Software automation, per incrementare i volumi della stampa 3D

La produzione additiva probabilmente non raggiungerà i livelli di volumi dei metodi di produzione tradizionali – come lo stampaggio a iniezione o la lavorazione CNC. Tuttavia, la pandemia Covid-19 ha dimostrato come “cloud” di stampanti 3D possano produrre parti in numeri significativi. Questa esperienza può creare nuove opportunità per la produzione additiva da impiegare negli scenari di produzione di lotti piccoli e medi, per produrre rapidamente centinaia o migliaia di parti. L’articolo spiega il ruolo importante che il software può svolgere per ottimizzare e automatizzare l’efficienza della produzione della stampa 3D.

Uno degli insegnamenti dell’attuale pandemia di Covid-19 è che i processi di produzione con manifattura additiva contano su una maggiore automazione, come ha dimostrato un team di ingegneri di Stratasys Labs nella primavera 2020 a Minneapolis. Tradizionalmente ci sono una serie di passaggi manuali nel processo di stampa 3D: selezione delle proprietà di stampa, preparazione della stampa e orientamento, gestione della coda di stampa, avvio della stampa, rimozione delle parti dalla stampante 3D, post-elaborazione, recupero delle parti finite. Per un piccolo team – equipaggiato con un paio di stampanti 3D usate esclusivamente per la prototipazione – l’insieme di queste operazioni può richiedere una quantità trascurabile di tempo alla settimana. Tuttavia, se le stampanti diventano decine o centinaia, queste attività impiegano il tempo equivalente di un certo numero di persone. Inoltre, più alto è l’utilizzo delle stampanti 3D, più disordinato diventa il processo con aumento dei colli di bottiglia in produzione e di scadenze non rispettate. E naturalmente, ci sono gli inevitabili eventi inaspettati, come una stampante non disponibile per la manutenzione o l’occasionale lavoro di stampa fallito che interrompe il processo. Una soluzione potrebbe essere quella di aggiungere più stampanti 3D e accettare un utilizzo ridotto. Oppure, in alternativa, massimizzare l’utilizzo delle stampanti aggiungendo personale. Nessuna delle due soluzioni sarebbe considerata una opzione perseguibile nelle operazioni di produzione tradizionali, e lo stesso avviene nelle operazioni di produzione additiva.

Il software è la soluzione

Nel marzo 2020, Stratasys ha lanciato la sua “Coalizione Covid” di oltre 100 organizzazioni per stampare in 3D migliaia di scudi facciali ogni settimana. Un anno fa, non sarebbe stato possibile. La complessità del compito avrebbe sopraffatto la nostra capacità di gestire l’iniziativa. Tuttavia, questa volta, siamo stati in grado di utilizzare il nostro software di flusso di lavoro GrabCAD Shop per introdurre l’automazione nel processo. GrabCAD Shop è una soluzione di gestione degli ordini di lavoro basata sul web che permette di impostare ogni organizzazione come un service bureau di stampa 3D, con la possibilità di assegnare i lavori ad ogni sede. E ogni sede ha la possibilità di assegnare i lavori a specifiche stampanti 3D. Nel caso della “Coalizione Covid”, siamo stati in grado di collegare gli “ordini” dal nostro sistema CRM con la capacità di produzione distribuita nel cloud. In questo modo sappiamo chi sta operando, con quali volumi, su quali sistemi e quando le parti saranno ultimate e disponibili.

Questo rappresenta un miglioramento significativo, ma è solo l’inizio. Abbiamo avanzato il grado di automazione per dimostrare cosa possono fare i produttori per scalare ulteriormente la stampa 3D a volumi più elevati. Grazie al software server Stratasys Labs Skylab, accessibile tramite un’interfaccia web, praticamente tutto viene automatizzato e centralizzato in un centro di controllo: l’operatore può monitorare le richieste di parti in arrivo, la coda principale, le risorse della stampante disponibili, lo stato della stampante e le performance. Uno dei trucchi è quello di usare l’analisi del file per selezionare automaticamente le proprietà di stampa predefinite. Valutando l’orientamento, gli stili di riempimento, la disponibilità di colori e materiali, e la risoluzione richiesta, il sistema può impostare automaticamente il lavoro con un tempo di inizio, un tempo di costruzione e un volume previsto di materiale. L’operazione di Stratasys Labs ha accoppiato il software Cloud9 con 60 moduli di stampanti 3D Continuous Build.

Questi sistemi sono essenzialmente torri di stampanti FDM 3D a triplo stack, progettate per eseguire continuamente i lavori uno dopo l’altro, senza la necessità di rimuovere le parti finite o gestire le macchine. Tutto ciò che serve è “raccogliere” periodicamente i lavori dai cestini di fronte ad ogni macchina. I risultati parlano da soli: 20.000 visiere al mese da un array di 60 stampanti che funziona automaticamente 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Vale anche la pena analizzare le migliori best-practices di produttività. Un tipico tasso di utilizzo di macchine FDM di un service bureau è vicino al 70%, con un addetto equivalente circa ogni dieci stampanti 3D. Alcuni riescono a portare il tasso di utilizzo di una stampante fino al 90%, ma la contropartita è l’allocazione del 50% del tempo di una persona. Troppo per garantire l’economicità complessiva. Al contrario, l’operazione Stratasys Labs ha dimostrato 20 torri in funzione – 60 stampanti in totale – al 95% di utilizzo, con un solo dipendente a tempo pieno, per 60 macchine.

La produzione di scala può essere raggiunta

Quando il volume di produzione delle parti è alto e la varietà è bassa, la produzione tradizionale è la soluzione più veloce ed efficiente. Tuttavia, Jan Burian di IDC ha notato nel suo rapporto di aprile 2020, Manufacturing Practices to Handle the Covid-19 Situation, “Quando la flessibilità nell’ambiente di produzione è fondamentale, la stampa 3D è lo strumento giusto da utilizzare”. L’unica domanda è a quale costo per questa flessibilità.
Utilizzando un software basato su cloud per automatizzare il lavoro di produzione additiva, combinato con stampanti 3D a basso costo ottimizzate per questo software, i produttori possono raggiungere tassi di utilizzo straordinariamente elevati 24/7 con personale limitato – con un conseguente basso costo per parte e senza utensili. Abbiamo recentemente stampato in 3D 500 visiere per schermi facciali durante la notte con le luci spente e senza personale. Non c’è dubbio che questo può aprire nuove opportunità di applicazione per la stampa 3D in futuro.

Frank Lindeman è Software Customer Success Engineer EMEA di Stratasys