Additive Manufacturing: CAD, CAE e Reverse Engineering Technology

ADDITIVE MANUFACTURING

Cos'e? L'Additive Manufacturing (AM) è la modalità di produzione che consente la realizzazione di parti componenti, semilavorati o prodotti finiti attraverso stampanti 3D professionali che lavorano utilizzando la tecnologia additiva.ADDITIVE MANUFACTURING Il principio elementare dell'Additive Manufacturing è di generare un pezzo o un prototipo usando un modello CAD (Computer-Aided Design) senza il bisogno di pianificare il processo di fabbricazione.

Significato dell'Additive Manufacturing

EnderADDITIVE MANUFACTURING Significa che: · La forma del pezzo da stampare non condiziona il metodo in cui il tale pezzo è costruito · L'uso dell'AM non necessita un conoscenza tecnica elevata del processo dalla parte del progettista

Costruzione del Pezzo in AM

EnderADDITIVE MANUFACTURING Nell'AM, un pezzo è costruito aggiungendo materiale in strati, dove ogni strato è costituito da una sottile sezione del modello CAD originale. Più sottile lo strato, più alta la risoluzione dello stampo e la somiglianza al modello CAD di base. I CAD Strati Spessi Strati Sottili

RAPID PROTOTYPING VS ADDITIVE MANUFACTURING

Inizialmente, la tecnologia dell'Additive Manufacturing era chiamata anche Rapid Prototyping (Prototipazione Rapida). Questo è dovuto al fatto che inizialmente la tecnologia era usata principalmente come un mezzo per realizzare nuovi prototipi nella fase di progettazione di disegno in un modo relativamente veloce.RAPID PROTOTYPING VS ADDITIVE MANUFACTURING A parte questo, oggi l'Additive Manufacturing è considerato anche come un metodo di fabbricazione di massa che può essere usato sia da solo, sia insieme ad altri metodi in un processo di filiera. Sviluppi nella tecnologia hanno anche consentito a questo metodo di ridurre i tempi e costi di produzione per alcuni prodotti dalla geometria particolare (inclusi quelli metallici!) rispetto a processi tradizionali.

3D PRINTING

PROCESSO ADDITIVE MANUFACTURING

Il metodo AM può essere diviso nelle seguenti sezioni:

1. Disegno CAD
2. Conversione CAD a STL
3. Trasferimento del file STL alla stampante 3D
4. Messa a punto delle impostazioni della stampante
5. Fabbricazione
6. Rimozione pezzo
7. Post-processing

Fasi del Processo Additive Manufacturing

PROCESSO ADDITIVE MANUFACTURING . 3 4 2 5 6 1 1 CAD 7 2 STL convert 3 File transfer to machine 8 4 Machine setup 5 Build 6 Remove 7 Post-process 8 Application

1. CAD: Realizzazione del Modello Digitale

1. CAD Il processo parte dalla realizzazione di un modello digitale che descrive la geometria esterna del pezzo da stampare. Questo significa che il modello deve essere: · Un modello 3D solido o · Una superficie rappresentativa 3D Modelli 2D non sono consentiti!

Metodi per Produrre un CAD

1. CAD Metodi per produrre un CAD: 1. Computer-Aided Engineering 2. Reverse Engineering Technology 3. Haptic-Based Design

Computer-Aided Engineering (CAE)

1. CAD Computer-Aided Engineering (CAE) · Realizzando sistemi digitali 3D tramite software come Solidworks®, Creo®, Autodesk®, etc ... · È possibile fare simulazioni che prevedono la prestazione del stampo utilizzando software di Elementi Finiti (Finite Element Method [FEM]) e effettuare cambiamenti rispetto ai risultati ottenuti

Esempio di CAE: Stress Analysis

1. CAD Computer-Aided Engineering (CAE) 1 Injection Molding 2 3D Printing - FDM Stress [Pa] RESU __ RGM_NOEU Magnitude 1.000€+07 7.47€+6 4.956+6 2.490+6 4.000e+04 Note: Stress is Principal

Reverse Engineering Technology

1. CAD Reverse Engineering Technology · Processo che permette di ottenere informazioni sulla geometria da un oggetto esistente e di usarla per ricostruire un simulacro digitale. · Il simulacro digitale è realizzato tramite 3D 'image scanning'

Tecnologia di Reverse Engineering (RE)

1. CAD Reverse Engineering (RE) Technology · Una fotocamera digitale scatta foto dell'oggetto da vari angoli e direzioni. · Questi foto sono usati per generare una 'point- cloud' - serie di punti non-connessi nello spazio · Utilizzando software di RE, questi punti vengono connessi per formare una superficie 3D

Scanner Laser per Reverse Engineering

1. CAD Reverse Engineering (RE) Technology · Una laser scanner può essere usato per ottenere il contorno di un oggetto e riprodurne la superficie

Tomografia Computerizzata (CT) in RE

1. CAD Reverse Engineering (RE) Technology · Computerized Tomography (CT - TAC) viene usata per scansionare sia l'interno, sia l'esterno di un oggetto · Utilizza X-rays ad alta energia che scansionano strato per strato l'oggetto · Lo stesso metodo può anche essere usato utilizzando la risonanza magnetica A B C D E

Applicazioni della Reverse Engineering Technology

1. CAD Reverse Engineering (RE) Technology è usata principalmente per: · Realizzare modelli CAD di oggetti esistenti che hanno forme irregolari o molto complesse, in modo da ricostruirle tramite software CAE. · Riprodurre e studiare strutture biologiche e manufatti storici senza danneggiarli · Progettare e realizzare impianti medici come protesi, scaffold e denti

Haptic-Based Design

1. CAD Haptic-Based Design · Uno nuovo sistema che consente al progettista di 'toccare' il modello digitale · Utilizza un sistema tattile robotico che genera una forza di reazione che corrisponde al modello CAD · Utilizzata più da artisti e designer che da ingegneri

II. CONVERSIONE DEL CAD A STL

1I. CONVERSIONE DEL CAD A STL Dopo aver generato un modello CAD, il passo successivo è di convertirlo in un formato STL (.stl)

Formato STL per la Stampa 3D

1I. CONVERSIONE DEL CAD A STL Il formato STL è una forma molto ridotta del modello CAD originale che mantiene soltanto la superficie esterna chiusa del modello fatta da poligoni (di solito triangoli) Questo formato consente alla stampante di AM di calcolare il numero di strati nel modello necessari al processo di stampaggio.

III. TRASFERIMENTO FILE ALLA MACCHINA AM

I1I. TRASFERIRE FILE ALLA MACCHINA AM Il file STL è trasferito alla macchina AM o al software che controlla la macchina. A questo punto si deve: · Verificare che la scala del file sia corretta · Fissare la posizione e orientazione del oggetto sul vassoio · Controllare il file STL per identificare che non ci siano errori nella conversione e trasferimento del file

IV. IMPOSTAZIONI DELLA STAMPANTE

IV. IMPOSTAZIONI DELLA STAMPANTE Fissare le impostazioni come: · Materiale di stampaggio · Spessore degli strati · Temperatura · Tempistica · Supporti - 1 X P Print Studio File Edit Help Sire Position Retsso Support RIGHT Auto Supports Dat Supports Autodesk Ember Printer Type 1 0 Modeit's are now ready to prire Preview Print SPARK POWERED 1:52 PM Ask me anything X F 4/22/2015

V. STAMPAGGIO

V. STAMPAGGIO La macchina AM stampa il pezzo. Questo passo è autonomo e si deve soltanto controllare che ci sia materiale base a sufficienza per completare lo stampaggio

VI. TRASFERIMENTO DEL PEZZO

VI. TRASFERIMENTO DEL PEZZO Dopo che lo stampaggio è completo, il passo successivo è rimuovere il pezzo dal vassoio della stampante senza danneggiarlo. La difficolta di questo passo dipende da: · Forma dell'oggetto · Materiale usato · Presenza/assenza di supporti

VII. POST-PROCESSING

VII. POST-PROCESSING Questo è il passo finale di trattamento del oggetto stampato e include: · Trattamenti chimici e/o termici · Rimozione supporti · Trattamenti di pulizia e finitura superficiale

BENEFICI DEL ADDITIVE MANUFACTURING

1. Rapidità dell'AM

L'AM ha varie pregi rispetto a metodi tradizionali di produzione: 1. È rapido - sia in termini di tempi fisici di costruzione dei pezzi, sia in termini del tempo di sviluppo del oggetto. Non c'è bisogno di pensare al processo di fabbricazione dopo la realizzazione del modello CAD.

2. Riduzione dei Passi di Processo

2. Riduce il numero di passi di processo - la complessità del modello CAD non determina il numero di passi di processo - la costruzione in AM è eseguita in un solo passo

3. Versatilità dell'AM

3. È versatile - Fare modifiche al modello CAD non richiede un cambio del processo di fabbricazione. Es. Un sistema con tre fori orientati nella stessa direzione e tre orientati in direzioni diverse sono costruiti nello stesso modo in AM

4. Semplificazione del Processo di Fabbricazione

4. Semplifica il processo di fabbricazione - eliminando passaggi e processi multi-step che da solito definiscono la produzione di pezzi complessi. La progettazione è meno complessa.

AM VS CNC (O TECNOLOGIE TRADIZIONALI)

AM VS CNC (O TECNOLOGIE TRADIZIONALI) Computer Numerical Control (CNC) è una tecnologia di manifattura controllo numerico più evoluta rispetto a centri di foratura o torni paralleli tradizionali La differenza principale e che la tecnologia funziona nell'opposto modo di AM - il CNC asporta materiale invece di aggiungere. AM - additive method CNC - subtractive method

SUBTRACTIVE VS ADDITIVE

SUBTRACTIVE VS ADDITIVE Pietà Bandini, 1550, subtractive method, marmo Michelangelo: «la scultura è quella che si fa per forza di levare» Love is a verb, 2018 additive method Plastilina Tatiana Brodatch: «Plasmare la materia sconfigge i miei problemi»

Vantaggi e Svantaggi di AM e CNC

AM VS CNC Entrambi AM e CNC hanno i loro vantaggi e svantaggi e hanno usi distinti. La tecnologia CNC è più vecchia e stabile nel mondo industriale, ma per alcuni prodotti ora conviene usare AM per applicazione che tradizionalmente usano CNC.

1. Velocità: Confronto tra AM e CNC

AM VS CNC 1. Velocità · In generale un CNC impiega meno tempo a rimuovere uno stesso volume di materiale rispetto a quanto impiega AM per depositare lo stesso volume. · Il processo complessivo per realizzare un oggetto tramite CNC è più impegnativo - è un processo a più passi e richiede un tempo significativo di setup e pianificazione mentre AM è un processo a singolo passo.

Velocità di Produzione: AM vs CNC

AM VS CNC 1. Velocità · Il CNC richiede almeno un piazzamento e a volte un riposizionamento dell'oggetto durante la fabbricazione. · AM può essere usato per stampare pezzi multipli nello stesso tempo, mentre per CNC è più difficile. Con AM lo spazio nella piattaforma di stampo e l'unico vincolo mentre in CNC ci sono molti altri fattori da considerare. · Complessivamente, il processo AM è normalmente più veloce di CNC per un singolo pezzo. Se la numerosità aumenta il rapporto si inverte. Lo stesso vale per il costo e per il tempo.

2. Complessità Geometrica: AM vs CNC

AM VS CNC 2. Complessità Geometrica · AM consente la fabbricazione di oggetti con geometrie anche molto complesse che non possono essere realizzate tramite CNC · Il CNC è vincolato dal fatto che l'utensile deve riuscire a raggiungere ogni parte della superficie che verrà lavorata. · Questo significa che per pezzi complessi un esperto nell'ambito di CNC deve analizzare e trovare il miglior percorso utensile per realizzare l'oggetto. A volte è necessario/conveniente realizzare più pezzi da assemblare dopo la produzione.

Limiti di Lavorazione CNC

AM VS CNC The cavity here may be too deep to machine The undercut here cannot be performed without more than 3 axis machining Sharp internal features cannot be machined without a tool radius Base cannot be machined since machine must hold using a fixture