’etichetta o un dispositivo RFID sulla superficie. Questo aspetto è importante per i componenti piccoli, per le parti con geometrie complesse e per i prodotti sui quali un’etichetta potrebbe essere difficile da applicare o rimuovere.
L’assenza di marcature fisiche riduce inoltre il rischio di alterare la superficie del componente. In alcune applicazioni, incidere un codice o aggiungere un elemento permanente potrebbe risultare incompatibile con il progetto o con l’aspetto richiesto dal cliente.
AM-Vision collega il pezzo riconosciuto al relativo modello digitale, al lotto di produzione e alle istruzioni previste per le fasi successive.
La capacità dichiarata dal produttore arriva a 5.760 componenti in un turno di otto ore. Si tratta di un valore massimo teorico che rappresenta soprattutto il potenziale del sistema quando viene inserito in una linea alimentata in modo continuo.
Perché il riconoscimento automatico è complesso nella stampa 3D
Riconoscere una parte prodotta mediante additive manufacturing è più difficile rispetto alla lettura di un codice applicato sulla confezione.
Due componenti possono avere una forma generale simile ma differire per la posizione di un foro, per lo spessore di una parete o per una piccola modifica richiesta dal cliente.
Dopo la stampa e la depolverazione, la parte può inoltre presentarsi sul nastro con orientamenti differenti. Il sistema deve riconoscerla anche quando è ruotata o appoggiata su una superficie diversa rispetto a quella utilizzata nel modello di riferimento.
La produzione additiva aggiunge un’altra difficoltà: nuovi modelli entrano continuamente nel flusso di lavoro. Un service non può dedicare lunghe attività di programmazione a ogni nuovo componente, soprattutto quando la commessa comprende poche unità.
La tecnologia di AM-Flow è stata sviluppata per utilizzare i dati geometrici disponibili e limitare la necessità di riconfigurare la linea a ogni cambio di prodotto.
AM-Sort indirizza ogni parte verso la destinazione corretta
Una volta riconosciuto, il componente entra nel modulo AM-Sort.
Il sistema utilizza i dati forniti da AM-Vision per decidere dove debba essere inviato il pezzo. La destinazione può corrispondere a uno specifico ordine cliente, a una fase di finitura, a un controllo, a un’operazione di tintura oppure a un contenitore destinato alla spedizione.
La configurazione standard può gestire fino a otto uscite, oltre a un contenitore finale. Il tempo di smistamento dichiarato è compreso tra cinque e dieci secondi per componente.
Il sistema di deviazione è stato progettato per movimentare con attenzione anche parti con geometrie sottili o articolate. Questo aspetto è importante perché alcuni componenti stampati possono essere danneggiati da cadute, urti o pressioni concentrate.
AM-Sort registra inoltre le operazioni eseguite. I dati possono indicare quante parti di un ordine sono state riconosciute, quali componenti sono già stati smistati e se nel lotto sono presenti pezzi mancanti o unità aggiuntive.
Per 3iD Printing, questa tracciabilità può facilitare la ricomposizione degli ordini dopo che i componenti hanno seguito percorsi di post-processing differenti.
Dal volume di costruzione all’ordine del cliente
Nelle tecnologie a letto di polvere, l’efficienza della macchina dipende anche dalla capacità di utilizzare nel modo migliore il volume disponibile.
Per contenere il costo unitario, un service può riempire lo spazio di costruzione con componenti appartenenti a commesse diverse. Le parti vengono posizionate digitalmente in modo da utilizzare il materiale e il tempo macchina in maniera efficiente.
Questa pratica, indicata come nesting, consente di produrre molti componenti nello stesso ciclo. Al termine della costruzione, però, tutti i pezzi devono essere separati e ricondotti ai rispettivi ordini.
Un volume può contenere parti simili destinate a clienti differenti, varianti dimensionali dello stesso prodotto oppure componenti che richiedono trattamenti successivi diversi.
Con la linea AM-Flow, 3iD Printing potrà mantenere i vantaggi del nesting misto riducendo il lavoro necessario per ricostruire manualmente ogni commessa.
Il flusso digitale conserva l’associazione tra modello, parte fisica e destinazione produttiva. In questo modo, l’aumento della densità del volume di costruzione non determina necessariamente un aumento equivalente della complessità nelle fasi successive.
La linea non sostituisce tutte le operazioni di post-processing
L’espressione “post-processing automatizzato” può far pensare a una linea capace di eseguire ogni lavorazione dopo la stampa. La configurazione scelta da 3iD Printing interviene invece su alimentazione, identificazione e smistamento.
Le parti devono comunque essere estratte dal sistema di produzione e sottoposte alle operazioni necessarie per eliminare la polvere residua. In funzione del materiale e dell’applicazione, possono essere richiesti sabbiatura, levigatura, tintura, lisciatura chimica, lavorazioni meccaniche o installazione di inserti.
Il valore della linea consiste nel collegare queste operazioni attraverso un flusso controllato.
Dopo il riconoscimento, un componente può essere inviato al trattamento previsto dal relativo ordine. Terminata la lavorazione, può essere identificato di nuovo e ricongiunto agli altri pezzi destinati allo stesso cliente.
AM-Flow dispone anche di sistemi per il controllo dimensionale e l’imballaggio, ma la configurazione annunciata da 3iD Printing comprende AM-Feed, AM-Vision e AM-Sort.
La distinzione è importante perché l’investimento rappresenta un passaggio concreto verso l’automazione della fabbrica, non l’eliminazione immediata di ogni intervento umano.
Meno attività ripetitive e più controllo del processo
Dave Vanhove, fondatore di 3iD Printing, considera l’automazione del post-processing una conseguenza della crescita dei volumi produttivi.
Quando il numero di commesse aumenta, continuare ad aggiungere operatori per riconoscere e separare manualmente i componenti può far crescere i costi e rendere più difficile mantenere tempi di consegna costanti.
L’automazione consente di destinare il personale ad attività che richiedono competenze tecniche: preparazione delle costruzioni, verifica dei modelli, controllo dei parametri, manutenzione delle macchine e gestione delle richieste dei clienti.
Non si tratta soltanto di sostituire un’operazione manuale. La registrazione dei passaggi permette di raccogliere dati sul flusso produttivo e di individuare più facilmente ritardi, parti mancanti o errori di instradamento.
Un sistema tracciato può segnalare che un ordine non è completo prima che raggiunga la fase di imballaggio. Senza una registrazione digitale, la stessa anomalia potrebbe essere individuata soltanto durante il controllo finale.
La riduzione degli errori di smistamento
In un service di stampa 3D, un errore di identificazione non comporta soltanto lo spostamento di un oggetto nel contenitore sbagliato.
Il componente potrebbe essere sottoposto a un trattamento non previsto, essere spedito al cliente sbagliato oppure risultare mancante al momento della preparazione dell’ordine.
Se la parte viene tinta con un colore errato o sottoposta a una finitura incompatibile, può essere necessario ripetere la produzione. Il costo comprende quindi il materiale, il tempo macchina, la depolverazione e tutte le operazioni già eseguite.
L’automazione di AM-Flow punta a ridurre questi rischi mantenendo l’identità digitale del componente lungo la linea.
La ripetibilità diventa importante quando 3iD Printing deve produrre più lotti dello stesso prodotto o gestire ordini ricorrenti. Le regole di smistamento possono essere applicate in maniera uniforme, senza dipendere dall’esperienza del singolo operatore.
Automazione e personalizzazione non sono in contrasto
La produzione industriale tradizionale associa l’automazione a grandi quantità di prodotti identici. L’additive manufacturing introduce un modello differente, nel quale lo stesso impianto può produrre componenti diversi senza sostituire stampi o attrezzature.
Per mantenere questo vantaggio anche nelle fasi successive alla stampa, i sistemi automatici devono adattarsi alla varietà.
AM-Flow ha costruito la propria proposta intorno al riconoscimento di geometrie diverse e alla gestione di lotti misti. La linea non richiede che 3iD Printing uniformi tutti i componenti o rinunci alle produzioni personalizzate.
L’obiettivo è automatizzare il flusso pur mantenendo la possibilità di produrre pezzi unici, piccole serie e commesse composte da varianti differenti.
Questo approccio è particolarmente rilevante per i settori nei quali ogni prodotto può essere configurato sulla base delle esigenze del cliente, come dispositivi medicali, attrezzature industriali, componenti per automazione e prodotti destinati alla personalizzazione di massa.
La tracciabilità come requisito della produzione seriale
Quando la stampa 3D viene utilizzata per realizzare prototipi interni, la documentazione può essere relativamente semplice. Il passaggio alla produzione di parti finali richiede un controllo più strutturato.
Il produttore deve poter ricostruire quale file è stato utilizzato, in quale lotto è stato costruito il componente e quali operazioni sono state eseguite dopo la stampa.
AM-Vision e AM-Sort permettono di creare una registrazione digitale collegata a ogni parte riconosciuta. La tracciabilità può includere la geometria, il lotto, l’orario di passaggio e la destinazione assegnata.
Questi dati non sostituiscono un sistema completo di gestione della qualità, ma possono alimentare il software produttivo e ridurre la dipendenza da schede cartacee o controlli manuali.
Per 3iD Printing, la disponibilità di informazioni a livello di singolo componente può risultare utile anche nella gestione dei reclami e nella verifica delle commesse.
Una fabbrica additiva richiede l’integrazione tra hardware e software
La decisione di 3iD Printing mostra come la produttività di un impianto additivo non possa essere valutata osservando soltanto la velocità della stampante.
Il tempo complessivo comprende preparazione del file, costruzione, raffreddamento, estrazione, depolverazione, riconoscimento, finitura, controllo e spedizione.
Accelerare una sola fase può produrre un accumulo di lavoro nella fase successiva. Se una macchina completa più costruzioni ma i pezzi restano in attesa di essere separati manualmente, l’aumento della velocità non si traduce interamente in una riduzione dei tempi di consegna.
La linea AM-Flow consente a 3iD Printing di collegare il componente fisico alle informazioni digitali che ne determinano il percorso.
La visione artificiale, i sistemi di trasporto e il software di instradamento operano quindi come parte di un’unica infrastruttura produttiva.
Un investimento pensato per la crescita dei volumi
L’introduzione di AM-Feed, AM-Vision e AM-Sort prepara 3iD Printing a gestire una quantità maggiore di componenti senza trasformare il reparto di post-processing in un’area dominata dalle attività manuali.
L’aumento della capacità dipenderà dall’organizzazione complessiva dello stabilimento, dal numero di stampanti, dai materiali utilizzati e dalle lavorazioni richieste dai clienti. La linea automatizzata interviene però in un punto preciso: il passaggio dai pezzi mescolati dopo la produzione a componenti identificati e indirizzati verso la corretta destinazione.
Per Stefan Rink, amministratore delegato di AM-Flow, la collaborazione con 3iD Printing conferma l’interesse dei service per ambienti produttivi basati sui dati e capaci di crescere senza moltiplicare i colli di bottiglia manuali.
Per Dave Vanhove, l’automazione rappresenta un passaggio coerente con lo sviluppo di 3iD Printing e con la necessità di conservare flessibilità e qualità anche quando aumentano gli ordini.
L’operazione evidenzia una trasformazione più ampia nel settore. La produzione additiva industriale non si sta limitando a migliorare le macchine di stampa, ma sta iniziando a organizzare anche le attività che collegano la costruzione digitale alla consegna del prodotto finito.
In questa prospettiva, riconoscere e smistare automaticamente le parti non costituisce una funzione accessoria. È una condizione necessaria per trasformare un insieme di stampanti 3D in una linea produttiva capace di lavorare volumi elevati, commesse miste e componenti personalizzati.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI)
