SIMPRO CONNETTORI 3D

SIMPRO è leader mondiale nella fornitura di impianti per il collaudo dei motori dei più importanti brand automotive. Un percorso di continua innovazione tecnologica spinge l’azienda torinese a testare continuamente nuove soluzioni, ai fini di migliorare tutti quei dettagli che contribuiscono a garantire la perfetta efficienza dei suoi prodotti. Per raggiungere questi obiettivi, è nata la collaborazione con Protocube Reply, volta ad individuare soluzioni additive manufacturing utili ad ottimizzare i processi di progettazione e produzione dei componenti industriali.

RE-DESIGN DEI CONNETTORI ELETTRICI

Dopo una prima fase di collaborazione, costituita da una dettagliata analisi dei processi e dei componenti degli impianti di collaudo, si è valutato di ricercare una soluzione alternativa per i connettori elettrici. Il connettore “tradizionale”, pur molto valido in termini di performance, presenta infatti un numero di elementi piuttosto elevato, che costituisce un fattore di criticità per quanto riguarda i tempi di produzione ed assemblaggio, a fronte di un prodotto caratterizzato da un costo molto contenuto (prodotto in nylon PA-12 con sistemi CNC).

I connettore è stato dunque riprogettato integralmente in 3D, sfruttando le possibilità offerte dall’additive manufacturing. Rispettando i medesimi requisiti in termini di resistenza meccanica, il design ha prodotto un sistema di componenti di soli 7 elementi, contro i 13 del connettore tradizionale.

Il connettore prodotto con tecnologie CNC presenta molti elementi e le parti flessibili sono risolte da sistemi a molla (credit: Protocube Reply)

Il connettore riprogettato con una metodologia basata sull’additive manufacturing consente di ridurre drasticamente il numero degli elementi, integrando totalmente il sistema di leva grazie alla flessibilità del materiale (credit: Protocube Reply)

RUOLO DELLA STAMPA 3D NELLA PROGETTAZIONE

La manifattura additiva consente di rivoluzionare non soltanto gli aspetti legati alla produzione, ma ancor più quelli legati alla progettazione, offrendo molte più soluzioni ai designer che ne conoscono le peculiarità, su tutte l’assenza di vincoli di forma. Ciò consente di lavorare su linee morbide, decisamente più ergonomiche rispetto a quelle realizzabili con i sistemi tradizionali.

Utilizzare la stampa 3D per fare in modo differente ciò che si è già in grado di fare con i metodi tradizionali è un approccio per molti versi limitante. La vera rivoluzione parte dal design (credit: Protocube Reply)

L’analisi dei connettori elettrici ha portato a definire tre macro-obiettivi da raggiungere in sede di riprogettazione dell’elemento (credit: Protocube Reply)

TESTING E SCELTA MATERIALI / SISTEMA DI PRODUZIONE

Il connettore è stato prototipato in molte varianti per essere sottoposto ad una serie di severissimi test chimici (resistenza oli e gas) e meccanici (verifica sotto stress delle sezioni minime). L’obiettivo è stato confrontare soluzioni differenti. Tra le opzioni considerate, si è scelto di procedere alla produzione del lotto da 300 pezzi con il materiale PA-12 stampato in 3D con la HP Jet Fusion 3D 4200. In particolare, tale accoppiata, si è rivelata convincente soprattutto in tre frangenti:

• Elevata resistenza chimica e meccanica, dovuta ad una porosità inferiore rispetto ad altre soluzioni valutate. Il materiale, molto compatto, ha inoltre fornito ottime garanzie in fatto di durevolezza;
• Possibilità di realizzare parti flessibili, eliminando totalmente la necessità di molle metalliche nel sistema leva;
• Tecnologia di stampa che non necessità della creazione di supporti.

VANTAGGI DELL’ADDITIVE MANUFACTURING PER UNA AZIENDA

Il confronto tra i due metodi di produzione (CNC e Stampa 3D) è stato attentamente monitorato in ogni fase ai fini di quantificare i vantaggi effettivi che l’additive manufacturing può implementare nell’arco di un intero lotto di produzione. Come previsto in sede di progettazione, i risultati sono stati molto confortanti, andando per certi versi anche oltre le aspettative.

• produzione 300 pezzi – 24 ore per i connettori in stampa 3D, 110 ore per i connettori CNC.
• assemblaggio 300 pezzi – risparmio di circa 25 ore complessive (mediamente un connettore realizzato in stampa 3D ha richiesto 5 minuti in meno rispetto ad un connettore tradizionale).

Produrre ed assemblare un lotto di 300 connettori elettrici in stampa 3D ha dunque consentito di risparmiare oltre 100 ore, nella prospettiva di una ricaduta esponenziale nel caso di volumi di produzione ancora maggiori: la dimostrazione pratica che la stampa 3D, se utilizzata in modo consapevole, può generare vantaggi significativi anche nella produzione seriale.

Per quanto riguarda il processo produttivo, un ulteriore fattore che porterebbe a preferire l’utilizzo della stampa 3D è legato ad una maggior eco-sostenibilità. Se la fresatura dei sistemi tradizionali produce scarti mediamente elevati di materiale non riutilizzabile, la stampa 3D con materiali come il PA-12 certificato da HP consente scarti minimi ed elevate percentuali di riutilizzo.

Fasi di test eseguite con le due tipologie di connettori elettrici (CNC, a sinistra; Stampa 3D, a destra) – (credit: Protocube Reply)

INDUSTRIA 4.0: UNA RIVOLUZIONE GRADUALE E SOSTENIBILE

La ricerca applicata di SIMPRO ha garantito all’azienda conoscenze approfondite in materia di utilizzo di metodologie di progettazione innovative per i suoi connettori elettrici, quantificando in maniera dettagliata i vantaggi che derivano da una corretta implementazione. Un valore aggiunto che potrà essere adeguatamente reinvestito anche in altri processi, ottimizzandoli in maniera graduale e sostenibile, senza alcuna esigenza di stravolgere le metodologie in atto.