Unionfab ha annunciato di avere ridotto da oltre 30 giorni a un minimo di cinque giorni il ciclo produttivo di alcune commesse di componenti metallici realizzati in piccole quantità. Il risultato riguarda lavorazioni selezionate e si inserisce nel piano con cui l’azienda di Shanghai intende rafforzare la propria presenza nei mercati degli Stati Uniti, del Canada e della Germania.
La piattaforma produttiva, collegata al costruttore di stampanti 3D industriali UnionTech, attribuisce la riduzione dei tempi all’impiego combinato di sistemi Selective Laser Melting con quattro e sei laser, strumenti digitali per la gestione della produzione e tecnologie proprietarie di compensazione del processo. Non si tratta quindi soltanto di aumentare la velocità con cui viene fusa la polvere metallica, ma di intervenire sull’intero percorso che va dalla ricezione del file alla consegna del componente.
Da oltre un mese a cinque giorni, ma non per qualsiasi componente
Il passaggio da 30 a cinque giorni è il dato più immediato, ma deve essere interpretato correttamente. Unionfab parla di componenti selezionati, prodotti in volumi limitati, e non di una tempistica applicabile automaticamente a ogni geometria, materiale o trattamento richiesto.
La pagina dedicata ai servizi di stampa 3D in metallo indica tempi tipici compresi tra cinque e sette giorni lavorativi per i processi SLM e DMLS, con la possibilità di arrivare a quattro o cinque giorni in determinate condizioni. Per il Binder Jetting vengono invece indicati tempi compresi tra sette e quindici giorni. Questo suggerisce che il risultato annunciato riguardi commesse già ottimizzate, materiali disponibili e componenti che non richiedono cicli particolarmente lunghi di trattamento termico, lavorazione meccanica o controllo.
Nel calcolo complessivo devono infatti essere considerate la preparazione del file, l’orientamento dei pezzi, la creazione dei supporti, il riempimento della piattaforma, la stampa, il raffreddamento, la rimozione dalla piastra, l’eliminazione dei supporti e le eventuali finiture. A questi passaggi possono aggiungersi trattamenti termici, sabbiatura, lucidatura, lavorazioni CNC, controlli dimensionali e spedizione.
Per il cliente industriale, cinque giorni non significano quindi che ogni pezzo venga stampato e consegnato entro una settimana. Significano piuttosto che Unionfab ritiene di poter portare alcune lavorazioni metalliche a un livello di rapidità più vicino a quello della prototipazione in polimero, mantenendo un’organizzazione adatta anche alla produzione di piccole serie.
Come funzionano i sistemi con quattro e sei laser
La tecnologia impiegata appartiene alla famiglia della fusione laser a letto di polvere, indicata con sigle come SLM, LPBF o PBF-LB. Una lama o un rullo deposita uno strato sottile di polvere metallica sulla piattaforma. Il laser fonde soltanto le aree corrispondenti alla sezione del componente, dopo di che la piattaforma si abbassa e il ciclo viene ripetuto per centinaia o migliaia di strati.
Utilizzando più laser, la superficie di lavoro può essere suddivisa in diverse zone processate nello stesso momento. In linea teorica, un sistema con sei sorgenti può fondere una quantità di materiale maggiore rispetto a una macchina con uno o due laser. L’aumento della produttività, tuttavia, non è direttamente proporzionale al numero delle sorgenti.
Il tempo necessario per distribuire ogni nuovo strato di polvere rimane sostanzialmente invariato. Devono inoltre essere gestiti il movimento dei laser, l’accumulo del calore e le aree nelle quali i rispettivi campi di scansione si sovrappongono.
Le zone di sovrapposizione costituiscono uno degli aspetti più delicati dei sistemi multi-laser. Differenze minime nell’allineamento, nella potenza o nel momento in cui i fasci attraversano la stessa area possono produrre variazioni nella densità, nella microstruttura e nelle proprietà meccaniche. Le ricerche sul processo multi-laser evidenziano per questo la necessità di controllare sincronizzazione, traiettorie, calibrazione e strategie di scansione.
Unionfab dichiara che le proprie configurazioni multi-laser consentono di aumentare l’efficienza di stampa fino al 40% e di ridurre i costi di fabbricazione di circa il 30% rispetto ai sistemi convenzionali con due laser. Si tratta di valori forniti dall’azienda, che potranno cambiare in funzione delle dimensioni del pezzo, del materiale, del numero di componenti collocati sulla piattaforma e delle operazioni successive alla stampa.
Il ruolo della compensazione digitale del processo
Accanto alle macchine multi-laser, Unionfab indica come elemento centrale una tecnologia proprietaria di precompensazione supportata dall’intelligenza artificiale.
Durante la fusione laser della polvere si generano forti gradienti termici. Le diverse zone del componente si scaldano e si raffreddano in momenti differenti, producendo tensioni residue, variazioni dimensionali e possibili deformazioni. Questi fenomeni diventano ancora più complessi quando vengono utilizzati più laser contemporaneamente.
La precompensazione cerca di anticipare tali variazioni prima della stampa. Il sistema può modificare la geometria iniziale, la potenza dei laser, le traiettorie di scansione o altri parametri affinché, una volta terminato il raffreddamento, il componente si avvicini maggiormente alla forma richiesta dal progetto.
Non è un principio esclusivo di Unionfab. La compensazione del calore residuo, il controllo della potenza e la modifica delle strategie di scansione sono oggetto di studio nel settore della fusione laser a letto di polvere. Il NIST, per esempio, ha analizzato sistemi che regolano l’energia del laser in base all’accumulo locale di calore e alle caratteristiche geometriche del pezzo. Anche EOS utilizza strumenti di controllo termico capaci di modificare la potenza durante la costruzione.
Unionfab non ha pubblicato dettagli sufficienti per valutare il funzionamento del proprio algoritmo o distinguere quanto dipenda da modelli previsionali, apprendimento automatico, compensazione geometrica oppure controllo dei parametri. Il dato interessante è comunque l’integrazione del software con una flotta produttiva composta da macchine di marche e dimensioni differenti.
Lo spessore di 0,6 millimetri richiede un chiarimento
Nel proprio annuncio Unionfab afferma di avere ottenuto una stampa ad alta velocità con strati da 0,6 millimetri, mantenendo densità e qualità superficiale costanti. Il valore è molto elevato per un processo SLM e merita quindi di essere contestualizzato.
Nella pagina dedicata alla stampa dell’alluminio AlSi10Mg, la stessa azienda indica uno spessore standard di 0,1 millimetri e un’opzione da 0,3 millimetri. Il valore di 0,6 millimetri potrebbe quindi riferirsi a una configurazione specifica, a un particolare materiale, a determinate geometrie oppure a un processo sviluppato per aumentare la velocità a scapito della risoluzione più fine.
Senza ulteriori dati relativi a rugosità, porosità, proprietà meccaniche e tolleranze, non è possibile estendere questo parametro all’intera offerta Unionfab. Saranno utili futuri casi applicativi per capire su quali componenti venga utilizzato e quali lavorazioni successive siano necessarie.
Più di 100 stampanti 3D dedicate ai metalli
Unionfab dichiara di avere installato più di 100 sistemi industriali per la produzione additiva in metallo. La flotta comprende piattaforme a quattro e sei laser, oltre a macchine per Binder Jetting e sistemi di fusione laser a letto di polvere.
La pagina aziendale dedicata al servizio metallico cita apparecchiature prodotte da BLT, Farsoon ed EOS. Nell’elenco delle attrezzature compaiono, tra le altre, 25 BLT A400, otto BLT S300, sei BLT S200, tre BLT S150, una SLM 280 e una EOS M300-4. Sono inoltre presenti sistemi ExOne X25Pro e HP S100 per il Binder Jetting.
La possibilità di distribuire le commesse su macchine diverse rappresenta un vantaggio importante per un fornitore di servizi. Permette di scegliere il volume di costruzione più adatto, raggruppare ordini compatibili, limitare i tempi morti e spostare una lavorazione quando una macchina è già impegnata.
L’efficienza di una fabbrica additiva dipende infatti anche dalla pianificazione. Una stampante molto veloce utilizzata con piattaforme riempite solo parzialmente può risultare meno conveniente di una macchina più lenta inserita in un flusso produttivo ben organizzato.
Acciai, alluminio, titanio, rame e superleghe
La gamma dichiarata da Unionfab comprende acciai inossidabili 316L e 17-4PH, alluminio AlSi10Mg e Al6061, titanio TC4, lega rame-cromo-zirconio CuCrZr e superleghe di nichel Inconel 625 e 718.
Questi materiali consentono di rivolgersi a settori differenti. Gli acciai inossidabili vengono utilizzati per componenti resistenti alla corrosione, parti meccaniche e attrezzature. Le leghe di alluminio permettono di contenere il peso e vengono impiegate nei trasporti, nell’automotive, nell’aerospazio e nei sistemi di gestione termica. Il titanio trova applicazione nei componenti nei quali servono resistenza, leggerezza e compatibilità con determinati impieghi medicali. Le leghe di nichel sono adatte a condizioni caratterizzate da temperature elevate e ambienti aggressivi.
Unionfab ha inoltre presentato Al901X, una propria lega di alluminio ad alta resistenza destinata anche ad applicazioni aerospaziali. Secondo l’azienda, il materiale combina resistenza al calore, caratteristiche strutturali e compatibilità con l’anodizzazione. Anche in questo caso, per un confronto completo con leghe già diffuse sarebbero necessari dati indipendenti riguardanti resistenza a trazione, fatica, allungamento, comportamento termico e trattamenti applicabili.
La stampa 3D è solo una parte della fabbrica
Uno degli aspetti più rilevanti del modello Unionfab è l’integrazione fra processi differenti. L’azienda dichiara di gestire sei fabbriche intelligenti, più di 1.000 stampanti 3D industriali complessive e oltre 400 macchine CNC.
L’offerta comprende stampa 3D in metallo e polimero, fresatura e tornitura CNC, stampaggio a iniezione, lavorazione della lamiera, colata rapida e numerosi trattamenti di finitura. Questa organizzazione permette di realizzare un componente in modo additivo e completarlo sulla stessa piattaforma industriale con lavorazioni sottrattive e controlli dimensionali.
Per molte applicazioni metalliche, la stampa non rappresenta infatti l’ultima fase. Le superfici di accoppiamento, i fori di precisione, le sedi dei cuscinetti e le filettature possono richiedere una ripresa CNC. Un componente può inoltre avere bisogno di trattamento termico, pallinatura, sabbiatura, lucidatura o rivestimento.
La riduzione dei tempi non deriva quindi esclusivamente dai sei laser. È il risultato della disponibilità di capacità produttiva, automazione, software, materiali, macchine utensili e reparti di finitura all’interno di una struttura coordinata.
Dalla prototipazione alle piccole serie metalliche
L’obiettivo di Unionfab è spostare la stampa 3D in metallo dalla sola prototipazione verso la fabbricazione di componenti finali e piccole serie.
Questo approccio può risultare efficace quando i pezzi presentano canali interni, strutture reticolari, forme alleggerite, passaggi per fluidi o geometrie difficili da ottenere con utensili convenzionali. Può essere utile anche quando il costo e il tempo necessari per realizzare uno stampo non sono giustificati dal numero di componenti richiesti.
Non significa però che la produzione additiva sia sempre più conveniente della lavorazione CNC, della fusione o dello stampaggio. Per componenti semplici, volumi elevati o geometrie facilmente lavorabili, i processi tradizionali possono mantenere vantaggi economici e produttivi. La stessa organizzazione di Unionfab, che combina tecnologie additive e convenzionali, conferma che la scelta deve essere effettuata sulla base del singolo progetto.
Il dato dei cinque giorni mostra comunque come la competizione tra i fornitori di servizi si stia spostando dalla sola capacità di stampare un componente alla capacità di gestire un ordine industriale completo. Preventivazione digitale, controllo del file, scelta del materiale, programmazione delle macchine, post-processing e verifica finale stanno diventando parti di un unico sistema produttivo.
Per valutare fino in fondo i risultati annunciati serviranno casi applicativi con indicazioni precise su dimensioni, quantità, materiale, tolleranze e operazioni di finitura. La direzione scelta da Unionfab è però chiara: utilizzare un parco macchine ampio e sistemi multi-laser per rendere la produzione additiva in metallo più adatta alle commesse a basso volume e con tempi di consegna ridotti.
