Il fornitore di sistemi di produzione additiva trasforma la fornitura delle parti progettando una stampante 3D di grado industriale in poche settimane

Riduzione dei tempi di consegna per le parti complesse

Schubert Additive Solutions (Schubert Additive) è parte del Gruppo Schubert con sede a Crailsheim, in Germania, ed è un produttore leader di macchine e soluzioni per il packaging. Il gruppo progetta e produce macchine per il packaging digitali e robotizzate, puntando sull'interazione tra meccanica semplice, tecnologia di controllo intelligente e modularità scalabile. Il Gruppo Schubert (Schubert) fornisce soluzioni pronte all'uso per il packaging primario e secondario di un'ampia gamma di settori, tra cui quello farmaceutico, cosmetico, delle bevande, alimentare e dolciario e dei prodotti tecnici.

Le applicazioni di packaging richiedono spesso parti e assiemi complessi in piccole quantità. Per questo motivo, Schubert è stato uno dei primi ad adottare le tecnologie di produzione additiva (AM). Dal 2012 utilizza la sinterizzazione laser selettiva (SLS) per produrre parti complesse che possono sostituire assiemi composti da un massimo di 190 parti lavorate.

Le pinze robotizzate progettate su misura sono una chiara applicazione di produzione additiva per adattare il prodotto al packaging. "Questi componenti chiave delle soluzioni di packaging robotizzate di Schubert devono essere disponibili rapidamente, sia come parti di ricambio che come supporto alle modifiche del prodotto", afferma Conrad Zanzinger, Direttore tecnico (CTO) di Schubert Additive. "Anche se sono stati prodotti con apparecchiature di produzione additiva, hanno impiegato diversi giorni per raggiungere gli obiettivi prefissati".

Da ciò è nata l'idea di sfruttare la digitalizzazione per ridurre significativamente i tempi di consegna dei componenti di produzione additiva, invertendo la supply chain. A questo scopo, Schubert Additive ha trovato la soluzione giusta nel software NX™ di Siemens Digital Industries Software, una soluzione completa di progettazione e produzione. Questa ha permesso all'azienda di trasformare la fornitura di parti progettando una stampante 3D di livello industriale in poche settimane e riducendo i tempi di consegna delle parti del 90 %.

Schubert Additive ha impiegato NX per creare la stampante 3D di livello industriale Partbox, capace di garantire una precisione dimensionale di ±0,1 mm. Collaborando con un produttore di materie plastiche, ha inoltre creato un materiale filamentoso da utilizzare per ottenere risultati ottimali.

Progettazione di una stampante 3D di livello industriale

"La maggior parte dei componenti necessari può essere realizzata in materiale plastico con la stampa 3D utilizzando la fabbricazione a fusione di filamento, una tecnologia collaudata che viene utilizzata da anni", spiega Zanzinger. "Schubert Additive è stata fondata per consentire ai clienti di ricevere i dati di produzione digitale delle parti ordinate e di produrle in loco utilizzando la produzione additiva di livello industriale su base pay-per-use".

Prima di poterlo fare, Schubert Additive ha affrontato diversi ostacoli. Uno di questi è stato la qualità e l'affidabilità delle apparecchiature di stampa 3D. "Inizialmente, abbiamo utilizzato stampanti 3D pronte all'uso di un produttore leader", sostiene Zanzinger. "Sfortunatamente, questa attrezzatura non ha soddisfatto le nostre aspettative." Questi prodotti presentavano problemi di stabilità meccanica e di qualità di stampa. In particolare, non producevano in modo affidabile le parti con la precisione dimensionale e la qualità superficiale richieste e necessitavano di una quantità di attenzioni inammissibile nel contesto di un uso occasionale in un ambiente di produzione industriale.

Per soddisfare questi requisiti, Schubert Additive ha utilizzato NX, che è parte della piattaforma aziendale di servizi, hardware e software Siemens Xcelerator per creare una stampante 3D completamente nuova, chiamata soluzione Partbox. Questa comprende il software per la progettazione assistita da computer (CAD), la produzione assistita da computer (CAM) e la programmazione a controllo numerico (NC) per la progettazione di utensili e dispositivi di fissaggio, il controllo della qualità delle parti, la programmazione di robot, la pianificazione della linea di produzione e la produzione additiva. Vista la mancanza di tempo degli ingegneri di Schubert Additive, la combinazione NX di strumenti software specializzati dotati di una completa coerenza delle informazioni si è rivelata utile. "Utilizzando NX per creare e verificare il digital twin di Partbox, i nostri ingegneri progettisti sono riusciti a completare il loro compito in poche settimane, nonostante le difficili condizioni di lavoro durante la pandemia COVID", conferma Zanzinger. "Il fatto che si siano trovati di fronte a un'unica interfaccia utente per la progettazione e la verifica meccanica, la generazione di programmi e le attività specifiche per la produzione additiva è stato di grande aiuto".

Per ottenere la stabilità e l'affidabilità richieste, gli ingegneri di Schubert Additive hanno sfruttato gli strumenti per la progettazione, la topologia e l'ottimizzazione della preparazione della costruzione compresi in NX per la produzione additiva. Tra questi rientra anche il software di slicing, già utilizzato in precedenza con la stampante 3D pronta all'uso. Nel passaggio a NX, gli ingegneri non hanno avuto bisogno di modificare la programmazione.

Siemens Additive Manufacturing Network viene utilizzato per ricevere i dati CAD per la reingegnerizzazione additiva ed è perfettamente integrato nel sistema operativo Partbox. (immagine gentilmente concessa da Thorsten Hiller)

Un ambiente di produzione additiva globale

"L'uso degli strumenti di progettazione all'avanguardia e delle caratteristiche di produzione additiva specializzate disponibili in NX consente anche ai fornitori di parti di rimodellare facilmente i progetti convenzionali a favore della produzione additiva", dichiara Zanzinger. "Questo aumenta la disponibilità delle parti in questo modulo, sebbene siano state originariamente create per la produzione convenzionale". L'associatività e la riproducibilità riducono la necessità di importare ed esportare i file o di ricreare i progetti esistenti, riducendo notevolmente i tempi necessari e gli errori di conversione.

Un altro ostacolo da superare per il team di Schubert Additive è stato quello della sicurezza, soprattutto dal punto di vista della protezione della proprietà intellettuale dei progettisti delle parti. "Trasferire i file al cliente era un'operazione fuori discussione", afferma Zanzinger. "Dovevamo trovare un modo sicuro per trasmettere i processi di stampa certificati direttamente a Partbox, senza archiviare i dati dove potevano essere recuperati in modo illecito".

Per superare questo ostacolo, gli ingegneri di Schubert Additive hanno creato il sistema operativo Partbox, che comprende i file CAD per la riprogettazione, ricevuti tramite Siemens Additive Manufacturing Network. Come magazzino digitale online, questo sistema operativo consente ai clienti di ottenere licenze di stampa anziché parti reali dai produttori delle parti. Queste licenze, sotto forma di processi di stampa certificati® (CPJ), rappresentano il DNA tecnico del sistema. Questi vengono trasmessi alla stampante selezionata attraverso la connettività LTE (Long Term Evolution), per cui le stampanti Partbox non necessitano di infrastrutture di rete e di integrazione con le reti aziendali.

Il sistema operativo Partbox è aperto, quindi i clienti non hanno restrizioni nella scelta dei fornitori. Essi possono anche caricare i propri processi di stampa delle parti o delle attrezzature e memorizzarli nella piattaforma di streaming delle parti per stamparli quando e dove necessario. In questo modo riescono a ridurre le scorte mantenendo alta la disponibilità delle parti. L'acquisto di CPJ piuttosto che delle parti e la loro produzione in loco con le stampanti 3D Partbox è più sostenibile perché evita l'inquinamento dovuto ai trasporti. Inoltre, consente di risparmiare tempo in quanto elimina i processi, i costi di spedizione e lo sdoganamento.

La produzione di parti on-demand di Partbox richiede in genere un giorno e include una riprogettazione compatibile con la produzione additiva, anziché 1,5 settimane comprensive di spedizione. Si tratta di una riduzione di oltre il 90%. Nel caso delle parti di ricambio, questo può fare la differenza tra operazioni ininterrotte e diversi giorni di fermo. "Abbiamo sfruttato la nostra trasformazione digitale per rivoluzionare la distribuzione e la produzione delle parti", afferma Zanzinger. "Grazie alla coerenza dei dati end-to-end in tutte le parti di NX, siamo riusciti a creare un digital thread che attraversa tutti gli aspetti di questo processo rivoluzionario."

Il ricorso alla produzione additiva ha ridotto la complessità delle parti di una pinza a vuoto per confezioni di crema di caffè da 192 parti tornite, 18 parti complesse di fresatura e 1.024 viti a 3 parti e 8 viti, riducendo il tempo di assemblaggio da un giorno a 10 minuti.