Relazione prototipazione rapida, Tecnologie speciali

La vite a ricircolo di sfere può esser considerata una vite senza fine che

presenta al suo interno delle cavità circolari con delle sfere che ruotano e che

consentono di trasformare l’attrito radente in attrito volvente con una

conseguente riduzione sensibile del fenomeno di stick-slip, applicando un

precarico sulla parte interna che è denominata chiocciola si possono mettere

le sfere in compressione in modo da non avere giogo e quindi evitare il

movimento libero delle sfere riducendo così anche il fenomeno dell’usura.

Linguaggio ISO standard

Esiste un linguaggio internazionale di riferimento che consente di lavorare

con le macchine utensili CNC introdotto con lo scopo di rendere univoco il

linguaggio impostato nelle macchine in sede di costruzione di quest’ultime e

viene chiamato Ggod, alcuni esempi di comandi visti durante l’esercitazione

sono: M03 = rotazione oraria del mandrino

• T = utensili (es T1 = fresa a candela)

• G = programmazione assoluta della velocità di avanzamento (mm/min)

• G00 = non controllo traiettoria e vado veloce (solo di registrazione)

• G01 = traiettoria controllata e rettilinea

• X, Y, Z = coordinate dello spostamento da effettuare

• F400 = avanzamento di 400 mm/min

• I, J = coordinate relative alla posizione effettiva dell’utensile

•

Siccome scrivere a mano un processo di lavorazione è possibile solo per

pezzi molto semplici la programmazione di pezzi più complessi viene fatta

con l’uso di software costruiti appositamente per questo compito, quello

utilizzato in questa esercitazione è il CAM.

Software CAM

Scrivere il processo di lavorazione di pezzi molto complicati sarebbe

impossibile a causa della grande quantità di operazioni che la macchina

utensile deve fare, si fa uso quindi di un software che semplifica la

programmazione grazie alla generazione di un codice che viene effettuata

dopo che il tecnico ha impostato sul software stesso la lavorazione del pezzo

che vuole ottenere e con quali parametri. Il software

utilizzato è il Computer Aided Manufacturing (abbreviato CAM) e il processo è

sintetizzato a grandi linee in questo schema:

Prima di poter utilizzare il software bisogna pianificare la varie fasi operative e

soprattutto vanno progettati i macrocicli e i microcicli che non possono essere

fatti dal CAM ma che devono esser eseguiti dal tecnico a monte del processo

di programmazione.

Una volta definite le fasi operative e caricato il file del solido il software

genera la toolpath e la mostra all’operatore per poi interpretarla in comandi

elettromeccanici per la macchina.

Uno degli svantaggi principali di questo software è la limitatezza

dell’algoritmo di calcolo rispetto all’esigenza del tecnico: il computer genera

l’algoritmo ma non è possibile controllare tutti i dati in quanto servirebbe

troppo tempo e quindi si fa uso di un simulatore che consente di verificare se

il processo viene eseguito in modo corretto.

Esempio applicativo

L’esercitazione effettuata consisteva nella realizzazione di una faccia su un

pezzo di polistirolo, la faccia è stata ottenuta per metà eseguendo solo la

sgrossatura e per l’altra metà eseguendo sia una lavorazione di sgrossatura

che una di finitura. Il primo passo è stato quello di caricare

il file del solido sul software, successivamente sono state definite le

dimensioni massime del solido che sono vincolate dalla dimensione dello

stock (in questo caso il pezzo di polistirolo): sono state scelte le dimensioni di

50mm*30mm*20mm. Stock = per

generare il semilavorato bisogna impostare nel software un solido di

contenimento del pezzo che consiste nel vero e proprio pezzo su cui

l’utensile dovrà poi lavorare per ottenere il semilavorato e quindi vi è un

apposito comando nel CAM che consente di impostare il solido di

contenimento.

Successivamente si va sul comando “cutting tool” che consente di scegliere

l’utensile da utilizzare per la lavorazione, in questo caso è stata scelta una

fresa piatta di diametro dell’utensile di 8mm per la sgrossatura e una fresa

circolare di diametro di 1.5mm per la finitura.

Il passo successivo è stato quello di andare sul comando “machining

operations” dove è stato scelto il numero di assi del processo (2 assi e 1/2 nel

caso in cui il movimento lungo l’asse “z” è solo di registrazione; 3 assi nel

caso in cui la lavorazione avviene anche sull’asse “z”), in questo caso 3 assi,

per poi andare ad effettuare la scelta del processo di lavorazione:

Horizontal roughing (sgrossatura): l’utensile di taglio selezionato è stato

• la fresa piana

Parallel finishing (finitura): l’utensile di taglio selezionato è stata la fresa

• circolare

E’ possibile effettuare due operazioni di “finishing” invece di una sola nelle

quali gli angoli di taglio sono diversi in modo da avere due direzioni diverse di

registrazione con lo scopo di ottenere una migliore finitura.

La scelta del processo di lavorazione va fatta selezionando sul grafico la

parte di materiale sulla quale deve essere effettuata la sgrossatura e quella

sulla quale va effettuata la finitura (parte evidenziata in giallo nell’esempio):

In seguito sono stati analizzati i parametri tecnologici e di lavorazione per

verificare che fossero corretti (parametri di taglio, entrata/uscita dell’utensile,

ecc). Una finestra importante da controllare è la finestra

chiamata “cut levels”, infatti è su di essa che viene impostato il punto di inizio

del taglio oltre che la traiettoria che l’utensile deve percorrere, in termini di

percentuale di diametro, per evitare di effettuare più passate sullo stesso

punto o per evitare che l’utensile asporti anche parte di materiale che non

deve essere interessato alla lavorazione che si sta effettuando.

Nel caso specifico della faccia dell’esercitazione lo spostamento impostato è

stato del 25% del diametro mentre per quanto riguarda il punto di fine

lavorazione per evitare che l’utensile arrivasse fino al fondo dello stock

(rischiando di rovinare il tavolo di lavorazione) è stato creato un

parallelepipedo alla base del solido da lavorare che serviva come limite

inferiore di lavorazione lungo l’asse “z”.

Una volta impostati e controllati i vari parametri è stata generata la toolpath e

per verificare che il processo fosse impostato in modo corretto è stata

effettuata una simulazione dell’intero processo con il comando “simulate”,

una volta controllato che tutto funzionasse si è analizzato il tempo necessario

all’intera operazione che era dell’ordine degli 11 minuti.

A questo punto il software ha generato il codice da inserire nella macchina e,

escludendo un errore nel Ggod iniziale imputabile a un difetto interno del pc

nel quale i tre assi coordinati non si presentavano sotto forma di X, Y, Z ma

sotto forma di Y, Z, A con conseguente blocco della macchina, il codice è

stato trasferito sulla macchina per mezzo di penna USB.

Sul Centro di lavorazione l’afferraggio del pezzo, essendo in polistirolo, è

stato effettuato per mezzo di nastro adesivo; una volta trovato, tramite

movimento manuale, il punto zero di contatto dei tre assi è stata effettuata la

lavorazione con due diversi tipi di polistirolo che hanno avuto come

conseguenza una diversa produzione di truciolo, nel primo caso il truciolo era

corto (classico polistirolo di color bianco usato negli imballaggi) mentre nel

secondo era più lungo e più adesivo in quanto rimaneva maggiormente

attaccato all’utensile (polistirolo color rosa).

Esercitazione 2

L’add manufacturing si sviluppa come soluzione al problema di realizzare

pezzi complicati che con i metodi tradizionali richiederebbero l’uso di

molteplici tecnologie (cui si aggiungono tempi di studio per la realizzazione

dei prodotti troppo lunghi) e come risposta alle nuove richieste del mercato

legate alla realizzazione di prodotti sempre differenti e con caratteristiche di

durata decisamente minori rispetto al passato.

Le lavorazioni dei pezzi in 2D sono abbastanza facili da un punto di vista del

processo produttivo e quindi realizzabili con le tecnologie tradizionali, tuttavia

le lavorazioni di oggetti in 3D sono molto più complicate e possono richiedere

lavorazione con più assi; in questo caso può esser utile, anziché comprare un

nuovo macchinario utensile, sfruttare questa nuova tecnologia, un altro

vantaggio deriva dal poter produrre pezzi diversi senza dovere ogni volta

cambiare gli stampi e quindi avere dei tempi di set-up macchina molto più

bassi rispetto alle tecnologie tradizionali. Alcuni esempi

applicativi sono: Protesi, Scarpe, Scheletri di cellulari, Cuffie, Strumenti per la

casa.

L’idea di base è quella di produrre l’oggetto attraverso la realizzazione di

strati (detti slice) impilati uno sopra l’altro in cui il materiale è aggiunto strato

per strato unicamente dove serve mentre l’aderenza di uno strato sull’altro è

legata al tipo di tecnologia utilizzata.

I principali vantaggi sono l’indipendenza del tempo di set-up dalla geometria

del pezzo (una volta inserita la geometria qualunque tipo di forma si riduce a

una diversa disposizione del materiale nei vari strati realizzati); la possibilità

di avere una produzione simultanea di pezzi diversi (basta inserire un file

nella macchina in cui invece del progetto di un pezzo solo è presente il

progetto di più pezzi); la possibilità di utilizzare più materiali per lo stesso

pezzo (in maniera simile a una stampante a getto d’inchiostro); per quanto

riguarda gli svantaggi i più importanti sono la rugosità elevata dovuta

all’effetto di scanalatura tipico degli slice impilati l’uno sull’altro e i tempi di

post-processo più lunghi di quelli del CNC.

In un confronto tra i tempi di produzione con sistema CNC e con sistema SLA

(stereolitografia) i dati più rilevanti sono la programmazione della toolpath

(molto più rapida con la SLA con cui ci vuole circa un’ora contro le 25 ore

medie del CNC) e i tempi di post-processo (nel caso del CNC sono

mediamente due ore contro le 14 ore dell’SLA), tuttavia nella somma dei

tempi il risultato finale è che in generale l’add manufacturing impiega circa la

metà del tempo di produzione necessario al CNC. I tempi di post-

processo sono legati alla rimozione, spesso manuale, della struttura di

sostegno del pezzo, essa viene automaticamente generata dal software nel

momento in cui progettiamo il prodotto e ha lo scopo di evitare ch