Come ottenere un design alleggerito e un prodotto durevole: Collaborazione e simulazione rendono la guarnitura in titanio stampata in 3D di Alugear il 50% più leggera

Come molti produttori, Alugear era consapevole dei vantaggi della stampa 3D, ma incerta su come adottare la tecnologia con successo. Chi meglio di Materialise poteva supportarli?

La nostra reputazione come partner di produzione è stata un fattore alla base di questa decisione, ma non il più importante. È stata piuttosto la nostra capacità di guidarli attraverso l'intera esperienza di implementazione tecnologica, combinando l'esperienza di progettazione con la scalabilità della produzione - contribuendo a ridurre i costi e a rendere il progetto fattibile - a rendere la partnership così interessante. 

"Non stampiamo solo pezzi", afferma Simone Cannella, Innovation Manager di Materialise. "Industrializziamo sia il prodotto che il processo produttivo per garantire che il business case sia solido e sostenibile." Questo approccio, aiuta i clienti a creare prodotti migliori e dimostra che la stampa 3D è la tecnologia ideale. E' ciò che ci distingue nella stampa 3D".

E così è iniziato un percorso entusiasmante per introdurre la stampa 3D nel ciclo produttivo convenzionale di Alugear.

Come in tutti i casi di successo, il primo passo è stato quello di individuare l'applicazione giusta attraverso un'analisi collaborativa del portafoglio prodotti. La guarnitura per mountain bike di alta gamma si è distinta come candidata ideale per la stampa di parti in 3D.

"Quando abbiamo scoperto la possibilità di creare una guarnitura più leggera e resistente, in grado di funzionare in una varietà di discipline, abbiamo capito che era il componente perfetto per iniziare il nostro viaggio nella stampa 3D", afferma Dawid Dyngosz, co-fondatore di Alugear. "Sapevamo che la stampa 3D avrebbe fornito i vantaggi prestazionali che cercavamo e Materialise era il partner giusto per portarci dall'idea alla produzione. È stata la loro esperienza nella stampa 3D a spingerci a perseguire questo progetto".

La stampa 3D è ideale per creare componenti resistenti e leggeri, con Alugear si è creato un unico sistema che potesse essere adattato a diverse discipline, dalla MTB alle bici da corsa garantendo la massima qualità ai ciclisti professionisti. Le pedivelle in titanio sono molto più leggere e resistenti delle controparti prodotte tradizionalmente, superando al contempo i severi requisiti di resistenza alla fatica della norma ISO 4210.

Ulteriore attenzione è stata dedicata alla post-lavorazione, in quanto Alugear esegue fasi aggiuntive per ogni pezzo nel proprio stabilimento. I team dovevano assicurarsi che il progetto finale rimanesse entro tolleranze specifiche. La finitura CNC garantisce l'uniformità della superficie su ogni esemplare.

"È stata una parte particolarmente complessa del processo", ricorda Simone. "Abbiamo dovuto trovare il punto di equilibrio tra le proprietà meccaniche e le prestazioni delle parti, fornendo una progettazione adeguata per il post-processo. Il tutto controllando il costo del progetto, l'orientamento di costruzione e i nostri parametri di stampa. Questi aspetti di solito sono in conflitto l'uno con l'altro, quindi trovare il giusto equilibrio è stato fondamentale per far sì che le cose accadessero davvero".

Le prove meccaniche e le funzioni di simulazione nel software di Materialise Magics hanno aiutato i team a mantenere il processo sotto controllo. Dopo aver calibrato il software con i nostri parametri di stampa 3D ed eseguito complesse simulazioni per stimare le deformazioni dopo stampa, i parametri sono stati ottimizzati per garantire che ogni pezzo rimanesse in specifica.

"In primo luogo, abbiamo co-progettato i pezzi per i casi di carico specifici, quindi abbiamo allineato le geometrie risultanti alla tecnologia di produzione. Abbiamo simulato il pezzo stampato, valutato il suo comportamento, confrontato con le esigenze di post-elaborazione e di resistenza, quindi apportato le correzioni necessarie", racconta Simone. "Ciò ha richiesto diverse iterazioni, prima per ottenere un pezzo grezzo ideale per il post-processo, ed ulteriori varianti per avere il pezzo finale ideale post-processato".

Una volta soddisfatti dei risultati di queste simulazioni, abbiamo creato una piattaforma di costruzione ad hoc, ottimizzando requisiti di produzione e qualità dei pezzi. Con l'intero processo di produzione definito, Alugear ha potuto costruire quattro lunghezze della sua pedivella in titanio simultaneamente, garantendo caratteristiche ripetibili ed aprendo la strada alla produzione in serie.

"L'obiettivo non era quello di stampare un pezzo il più velocemente possibile", spiega Dawid. "Si trattava di combinare diverse soluzioni produttive critiche mantenendo un peso ridotto, un'incredibile resistenza e un design eccellente. Le simulazioni ci hanno permesso di individuare i problemi prima che si presentassero e abbiamo sottoposto i prototipi successivi a prove di fatica reali presso Alugear. Solo così abbiamo trovato la combinazione perfetta, che ci ha permesso di ottimizzare i costi di produzione". 

Il risultato è una guarnitura in titanio cavo in un unico pezzo, prodotta secondo gli standard ISO 4210, che ha resistito a 100.000 cicli di fatica e pesa solo 345 grammi, oltre il 50% in meno rispetto all'originale. Il suo design unico permette lavorazioni CNC, assicurando che Alugear possa eseguire la post-lavorazione senza compromettere l'integrità strutturale o causare deviazioni dalle specifiche del pezzo.

La stampa in un unico pezzo aiuta anche in questo caso. Non essendo necessario eseguire saldature, con relative certificazioni, la possibilità di rottura è minore e il business case rimane sostenibile anche rispetto alle alternative di produzione tradizionali. Inoltre, aver optato per un design autosupportante aiuta l'automazione riducendo il tempo dedicato alle fasi manuali, rendendolo adatto per la produzione in serie.

"Ciò che rende questo pezzo davvero innovativo nel settore è la sua ripetibilità. Alugear è stata la prima a introdurre una guarnitura in titanio stampata in 3D e completamente lavorata a CNC che può essere prodotta in serie in modo affidabile a livello industriale e a costi competitivi", afferma con orgoglio Dawid. "Esistono singole unità dimostrative e prototipi sul mercato, ma non sono stati testati in modo così rigoroso o sviluppati attraverso un processo così raffinato. Il nostro prodotto garantisce qualità, durata e prestazioni, supportate dall'esperienza e da molteplici fasi di prototipazione".

La risonanza del progetto sul mercato si riflette sull'azienda. Poiché il processo è stato accuratamente progettato e controllato, il team può utilizzarlo come base per creare varianti per altri tipi di biciclette. Non ci vorrà molto prima che, accanto alle quattro versioni di questo primo modello, venga offerta una gamma più ampia per adattarsi a diverse discipline di ciclismo. 

Per quanto riguarda l'adozione a lungo termine della stampa 3D, Alugear ha acquisito una preziosa esperienza. Se all'interno del loro portafoglio individuano altre parti adatte alla tecnologia, sono certamente disposti a ripetere questa esperienza e Materialise è più che felice di assisterli.

"La cosa più entusiasmante è che la nostra guarnitura non è solo un prototipo: possiamo produrla in modo costante, su scala e a un costo che abbia senso per il mercato", conclude Dawid. "E ora che abbiamo la prova che la stampa 3D funziona per noi, vediamo un enorme potenziale di applicazione in tutto il nostro portafoglio".