Volvo Car Gent e Materialise hanno scoperto che aumentando le prestazioni e semplificando la fornitura di strumenti e dispositivi, è possibile sbloccare risparmi, spazi di produzione e altro ancora. Come? Utilizzando una combinazione di parti stampate in 3D e parti standard già pronte, per creare soluzioni su misura più velocemente. Ecco una maschera di incollaggio che combina tutti i componenti precedenti in un'unico strumento, pesa il 64% in meno e può essere consegnata in sole due settimane a quasi la metà del prezzo della precedente maschera.

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Le attuali linee di produzione delle automobili sono rapide, complesse e orchestrate alla perfezione. Sono linee che fanno grande affidamento sulla tecnologia e sull’automazione ma anche su utensili e attrezzi realizzati specificamente per una singola linea o addirittura per un singolo modello di automobile.

Questi componenti unici realizzati su misura vengono di rado presi in considerazione quando si tratta di innovare la linea di produzione. Volvo Car Gent e Materialise hanno dato una svolta a questo. Insieme, abbiamo scoperto che se si incrementano le prestazioni e si ottimizza la fornitura di utensili e attrezzi è possibile risparmiare, ottenere più spazio di produzione e aprire molte altre possibilità. In che modo? Utilizzando una combinazione di parti stampate in 3D e parti disponibili in commercio per creare soluzioni su misura in modo più rapido. Il primo caso: un attrezzo di incollaggio che assiste gli operai nell’applicare varie combinazioni del logo Volvo, numero di modello e altri elementi sul vano portabagagli di tutte le nuove automobili.

Il nuovo sistema di incollaggio combina in un unico attrezzo tutti i componenti precedenti, pesa il 64% in meno e può essere consegnato in sole due settimane a un prezzo quasi dimezzato rispetto all’attrezzo precedente.

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Stampa delle linee di produzione: iniziare in piccolo

Quasi la metà della produzione annuale di automobili Volvo (533.000 in totale nel 2016) proviene dalla linea di assemblaggio della Volvo Car Gent che ha sede nella città di Gand, in Belgio. Questo stabilimento si occupa dei modelli XC60, S60 e V40, nonché delle rispettive versioni Cross Country, producendo quasi 57 automobili l’ora per i clienti di tutto il mondo. È un ambiente veloce e complesso, che non concede spazio agli errori.

Un passaggio piccolo ma cruciale nell’assemblaggio di ogni Volvo consiste nel “firmare” ogni auto con il logo, il numero di modello e altri contrassegni. Questi elementi variano da un’automobile all’altra ma devono essere applicati in modo accurato e uniforme, procedendo rapidamente e senza procurare danni alla vernice del vano portabagagli. In precedenza, questa operazione veniva eseguita utilizzando diversi pesanti attrezzi di incollaggio: dei modelli che gli operai dovevano sollevare sul retro dell’automobile per poi posizionare i contrassegni giusti al posto giusto, con l’allineamento corretto.

Hannes Wauters, Equipment Engineer in Volvo Car Gent, è sempre in cerca di opportunità di miglioramento per questo genere di ausili e attrezzi di produzione. Lavorando insieme a Materialise, Hannes e il suo team hanno identificato negli attrezzi di incollaggio l’esempio perfetto per un attrezzo della linea di produzione stampato in 3D.

Spiega Hannes: “Con gli ausili alla produzione spesso abbiamo bisogno di riparazioni rapide per mantenere attiva la linea; per questo motivo spesso ripieghiamo per questi attrezzi sui metodi di produzione tradizionale, in quanto sono quelli con cui abbiamo già una certa familiarità. Spesso non abbiamo il tempo per sperimentare ma quando si presenta un’opportunità per imparare cose nuove la cogliamo al volo. Il nuovo attrezzo di incollaggio era destinato ai modelli in produzione da gennaio 2017, quindi abbiamo avuto un po’ di tempo in più per svilupparlo. Avevamo già un paio di componenti stampati in 3D sui vecchi attrezzi, perciò questa è stata una grande opportunità per provare direttamente i vantaggi dei metodi di produzione additiva durante la progettazione di una parte ex novo.”

Via il vecchio: ingombrante, soggetto a danni e difficile da riparare

Gli attrezzi precedenti avevano una struttura con saldature ed erano alquanto pesanti. L’attrezzo era difficile da calibrare e aveva tolleranze fino a +/- 2 mm. Si rompeva con facilità in caso di cadute accidentali e aveva dei lunghi tempi di consegna: almeno 6 settimane. I requisiti per il nuovo attrezzo erano l’allineamento accurato, la ripetibilità e la necessità di non lasciare segni sulla vernice. Inoltre, la parte doveva essere al contempo robusta e leggera.

Continua Hannes: “La caratteristica per noi più importante era la durabilità. Un attrezzo come questo per l’incollaggio deve essere in grado di sopportare un ambiente industriale difficile.”

Verso la modularità: l’attrezzo di incollaggio reinventato attraverso la stampa 3D

3D-printed jig for Volvo Car Gent

Mathieu Cornelis, Account Manager in Materialise, spiega il processo attraverso il quale Materialise ha individuato il nuovo design: “Quando abbiamo sottoposto l’attrezzo per incollaggio a una prima valutazione sulle potenzialità di stampa 3D, abbiamo subito pensato che, pur essendo un attrezzo abbastanza ingombrante, non doveva essere necessariamente un componente singolo stampato in 3D. Per questo abbiamo iniziato a studiare i materiali leggeri, resistenti alla distorsione e meno sensibili alle temperature disponibili come fornitura standard, per ottenere rapidamente le dimensioni della struttura senza aggiungere peso. Avremmo potuto successivamente impiegare la produzione additiva per i particolari più dettagliati dell’attrezzo.”

Il team ha scelto di usare tubi standard in carbonio come struttura di base, estremamente leggera, quindi ha progettato punti di connessione, cuscinetti e paracolpi stampati in 3D per unire tali elementi. L’approccio modulare ha reso possibile impiegare una serie di tecnologie e materiali differenti per sfruttarne le rispettive specifiche proprietà. Ad esempio, i paracolpi sono stati stampati utilizzando il TPU (poliuretano termoplastico), per le sue caratteristiche simili alla gomma e l’alta durabilità. Questo garantisce all’attrezzo di non subire danni in caso di cadute.

I punti di connessione sono stati stampati in PA-12 (un poliammide), materiale particolarmente adatto a parti complesse e ad incastro. I canali per la colla appositamente progettati, ottenibili solo con la stampa 3D, tra questi punti di connessione e i tubi in carbonio garantiscono l’incastro meccanico oltre al legame adesivo tra le parti.

Tolleranze di precisione, facilità di calibrazione, in un attrezzo davvero bello nella sua unicità

Uno speciale strumento di calibrazione è stato inserito in sostituzione del processo precedente, soggetto ad errori, che comportava la calibrazione dell’attrezzo su un vano portabagagli separato, le cui dimensioni possono variare in funzione della temperatura ambiente. Grazie a questa facilità di calibrazione e alla struttura dell’attrezzo stesso realizzata in modo molto più accurato, il nuovo attrezzo di incollaggio raggiunge tolleranze inferiori a 0,2 mm.

Il risultato complessivo è un attrezzo che costa il 48% in meno, è più leggero del 64% e può essere assemblato molto rapidamente. Riesce a sfruttare al meglio le proprietà dei singoli componenti, oltre a combinare in un unico attrezzo i modelli di incollaggio per tutte le combinazioni possibili. La sua natura modulare ne facilita la regolazione, la calibrazione e la riparazione.

 

  Conclude Hannes:

“La precisione del nuovo attrezzo mi ha davvero sorpreso. Ora possiamo ottenere tolleranze molto più rigorose e aspettarci una riduzione del tasso di scarti e rifacimenti. I nostri operai di linea lo adorano. Il nuovo attrezzo è più maneggevole e molto più leggero. Gli operai non devono preoccuparsi del rischio di romperlo e l’ergonomia è stata incredibilmente migliorata. I ragazzi non tornerebbero mai al vecchio attrezzo!"

 

“La cosa più importante di tutte, però, è stata la grande opportunità di apprendimento che ha rappresentato per noi questo progetto. Ci ha davvero insegnato a “pensare additivo” e ci ha dato una marcia in più per permetterci di continuare a migliorare la nostra linea. Infine, anche se questo potrebbe apparire di scarsa importanza, il nuovo attrezzo ha un aspetto incredibilmente accattivante e moderno. Quando mi capita di accompagnare dei visitatori lungo la linea, mi fermo proprio davanti all’attrezzo di incollaggio, perché è davvero fantastico. Può sembrare una piccolezza ma mi rende davvero orgoglioso del mio lavoro.”