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3D Printing and 3D Systems printers 3D Printing and 3D Systems printers
Con la produzione additiva Caterpillar prepara il terreno al futuro

Con la produzione additiva Caterpillar prepara il terreno al futuro

giugno 17, 2016 in Case study, Case study, Casi studio

La nuova Fabbrica per l’Additive Manufacturing porta le potenzialità della produzione additiva in Caterpillar. L’azienda getta le basi per il futuro, puntando sulla formazione dei propri ingegneri e sulla produzione di pezzi di ricambio fuorimercato.

Un giorno Caterpillar, azienda produttrice di macchinari per l’industria pesante, produrrà componenti dal design sempre più efficiente grazie alla produzione additiva.

È questo l’obiettivo che i membri del team che lavora con la manifattura additiva vedono come promessa a lungo termine. Gli assemblati potranno essere consolidati in in parti uniche e le forme delle componenti potranno essere personalizzate in maniera complessa, al fine di ottenere da ognuna di esse la migliore combinazione di funzionalità, massa e costo. Nel caso di Caterpillar, ancor più che per altri produttori, per mantenere questa promessa, la produzione additiva avrà bisogno di evolversi ben oltre dove è arrivata ad oggi. Per ora, i membri di questo specifico team si stanno concentrando sui potenziali benefici a breve termine, uno dei quali è la velocità nella consegna di parti di ricambio.

Un esempio ne è la produzione della base di un filtro per il carburante per una famiglia di motori usati per le livellatrici a motore e le macchine escavatrici. L’intricato componente di alluminio “Alloy” era originariamente realizzato mediante stampaggio, ma il fornitore non è più disponibile. Di conseguenza, per assistere i clienti nella fase post-acquisto, Caterpillar sta affrontando un grosso ritardo causato dalla ricerca di un nuovo fornitore a cui garantire un numero minimo di ordini in modo da giustificare i costi di produzione. Oppure c’è un’alternativa. Una versione del componente creata con la fusione laser che ha superato tutti i test di funzionalità. Questa modalità produttiva non richiede attrezzi, fornitori o ordini minimi.

 

Con la produzione additiva le parti di ricambio come questa possono essere create senza ritardi e realizzate secondo le necessità. Quindi, anche se lo scopo che ci si prefigge di raggiungere riguarda parti ri-disegnate per questo tipo di produzione, il caso rappresenta un esempio di uso efficace dell’AM. Questo successo offre a Caterpillar un’interessante possibilità. Casi come questi – legati più che altro al mercato post-vendita – possono permettere di risparmiare ed investire per affrontare altre necessità dell’azienda.

 

A lato: la Prox 300 di 3D Systems, stampante 3D a metallo distribuita in Italia da 3DZ.

 

I benefici ottenuti possono favorire l’aumento della competenza in materia di Additive Manufacturing all’interno dell’azienda, in modo tale che Caterpillar sia pronta quando la tecnologia sarà finalmente arrivata ai livelli richiesti per la produzione.

Un passo importante a seguito di tale successo è stata l’apertura lo scorso anno della Fabbrica per l’Additive Manufacturing, vicino alla sede della compagnia a Peoria, Illinois.

 

La produzione additiva è differente

 

La produzione additiva ha bisogno di un proprio impianto? La questione è legata a questo: rappresenta un modo diverso di produrre le parti o un modo diverso di progettarle?

Sì, afferma Conklin. Entrambe le cose. Come direttore del portafoglio tecnologie emergenti della società detiene la responsabilità sulle tecnologie che la società identifica come dirompenti. L’AM rappresenta forse il manifesto di una tecnologia dirompente, anche perché il suo impatto toccherà discipline differenti, tutte all’interno dell’azienda.

Agli albori della sua carriera in Caterpillar, Conklin ha lavorato nel settore della logistica. Dunque per lei la produzione additiva non solo risolverebbe i problemi delle lunghe tempistiche di produzione e progettazione, ma offrirebbe anche una soluzione logistica. La base del filtro del carburante è un successo soprattutto legato a questo. Mentre il disegno della questa parte rimane invariato, si semplifica invece la catena di approvvigionamento e si riduce la quantità di ordini minimi che insieme solitamente permettono di ridurre drasticamente i costi.

“Per le saldature, ormai sappiamo dove eseguirle, e sappiamo dove un avanzamento di tecnologia sia stato già testato e utilizzato,” afferma. Qualcosa di simile non è vero per la produzione additiva e vagliando ogni ipotesi su questa opzione, si ridurrebbero i rischi di imbottigliamento. Ad esempio, il gruppo di lavoro potrebbe utilizzare l’Additive Manufacturing per produrre infissi, mentre il designer potrebbe usarla per fare prototipi. Entrambe le applicazioni sono valide, ma i gruppi sarebbero naturalmente predisposti a spingere una applicazione piuttosto che un’altra, senza valutare le possibilità degli altri. In realtà, le varie parti della società hanno utilizzato vari tipi di stampanti 3D a partire dagli anni ’90, dice. L’obiettivo di un impianto di produzione additiva separata, è di fare un passo successivo, centralizzando le competenze sull’AM in modo che questo stabilimento possa agire come un “hub” per collegare ogni parte della società che potrebbe trarne beneficio.

Ecco perché la nuova struttura è più accuratamente descritta come una fabbrica piuttosto che un laboratorio. Le parti reali sono prodotte qui, che siano prototipi, componenti fuorimercato o (eventualmente) parti di produzione.

Il raggio d’azione

 

Schmidt è un ingegnere specializzato in produzione additiva e, essendo anche parte della squadra dedicata per i nuovi impianti, contribuisce alla sua missione. Dato che però non si trova in Peoria, contribuisce sensibilmente; lavora infatti da un ufficio in Ohio e passa molto del suo tempo viaggiando verso altre strutture della società, alla ricerca di nuove opportunità per la produzione additiva. Come lui, anche altri ingegneri informati sull’Additive Manufacturing viaggiano spesso per lo stesso motivo, visitando diversi siti produttivi. Schmidt torna spesso all’Additive Manufacturing Factory e si coordina con il personale a distanza.

Un’attività routinaria del suo lavoro riguarda la formazione dedicata all’Additive Manufacturing. Una componente fondamentale di questo tipo di formazione è data dal’ evangelizzare-incoraggiare gli ingegneri a scoprire che la produzione additiva permette, e contemporaneamente richiede, un nuovo modo di pensare. La sua formazione varia da webinar di 1 ora a seminari di più giorni. Recentemente è tornato dalla conduzione di un seminario di due giorni per il personale in Germania.

Schmidt afferma che sono sempre di più gli ingegneri dell’azienda che comprendono la natura della stampa 3D e come essa sia in grado di mantenere le aspettative. La sua formazione inizia generalmente facendo un passo indietro: “Approfondisco solitamente sette o otto diversi processi di stampa 3D, sottolineando punti di forza e punti di debolezza di ognuno di essi”. Per molti, che fino ad oggi non capivano che “la stampa 3D” descrive un insieme di diversi processi, piuttosto che una singola operazione generica, si tratta di nuove informazioni. Caterpillar attualmente utilizza tutti questi processi, tra cui la stampa 3D in sabbia, una funzionalità recentemente acquistata dalla fonderia della società con base a Mapleton, Illinois.

Il secondo passo della formazione di Schmidt tratta il “come progettare in additivo”. Anche in quest ambito le possibilità vanno oltre quello che molti si aspettano. La possibilità di produrre forme elaborate che non possono essere create in qualsiasi altro modo è ben noto e in futuro Caterpillar sarà sempre più propensa ad avvalersi di tale libertà. Schmidt sottolinea inoltre la facilità di sperimentazione permessa da design multipli. Ad esempio, dal momento che la stampa in sabbia permette alla fonderia di produrre stampi senza bisogno di modelli, perché non creare diversi design leggermente diversi e sperimentarli tutti? Si tratta di un livello di libertà non tipico per il lavoro di fonderia e uno dei vantaggi che i progettisti devono capire.

Schmidt è entusiasta di far parte di questo nuovo processo aziendale. Una società come la Caterpillar non subisce restrizioni FAA o FDA, il che significa che può procedere con lo sviluppo di nuovi prodotti con l’Additive Manufacturing più rapidamente rispetto ad aziende facenti parte di altri settori.

Ed ancora: altri settori non possono trarre tutti i benefici della produzione. La riduzione del peso ne è un esempio. Le attrezzature, come le scavatrici, devono essere massicce, quindi un risparmio di peso in genere non è considerato un asset importante. Caterpillar, a differenza di altri produttori, saprà sfruttare le potenzialità della stampa 3D.

La strada verso la produzione

 

La società di Joe Taylor ha forse la visione più chiara su quanto la tecnologia di produzione additiva debba ancora evolversi prima di mantenere la promessa sui processi di produzione. L’ingegnere dedicato all’Additive Manufacturing supervisiona i processi dedicati a questa tecnologia proprio come ha supervisionato, prima di ricoprire questo ruolo, le risorse ed i dipartimenti di produzione tradizionali per gran parte dei suoi quasi 20 anni con Caterpillar.

Nella prototipazione, afferma, la stampa 3D consente di ridurre i costi per l’azienda in ogni momento. Questo è diventato di routine. In un recente caso, un insieme di 25 pezzi, stampati tutti insieme in 3D, la produzione additiva ha rivelato interferenze su cinque parti che non sarebbero mai state notate con i modelli CAD. In passato, problemi come questo potrebbero non essere mai scoperti fino alla produzione. Allo stesso modo, la prototipazione di condotti e valvole offre un metodo economico per testare e perfezionare il flusso del fluido prima che i progetti ufficiali vengono rilasciati.

Tuttavia, quando si tratta di produzione, ci sono altri fattori che influiscono sui costi. Il prezzo dei materiali è il primo tra questi. “Il costo del materiale in polvere deve abbassarsi”, dice. Questo è vero più per Caterpillar che per altri utenti. Infatti in settori come l’aerospaziale ed il medicale, impiegare metalli dal costo elevato è la norma. Ma i prodotti di Caterpillar sono realizzati in ferro, alluminio e acciaio.

A sentire Taylor ci si aspetterebbe che aggiunga alla lista di ostacoli anche le ridotte dimensioni di stampa della macchina, dato che di solito quando si pensa a Caterpillar la si associa alla produzione di grandi macchinari. Ma non è una ancora una preoccupazione – la maggior parte dei pezzi prodotti entra nei piatti di stampa delle macchine DMP di oggi. Piuttosto, afferma, la specifica limitazione che preoccupa è la velocità. Per costruire la base del filtro del carburante ci sono volute 80 ore. Una simile tempistica è accettabile per le parti di ricambio (forse), ma non per la produzione.

Eppure, un minor costo e una maggiore velocità non sono gli unici punti. Taylor commenta che dovranno cambiare anche altre funzionalità di base delle macchine per la produzione additiva. Le macchine in metallo, in particolare, richiedono troppa attenzione, dice. È necessario troppo coinvolgimento umano, visto il rapido turnover dei posti di lavoro. Anche se l’Additive Manufacturing fosse utilizzata solo per produrre ricambi, che di per sé sarebbe utile, solo questo uso richiederebbe un un funzionamento delle macchine 24/7 (e sarebbero necessarie molte più macchine). Fino ad oggi le macchine non sono state progettate per questo tipo di operazioni. Taylor immagina qualcosa come delle tramogge per alimentare continuamente nuovi materiali, con caratteristiche che velocizzano e semplificano la transizione di lavoro.

Questi cambiamenti sono probabilmente in arrivo. Forse arriveranno in 10 anni, o forse saranno qui in soli tre. Ma quando arriveranno dove sarà Caterpillar?

Conklin afferma che questa è la domanda a cui l’azienda sta cercando di rispondere con la Fabbrica dell’Additive Manufacturing, con gli sforzi in formazione ed in successi applicativi che ne seguono. Quando le capacità dell’AM saranno pronte per l’uso in produzione, non sarà possibile perderne i benefici e Caterpillar sarà pronta con un’azienda già gestita da persone che “pensano additivo” già da molto tempo e che sapranno sfruttare a pieno il suo potenziale.

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