La tecnologia di lavorazione CNC viene utilizzata per una vasta gamma di progetti e offre molteplici vantaggi alle aziende che operano in diversi settori. Pur essendo un processo standard nell’ingegneria meccanica, i produttori di macchine utensili CNC costituiscono un mercato di circa 50 miliardi di dollari statunitensi, offrendo innovazioni continue agli operatori del mercato.
1. Ibridazione della produzione CNC con tecnologie additive
La lavorazione CNC sottrattiva e la stampa 3D additiva sono due processi distinti. Le macchine CNC rimuovono materiale da un pezzo, mentre la stampa 3D consiste nel costruire oggetti tridimensionali strato dopo strato. Sebbene i principi di funzionamento siano opposti, entrambi i processi possono essere combinati in modo efficiente.
Numerosi costruttori di macchine hanno adottato la “produzione ibrida”, che combina la fresatura e la tornitura CNC con metodi additivi. Il numero di aziende che stanno studiando come accoppiare macchine CNC e stampanti 3D per accelerare il completamento dei progetti è in costante crescita.
Con le macchine CNC è possibile raggiungere tolleranze inferiori a 0,01 millimetri, rendendole ideali per applicazioni in cui la precisione è fondamentale. La precisione di una stampante 3D, invece, si colloca intorno a 0,1 millimetri, motivo per cui la produzione additiva è ampiamente utilizzata per i prototipi. I prototipi possono essere stampati con una stampante 3D e successivamente una macchina CNC può completare la finitura del prodotto.
Questo approccio è stato implementato da DMG-Mori di Bielefeld, in Germania. La loro macchina ibrida AM/CNC LASERTEC 125 DED hybrid combina la produzione additiva e sottrattiva in un’unica cella macchina. Poiché le teste di stampa e di lavorazione sono intercambiabili e il sistema di base offre una libertà di movimento a cinque assi, è possibile realizzare geometrie complesse con una precisione di alto livello. Durante il processo, una termocamera a infrarossi monitora la fase di costruzione additiva e consente un controllo adattivo del processo.
2. Produzione on-demand e preventivi istantanei
Si è sviluppata una strategia di produzione nota come “on-demand manufacturing” o “cloud manufacturing”. Sta iniziando a trasformare il settore della supply chain ed è stata chiaramente accelerata dalla pandemia di COVID-19, dalla guerra in Ucraina e dai problemi di approvvigionamento con la Cina. Il termine produzione on-demand descrive un metodo produttivo in cui i prodotti vengono realizzati solo quando richiesti e nelle quantità necessarie. La produzione tradizionale, invece, richiede costose macchine di produzione interne, grandi volumi produttivi o la dipendenza da partner locali. La produzione on-demand riduce gli investimenti di capitale, accelera gli approvvigionamenti e migliora la resilienza.
Altri fattori, come la riduzione dei costi unitari dei componenti lavorati CNC e la rapidità di ordinazione grazie ai software di preventivazione istantanea, contribuiscono alla diffusione della produzione on-demand. Le argomentazioni a favore di questo modello sono valide per aziende di tutte le dimensioni. Consumatori, imprese e ambiente possono trarne beneficio. Ecco tre vantaggi principali che le aziende possono aspettarsi:
- Riduzione dei costi di produzione
- Operazioni più agili grazie a processi di approvvigionamento più rapidi e a una maggiore disponibilità di tecnologie produttive
- Accesso semplice alle risorse produttive globali
InstaWerk, con sede a Stoccarda, in Germania, è un esempio di riferimento di fornitore di servizi di lavorazione CNC completamente digitalizzato.
3. Miglioramento della lavorazione CNC tramite i digital twin
I digital twin vengono utilizzati per ottenere una comprensione più approfondita del funzionamento delle apparecchiature e dei processi. Nella maggior parte dei casi, i digital twin sono una rappresentazione accurata delle controparti fisiche. Inoltre, mentre una simulazione mostra spesso una singola funzione, i digital twin sono più completi e possono fornire informazioni su più processi contemporaneamente.
Secondo un recente articolo di Vishnu et al., i digital twin nella produzione CNC possono essere implementati nella fase di pianificazione del processo, nella fase di lavorazione, per la costruzione di modelli e per i cicli di feedback. Sulla base di diversi parametri di ingresso, come velocità di avanzamento, materiale dell’utensile, forza di serraggio e tasso di usura, gli autori sono riusciti a implementare un modello predittivo della rugosità superficiale generando percorsi utensile, eseguendo esperimenti e alimentando i risultati nei loro modelli tramite Support Vector Machine (SVM), Gaussian Process (GPR) e una rete neurale profonda completamente connessa (FCDNN). Il modello è stato successivamente testato con successo su nuovi parametri.
Queste tecnologie di digital twin migliorano la capacità decisionale dei pianificatori di processo e degli operatori macchina nel controllo dei parametri di lavorazione sia in fase di pianificazione sia in fase di produzione.
4. Maggiori investimenti nell’automazione
I processi di lavorazione CNC sono influenzati dall’automazione in diversi modi. Negli ultimi anni, la sua rilevanza è aumentata e questa tendenza continuerà nel prossimo futuro. Se in passato l’automazione era focalizzata sulla singola lavorazione, una collaborazione tra Mitsubishi e AIST ha portato allo sviluppo di una soluzione di macchina CNC che integra l’intelligenza artificiale e processi automatizzati. Si tratta di un metodo di correzione degli errori che utilizza l’IA per stimare le discrepanze tra la posizione attuale di una macchina CNC e il valore di comando.
Secondo i risultati dei test, la precisione di questa strategia è aumentata del 51% rispetto alle soluzioni prive di IA. Questa tecnologia consente inoltre miglioramenti durante la lavorazione dinamica, contribuendo a risparmiare tempo e mantenendo al contempo un elevato livello di qualità.
La tendenza, tuttavia, è verso un’automazione a livello di fabbrica con l’obiettivo finale delle “fabbriche lights-out”. I vantaggi sono evidenti: riduzione dei costi del lavoro, aumento della produttività e maggiore uniformità. A partire da celle robotizzate controllate da telecamere per il carico e lo scarico autonomo delle macchine CNC, le fabbriche realizzeranno ulteriori stazioni per la marcatura, la misurazione e l’imballaggio al fine di sfruttare appieno i vantaggi delle fabbriche autonome.
Nello sviluppo delle fabbriche lights-out, è necessario rispondere a una serie di domande:
- Il mix di componenti attuale è adatto alla produzione automatizzata?
- Sono disponibili le giuste funzionalità di macchina, utensili e sistemi di controllo per consentire la lavorazione lights-out?
- Come si possono ottenere utensili e sistemi di bloccaggio flessibili e adatti all’automazione?
- Come vengono garantiti il monitoraggio remoto, la manutenzione e la risoluzione dei problemi?
- Come rilevare automaticamente errori come l’arresto macchina, la rottura dell’utensile o i guasti software?
Una fabbrica di lavorazione lights-out ben realizzata ha un enorme potenziale per rivoluzionare il modo in cui viene eseguita la lavorazione meccanica, ma le officine devono essere disposte a investire e a migliorare i propri processi. Questo elevato livello di automazione è tuttavia adatto principalmente alla produzione ad alto volume di componenti ricorrenti e meno a prototipi e piccole serie che richiedono ottimizzazione manuale, creatività e pragmatismo.
5. Sviluppo di soluzioni sostenibili dal punto di vista ambientale
I produttori CNC dovranno iniziare a monitorare e ridurre le emissioni di carbonio generate dai loro processi produttivi e dalle catene di fornitura per soddisfare la crescente domanda dei clienti di prodotti realizzati in modo più responsabile dal punto di vista ambientale. Nuovi o rafforzati sforzi per ridurre le emissioni di carbonio dei servizi di lavorazione CNC continueranno a rispondere alla domanda dei consumatori, a supportare la responsabilità aziendale e a rispettare le normative e i regolamenti governativi.
Le aziende manifatturiere dovranno utilizzare dati di produzione e della supply chain più facilmente accessibili per effettuare una valutazione più accurata dell’impronta di carbonio dei propri prodotti ed esplorare nuovi modi di produrre e trasportare beni in maniera più sostenibile.
6. Crescita del Manufacturing as a Service
MaaS (Manufacturing as a Service) ha fatto il suo ingresso nell’industria della lavorazione CNC solo di recente, ma è prevedibile che la sua adozione aumenti nel tempo. In breve, MaaS utilizza risorse interconnesse per svolgere attività produttive rendendole disponibili tramite un’interfaccia digitale.
MaaS può offrire alle aziende maggiore flessibilità, produttività più elevata, maggiore agilità e risparmi sui costi grazie alla riduzione delle spese di manodopera. Con il perdurare degli effetti della pandemia, è ragionevole prevedere che le aziende che desiderano ridurre i costi e operare con budget contenuti prenderanno quantomeno in considerazione l’outsourcing verso un servizio MaaS basato su CNC.
InstaWerk è uno dei principali fornitori di soluzioni Manufacturing as a Service. Operiamo dalla Germania, ma forniamo servizi in tutto il mondo. La nostra specializzazione è la produzione di componenti torniti e fresati. Grazie al nostro calcolo istantaneo dei costi dei componenti, rendiamo i vantaggi della produzione on-demand facilmente e in modo trasparente accessibili ai nostri clienti.
Dalla teoria alla pratica: mettere le innovazioni in funzione
Consideriamo nostra missione rendere accessibili ai nostri clienti processi innovativi, tendenze e nuove soluzioni. Che si tratti di processi ibridi, sostenibilità o degli effetti di rete dell’economia delle piattaforme, continueremo a rendere tutto utilizzabile per i nostri clienti. Il modo più semplice per provare queste nuove tecnologie? Registrati ora e inizia!
