America del Nord: l’influsso del design digitale e dell’automazione sulla produttività dello stampaggio

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Fra i trend che influiscono sull’industria della plastica nordamericana si annovera l’impiego sempre più intenso del design digitale e di strumenti di software industriali avanzati nonché come la crescente automazione della produzione. I recenti sviluppi offrono alle aziende maggiori opportunità di ottimizzare le operazioni, velocizzare l’introduzione dei prodotti sul mercato e incrementare la competitività lungo tutta la catena di produzione.

Gli strumenti di software svolgono già da lungo tempo un ruolo fondamentale nella progettazione di prodotti e stampi, e l’automazione è sempre stata un mezzo per incrementare l’efficienza produttiva. Di diverso c’è che ora il software di progettazione coinvolge sempre più funzioni di alta tecnologia come la simulazione e l’analisi in 3-D e addirittura la rappresentazione della realtà virtuale. Queste funzionalità aiutano gli utenti a sviluppare e perfezionare velocemente le prestazioni e la producibilità di parti e stampi prima di spendere un solo centesimo nel tagliare acciaio.

Per quanto concerne l’automazione, il trend riguarda principalmente gli stampisti che integrano sempre più spesso robot dal costo accessibile nelle proprie linee di lavorazione. Per molti anni i robot sono stati sistemi di grandi dimensioni, veloci e specifici, che costavano parecchio e richiedevano esperienza per la programmazione. Con quella che potremmo definire la “democratizzazione dell’automazione”, il costo per molti tipi di robot è sceso, rendendoli così più accessibili. Anche la programmazione è diventata più semplice: in molti casi è sufficiente uno smartphone o un tablet. E un ulteriore, grande progresso è rappresentato dallo sviluppo di “robot cooperativi”, sicuri al punto tale da poter lavorare al fianco di esseri umani e semplici da programmare.

I fattori che influiscono sui vantaggi offerti da software di progettazione e robotica sono numerosi. Uno di questi è costituito dalla rivoluzione digitale che promuove la connettività fra macchine e dati in tutta la fabbrica. Un altro aspetto è l’avanzata di materiali d’avanguardia, in grado a volte di coniugare caratteristiche controintuitive, come estrema robustezza con peso ultraleggero. Poiché per sfruttare in pieno il potenziale di questi materiali sono spesso necessari approcci di design non convenzionali, ai progettisti servono strumenti di software che consentano di creare forme innovative.

Riconsiderare la progettazione

Fra le aziende che perseguono obiettivi di progettazione e produzione digitali d’avanguardia troviamo anche Siemens, la cui soluzione PLM (Product Lifecycle Management) NX propone numerose prestazioni e programmi. Il software NX è una piattaforma alla quali i progettisti, stampisti, attrezzisti e altri addetti possono aggiungere software integrato per applicazioni lungo tutto lo sviluppo di un prodotto.

Fra i programmi troviamo capacità progettuali con simulazioni in 3-D; software per il calcolo di fenomeni di distorsione, raffreddamento, restringimento e deformazione nella progettazione di attrezzi; software per lo sviluppo di stampi; strumenti di analisi dei costi; software NC per le macchine; software CAM per la produzione, così come software per il controllo della qualità.

Siemens afferma che NX riduce in media del 30% i tempi di progettazione. Paul Brown, Senior Marketing Director per la NX Product Engineering Unit, asserisce che l’integrazione di software consente agli utenti di migrare senza soluzione di continuità dalla concezione alla qualificazione del progetto, sviluppo dello stampo e produzione meccanica. L’efficienza e il risparmio di costi in stamperia possono soprattutto rendere più competitive le aziende, senza dover ricorrere a forniture di stampi dall’estero.

Simulazione di design e stampi

Un altro fornitore di software d’avanguardia è Dassault Systèmes. Con programmi di simulazione in 3-D come Catia, software per i materiali come Solidworks e Delmia – un programma che crea un “gemello digitale” per la costruzione di linee di produzione – Dessault fornisce capacità integrate che consentono di ridurre i tempi di sviluppo dei prodotti, dal 20 al 50% nel caso di Solidworks, come afferma Lotfi Derbal, Senior Product Portfolio Manager.

Solidworks consente simulazioni che permettono di ottimizzare il design prima di dover effettuare investimenti in stampi e produzione. Per lo sviluppo di stampi, Derbal dichiara che i progettisti possono collaudare canali di raffreddamento, bilanciare componenti, verificare il flusso e controllare la qualità dei pezzi.

Catia fornisce programmi di simulazioni in 3-D orientati ai processi, afferma Fabrice Agnes, Responsabile dell’Engineering Portfolio. Questi comprendono anche il Plastic Mechanical Designer che consente rapide iterazioni di progettazioni, compensa caratteristiche come griglie, nervature, rinforzi e protuberanze e dimostra come eventuali modifiche incidano su riempimento, flusso o altre operazioni. Un’altra applicazione, il Mold and Tooling Designer, consente di sperimentare con inserti, espulsori, sistemi di raffreddamento, linee e superfici di divisione e altre caratteristiche degli stampi.

Un recente sviluppo, che potrebbe essere presentato in occasione della K 2016, è il Functional Generative Designer, un software che permette di ottimizzare il sistema di raffreddamento di uno stampo, sia che sia stato realizzato con sistemi tradizionali, sia con metodi di produzione additiva (stampa in 3-D), al fine di migliorare la produzione e le proprietà dei pezzi.

Robot alleati

La maggior parte dei robot funziona in maniera veloce, ripetibile e costante. Per motivi di sicurezza, essi operano lontano dal personale. “Un robusto robot in grado di compiere rapidi movimenti non è idoneo a lavorare accanto ad esseri umani”, afferma Sonny Morneault, responsabile USA per le vendite di Wittmann Battenfeld, casa produttrice di robot e di apparecchi primari come presse ad iniezione. Morneault registra una domanda crescente di robot, perlopiù come sistemi lato macchina per collocare inserti negli stampi, etichettare i pezzi e rimuovere parti ad alta velocità.

Esiste inoltre un trend verso i robot cooperativi – piattaforme leggere per operazioni di assemblaggio, carico e scarico nonché imballaggio – in grado di interagire in modo sicuro con gli esseri umani. Le aziende che li producono sono poche. Una di queste è la Rethink Robotics con i suoi due modelli Baxter e Sawyer. Si tratta di robot a basso costo, leggeri e programmabili insegnando loro i movimenti da compiere con le braccia, per poi salvare premendo il tasto “enter” su una pulsantiera. Baxter ha due braccia e 7 livelli di libertà; Sawyer ha un braccio e 7 livelli di libertà. Ciascuno di essi può sollevare fino a 4 kg

Gli operatori possono trasportarli su ruote in tutto lo stabilimento. Le loro prestazioni comprendono: localizzazione e impostazione automatica per operazioni; attuatori di serie elastici (SEA) con molle per il controllo della forza; sensori sul braccio che misurano la flessione della molla durante il movimento e la compensano tramite regolazione del motore del braccio; autoprogrammazione. Essi dispongono inoltre di sensori in grado di riconoscere se un operatore si avvicina troppo: in questo caso il robot interrompe l’operazione. La casa produttrice asserisce che il ritorno sull’investimento con i robot in genere si realizza nel giro di pochi mesi.

I robot convenzionali stanno diventando più versatili. Un settore citato da Morneault riguarda la raccolta e la trasmissione di dati di produzione. Morneault sottolinea, però, che sono pochi i clienti ad utilizzare questa tecnologia e normalmente lo fanno solo per uso interno.

I progressi ottenuti con il software di progettazione e la robotica offrono solo uno scorcio sulle attività in corso nell’industria della plastica del Nord America. Tuttavia l’impatto esercitato e il potenziale creato in vista di sviluppi come la Fabbrica del Futuro o altri trend per promuovere la produttività sono notevoli. Queste risorse, che saranno presentate presso la K 2016, potrebbero costituire la base per raggiungere livelli di produttività e redditività superiori, assiduamente reclamati dall’industria.

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