Brose, fornitore di accessori per il settore automobilistico a livello mondiale, si serve della stampa 3D SLS per produrre parti per uso finale

Siamo sicuri che, se siete mai saliti su un'automobile, avete interagito con almeno uno dei prodotti di Brose. Con 25 000 dipendenti in 24 paesi, quest’azienda a gestione familiare è uno dei più grandi fornitori di primo livello del settore automobilistico. Collabora con 80 marchi automobilistici, oltre 40 fornitori e 50 produttori di biciclette elettriche.

A livello globale, circa la metà dei veicoli nuovi in commercio contiene almeno un prodotto Brose, tra cui vari componenti e sistemi meccatronici, come le strutture dei sedili, i componenti delle portiere e diversi comandi e motori elettrici.

Brose, tra le più innovative aziende tedesche, è in un'ottima posizione per integrare la produzione additiva nei prodotti e nel workflow di produzione. L'azienda utilizza varie tecnologie di produzione additiva per prototipi, strumenti e fissaggi. Il prossimo obiettivo è quello di inserirla nella produzione in serie. La nuova arrivata nella flotta di stampanti di Brose, la Fuse 1, la prima stampante 3D a sinterizzazione laser selettiva (SLS) da banco di Formlabs, è tra gli strumenti che accompagneranno l'azienda in questo percorso. 

Continua a leggere per scoprire l'esperienza con il nuovo dispositivo di Christian Kleylein, tecnologo per la produzione in serie di parti polimeriche tramite produzione additiva di Brose, e come l'azienda progetta di utilizzare la stampa 3D per la produzione in serie.

La produzione additiva è uno dei più recenti tra i settori di competenza principali di Brose. La produzione additiva è uno dei più recenti tra i settori di competenza principali di Brose.

Brose ha acquistato la sua prima stampante 3D FDM oltre dieci anni fa, ma presto si è aperta a quasi tutti gli altri processi di produzione additiva presenti sul mercato, dalla stereolitografia (SLA) ai processi a getto, fino alla sinterizzazione laser selettiva e a grandi parchi macchine di stampanti 3D per il metallo. 

La flotta di stampanti 3D di Brose è dotata di vari sistemi di stampa 3D SLS, dai piccoli apparecchi desktop fino alle più grandi stampanti industriali tradizionali. Hanno una lunga esperienza con questa tecnologia e sono stati una delle prime aziende in Europa a sperimentare la Fuse 1. 

Considerando che l’installazione e la messa in funzione di una delle macchine più grandi può richiedere una settimana, Kleylein è rimasto colpito dalla velocità del processo di installazione della Fuse 1.

"Installarla è molto semplice. Se avete una stanza chiusa con un sistema di aria condizionata, siete pronti. Non richiede molto spazio, e questo è un grande vantaggio. Non è necessaria alcuna fase di calibrazione; basta solo assicurarsi che sia in piano. Una volta collegata la stampante alla corrente, potete avviare la procedura di impostazione e stampare il giorno della consegna" afferma Kleylein.

"Abbiamo sottoposto la Fuse 1 a molti test. Abbiamo stampato un gran numero di parti con lo spessore minimo, e altre dal design molto sottile e allungato. Da queste sperimentazioni abbiamo riscontrato che anche quando c'era un errore nelle dimensioni, le parti variavano sempre nello stesso modo. Quindi una volta ottimizzato il processo, si riescono a ottenere parti finali molto precise dal punto di vista dimensionale" sostiene Kleylein.

Il team ha eseguito molte stampe sulla Fuse 1 per testarne i limiti, da cicli notturni di circa 12 ore a camere di stampa riempite al massimo della capacità con più di 1000 piccole parti, per un tempo totale di quattro giorni.

"La finitura superficiale è ottima, molto liscia, con pochissimi strati visibili. In questo modo le parti possono essere usate subito dopo essere state estratte dalla stampante e ripulite dai residui di polvere. Si possono realizzare molti dettagli precisi. Ad esempio, se vuoi stampare degli ingranaggi, otterrai delle belle parti rotonde" afferma Kleylein.

Con la Fuse 1, Formlabs punta a superare il divario tra stampanti SLS tradizionali e stampanti a basso costo di piccolo formato offrendo alta qualità, ingombro ridotto e flusso di lavoro completo e semplificato a un prezzo di gran lunga inferiore rispetto a quello dei sistemi SLS tradizionali.

"È più simile alle stampanti industriali che a quelle da banco. Con il laser a fibra, Formlabs ha sviluppato un sistema di scansione ottica tutto suo, e il fascio laser viene deviato nel modo corretto" sostiene Kleylein.

Si potrebbe pensare che per le parti del settore automobilistico siano più adatte stampanti di maggiori dimensioni, ma secondo Kleylein in volume di stampa della Fuse 1 è sufficiente per la maggior parte dei design di Brose.

"L'80% delle parti che stampiamo hanno all'incirca le dimensioni di un pugno, al massimo. Quindi possiamo realizzarle con la Fuse 1. Ci sono alcune parti che sono una via di mezzo e poi ci sono quelle davvero grandi" afferma Kleylein.

"La velocità di stampa è buona, e dopo l'ottimizzazione probabilmente aumenterà ancora. Ma come punto di partenza si ha una buona velocità di stampa e il giusto spazio per determinate applicazioni" sostiene Kleylein.

La Fuse 1 è inoltre accompagnata dalla Fuse Sift, una postazione di post-elaborazione che combina in un solo dispositivo l’estrazione delle parti, nonché il recupero, la conservazione e la miscelazione della polvere.

"In passato, con alcune macchine, l'attrezzatura di post-elaborazione non era inclusa. Bisognava progettarla da soli, pensando persino alla miscelatura. La Fuse Sift invece offre un ottimo sistema integrato. Ci sono ventole per estrarre la polvere, che permettono la riduzione al minimo delle attrezzature di sicurezza personali più limitanti. Setaccia la polvere, così le particelle troppo grandi per essere filtrate vengono raccolte per essere riciclate. La polvere viene miscelata e così puoi controllare il tuo tasso di rigenerazione. Se ti servono delle proprietà specifiche, puoi stampare con polvere nuova al 100% o polvere usata al 100%. Basta inserirla nel miscelatore e la polvere viene distribuita correttamente" afferma Kleylein.

Kleylein ha riscontrato che produrre parti SLS con la Fuse 1 generalmente non richiede interventi, ma soltanto tempi e sforzi ridotti per la preparazione delle nuove stampe, la manutenzione della stampante e la post-elaborazione delle parti.

"Si può posizionarla in un piccolo laboratorio, e a una persona basterà solo un quarto del suo tempo per completare tutte le operazioni necessarie. Il software gratuito è efficiente e il processo di stampa è paragonabile a quello delle stampanti più grandi, quindi è veloce da preparare" sostiene Kleylein.

"È una stampante molto adatta ai parchi stampanti. Si presta molto bene alla pianificazione e funziona senza pause. Il fatto di poter stampare 24 ore su 24, 7 giorni su 7 è un grande vantaggio. Non abbiamo momenti di inattività. Può capitare solo se il lavoro di stampa non è abbastanza pieno e si interrompe durante il fine settimana" afferma Kleylein.

Inizialmente Brose prevede di utilizzare la Fuse 1 per la prototipazione funzionale così da trarre vantaggio dai tempi di produzione rapidi e dal materiale, la Nylon 12 Powder, che offre proprietà simili a quelle dei materiali attualmente impiegati dall'azienda per la produzione. Ma il team di Kleylein sta già validando parti e studiando casi specifici per le prime applicazioni per utilizzo finale, e i principali candidati sono le parti di ricambio e quelle alla fine del ciclo di vita. 

Quando un modello di automobile non è più in commercio, i fornitori hanno comunque l'obbligo di fornire parti di ricambio. Di solito questo significa cercare di stimare quante parti di ricambio occorreranno, iniettarle tutte per lo stampaggio e poi conservarle in magazzino.

"Questo è un grande spreco di risorse, di spazio e di denaro. Stampando le parti in 3D non avremo bisogno di conservare gli stampi a iniezione e le parti per i successivi 15 anni. C'è molta richiesta di parti di ricambio e parti alla fine del ciclo di vita, perché questi prodotti si esauriscono, e abbiamo molte parti in plastica realizzate tramite stampaggio a iniezione. Se riusciamo a conservarle correttamente e arrivare a un'alta densità, abbiamo un buon rapporto costi-benefici" spiega Kleylein.

La sinterizzazione laser selettiva è una tecnologia ideale per la produzione sotto molti punti di vista:

• È in grado di creare parti di alta qualità con proprietà simili a quelle delle parti realizzate tramite stampaggio a iniezione.

• Può essere implementata in un ambiente di produzione.

• È uno dei processi di produzione additiva più puliti e con meno sprechi, cosa che sta diventando sempre più importante nella produzione.

"Si possono usare polimeri tecnici per produrre parti tecniche, e non servono supporti. Anche la post-elaborazione è molto pulita, e le parti hanno pochissima polvere residua, anche prima della sabbiatura" sostiene Kleylein.

"Alcuni dei clienti di Brose sono molto favorevoli a questa tecnica: apprezzano il nostro tentativo di stampare praticamente senza sprechi. Possiamo riutilizzare la polvere, così non dobbiamo buttarla via. E non ci sono altre sostanze chimiche da riciclare. Entro la fine dell'anno puntiamo a ridurre a zero gli sprechi per tutte le nostre macchine a sinterizzazione laser selettiva" conclude Kleylein.

Naturalmente l'obiettivo finale è quello di utilizzare la sinterizzazione laser selettiva per realizzare in serie parti per prodotti automobilistici di nuova generazione, che secondo Christian arriveranno in un futuro molto vicino.

Per raggiungere questo obiettivo sono necessari due cambiamenti fondamentali: la presa in considerazione della produzione additiva durante lo sviluppo di prodotto a partire dalla fase di design e un ulteriore calo del costo dei materiali e degli apparecchi. 

"Il maggiore ostacolo è fare in modo che i designer di prodotto siano davvero consapevoli delle possibilità fornite dalla stampa 3D e prendano la decisione di stampare in 3D le parti. Non si avrà mai un buon rapporto costi benefici con componenti progettati per lo stampaggio a iniezione. Bisogna progettare in funzione del processo" prosegue Kleylein.

"Occorre valutare la quantità di pezzi che si progetta di stampare e l'efficienza dei sistemi di produzione tradizionali. Una volta che la proposta di valore è corretta, produrremo una parte con il sistema di produzione più efficiente possibile. Non ci serviremo a tutti i costi della stampa 3D, ma se è il modo migliore per produrre una determinata parte, approfitteremo di questa tecnologia" afferma Kleylein.

Abbassando la barriera di ingresso per la stampa 3D SLS, la Fuse 1 svolgerà un ruolo fondamentale nel rendere possibile questa svolta nella produzione. Brose ha già pianificato di continuare a espandere rapidamente le sue capacità di stampa 3D. Il loro secondo laboratorio per la produzione additiva di plastiche è in costruzione negli Stati Uniti, e presto riceverà la prima Fuse 1.