I VANTAGGI COMPETITIVI DELLA STAMPA 3D ULTRA-VELOCE

Come la manifattura additiva super-produttiva impatta sui prodotti e sui processi industriali generando reale valore.

Introduzione al calcolo del ROI nella stampa 3D

Da sempre la manifattura additiva è un processo efficiente nella produzione di parti complesse e nel risparmio di tempi/costi rispetto alle modalità tradizionali; ma storicamente si è limitata a singoli pezzi o a piccoli lotti.

La scarsa produttività della stampa 3D è stato uno degli ostacoli principali ad una più adozione estensiva di questa famiglia di
tecnologie in ambito industriale. Il costo di produzione in questo tipo di soluzioni è relativamente alto, con le macchine che di solito incidono per oltre il 50% della quota a causa dei basse rese realizzative; anche la ripetibilità (precisione dimensionale, raffinatezza superficiale, resistenza meccanica) è una criticità tradizionale nella predisposizione di una effettiva produzione a causa della variabilità dei sistemi; ma il fattore più problematico nella decisione di investimento in ottica industriale rimane la produttività, ovvero il costo per pezzo vendibile.

La produttività tipicamente è data dal rapporto tra output e input ed espressa in unità per periodo di tempo; può essere calcolata in base alle attrezzature utilizzate, alla manodopera, alla conversione dei materiali o a una mix di questi elementi:

  • PRODUTTIVITA’ (unità / macchina / ore) = unità vendibili prodotte per macchina o addetto.

Nella manifattura additiva, le misure delle unità non sono sempre significative poiché ciascuna unità può ave e dimensioni e forma diverse; così è preferibile basare il calcolo sul volume realizzato:

  • PRODUTTIVITA’ (massa / machina / ore) = Volume di prodotto vendibile per macchina.

Un altro metodo sarebbe convertire tutti gli input e output in termini economici; ciò consente di calcolare la produttività in base all’intera operazione e può incorporare interazioni con costi di manodopera e materiali. Questo metodo equivale al calcolo del ROI (ritorno sull’investimento.

  • PRODUTTIVITA’ (ROI) = valore del prodotto vendibile / (quota di ammortamento attrezzature + costo lavoro + costo materiali).

UNA VALUTAZIONE PRECISA DEVE CONSIDERARE ANCHE:

• I prodotti vendibili sono quelli che soddisfano i richieste del cliente; il loro valore è influenzato da elementi immateriali, come i tempi di sviluppo e di consegna, la qualità, l’ottimizzazione, altro.

• La quota di ammortamento nell’investimento di una stampante 3D include i prezzo macchina e i processi di post-lavorazione. È influenzato direttamente dalla velocità e dallìarea di stampa dell’attrezzature ovvero al volume/numero di parti che possono
essere prodotte in una giornata.

• Il calcolo dell’incidenza dei materiali stampati in 3D richiedono un diverso processo di calcolo a quelli tradizionali: il prezzo al chilo è spesso più alto ma la resa effettiva nel paragone alla fine diventa più basso, in base a (minori) scarti e (minore) uso di attrezzature e lavorazioni, al (minore) lavoro uomo e alla (maggiore) efficacia/resistenza). I processi di manifattura additiva in questo non sono omogenei e variano tra loro in caratteristiche e valori.

• I costi di manodopera nella stampa 3D includono la preparazione dei file, il carico/scarico del lavoro e l’eventuale post-lavorazione (rimozione dei supporti, ecc). I processi di manifattura additiva sono più automatizzati quindi tendenzialmente più efficienti ma ogni soluzione ha le sue specifiche.

Barriere alla produttività nella stampa 3D

Ecco alcuni elementi da considerare che incidono sull’efficienza operativa del sistemi di stampa 3D…
Bassa velocità: considera le varie inefficienze dovute alla conoscenza del processo; il tempo di costruzione dipende dall’altezza della parte nella camera di costruzione.

Messa a punto dei parametri di processo: impegno necessario per impostare correttamente applicazioni complesse i giusti dati relativi ai materiali, ai supporti di costruzione ed altre impostazioni operative.
Dimensioni dei componenti: la misura e la quantità dei pezzi effettivamente stampabili dipendono dall’area di lavoro disponibile della macchina.

Design per AM: diversi fattori come l’orientamento sul piano di lavoro, la modalità di riempimento e le necessità di post lavorazione complicano la produttività di della stampa 3D. L’utilizzo intensivo del volume di costruzione riduce significativamente il costo/pezzo. Anche la progettazione ottimizzata della parte incide in maniera significativa.

Fermi macchina: include tutti i fattori di possibile indisponibilità del sistema: cambio commessa, sostituzione dei materiali di costruzione, guasti, manutenzioni, carenza di consumabili.

Cali di performance: include tutti i fattori che causano rallentamenti durante la stampa: quando la macchina non è perfettamente calibrata o si inceppa, materiali scadenti, ecc.

Cali di qualità: include i cali di produttività dovuti alla realizzazione di parti che non adeguate agli standard richiesti, compresi gli scarti di parti che richiedono rilavorazioni o correzioni: per grossolana raffinatezza superficiale, eccesso di supporti, anisotropia, imprecisione dimensionale.

Come migliorare la produttività della stampa 3D

Ecco alcuni modi per migliorare l’efficienza operativa dei sistemi di stampa 3D…
Quantità di parti per lavoro: l’impatto sul costo di un prodotto stampato in 3D dipende: dalle dimensioni dell’area di stampa, ovvero dalla grandezza massima del singolo pezzo realizzabile in un singolo lavoro; il volume di stampa determina anche la quantità totale di pezzi (multipli o diversi) che è possibile costruzione. Lanciare lavori con l’area di stampa densamente popolata di parti impatta sull’efficienza dell’attività.

Velocità di stampa: il tempo di costruzione è un elemento significativo del costo di ammortamento macchina perché ne determina un uso più intensivo.

Lavoro dell’operatore: la manodopera incide relativamente poco nel costo di gestione delle stampanti 3D. Essa include il lancio del job e la rimozione della tavolata finita o il rifornimento del materiale di stampa. Questo si stima di solito con il 3% del costo pezzo ma può aumentare significativamente se ogni build richiede un’ampia pre/post preparazione.

Complessità e qualità del prodotto: la manifattura additiva è più libera da vincoli realizzativi, quindi è più flessibile; tuttavia ci possono essere dei limiti, per esempio connessi ad alcuni progetti che richiedono strutture di supporto procedure di dissipazione del calore che incidono negativamente sulla qualità e sulla velocità di realizzazione dei pezzi. In genere le stampanti tradizionali cercano un compromesso tra qualità di stampa e velocità di costruzione mentre i sistemi di nuova generazione tendono a superarlo.

Spreco di materiale di costruzione: ogni processo di manifattura additiva implica una qualche perdita di consumabile durante il processo, per esempio i fotopolimeri sciolti con i solventi o le polveri esauste che vengono filtrate. Si tratta di sfridi difficili da stimare, mentre è più prevedibile l’incidenza dei materiali utilizzati per i supporti o scartati per inadeguatezza qualitativa.

Piena efficienza della stampa 3D significa che un processo di produzione ha raggiunto la quantità massima di output fisicamente ottenibile allo stato attuale della tecnologia, con una certa quantità fissa di input; riducendo o eliminando inefficienze tecniche e organizzative. Tutto ciò deve essere realizzato senza aumentare il costo totale di proprietà (TCO).

Analisi comparativa dei processi di stampa 3D – Nel computo dell’economia industriale, il confronto delle rispettive produttività dei diversi processi di produzione permette di identificare possibili inefficienze. In questo senso le misure utili includono il volume vendibile convertito per unità di tempo, il tasso di conversione del materiale (rifornimento) e le ore di lavoro per unità o per volume realizzato.

Materiali specifici per la manifattura additiva – I materiali di stampa 3D richiedono spesso preparazione all’uso. Lo sviluppo di nuovi polimeri specifici per queste applicazioni aiuta ad aumentarne la produttività, riducendo i costi e migliorando le prestazioni. Ad esempio, le resine a bassa viscosità implicano meno sprechi nella pulizia o polveri formulate per un’elevata riciclabilità.

Precisione . dimensionale – Normalmente la stampa 3D produce parti con tolleranze di ±0,25% della dimensione della caratteristica. Quando sono richieste tolleranze più strette, la parte potrebbe richiedere un processo secondario come la lavorazione o uno specifico orientamento di costruzione.

Aumento del volume di costruzione e dell’utilizzo netto – Le tecnologie di manifattura additiva tradizionali accudano un degrado della qualità della parte quando realizzata ai bordi del piano di lavoro, limitando la ripetibilità del processo. Una polimerizzazione coerente sull’intero piano di costruzione aumenta la resa e l’utilizzo netto del volume di stampa.

Velocità di stampa e qualità – Il tradizionale compromesso tra velocità di costruzione e qualità della parte è fondamentale nella effettiva produttività del sistema. Padroneggiare adeguatamente l’ingegneria del processo permette un controllo più evoluto quindi rese superiori.

Minimizzazione dei post-trattamenti – Finiture superficiali scadenti, strutture di supporto eccessive, polimerizzazione incompleta e post-lavorazioni impegnative incidono sulla produttività; la polimerizzazione normalmente può richiedere fino ad un’ora a seconda dei casi. Per aumentare la resa è necessario migliorare la qualità del pezzo prodotto durante la costruzione, ridurre la quantità di strutture di supporto e ridurre al minimo i tempi di polimerizzazione.

Software intelligente per l’ottimizzazione dei lavori – L’intelligenza artificiale e l’apprendimento automatico impattano sulla corenza della manifattura additiva. I software ottimizzano le configurazioni di materiali, delle

progettazioni, delle impostazioni e dei processi di stampa, delle condizioni ambientali di lavoro. Usando i feedback di produzione si possono eliminare autonomamente e progressivamente difetti realizzativi ed incoerenze di prodotto. Bisogna considerare i fattori che aiutano a ottenere rese maggiori, risparmi sui costi e di tempo o qualsiasi miglioramento della qualità.

Mantenere il suddetto livello di attenzione e controllo nella stampa 3D consente di ottenere maggiore valore della produzione, riducendo post-trattamenti e aumentando le marginalità.

Come NEXA3D abilità produttività 20x di stampa3D

Il dirompente sistema NXE400 di Nexa infrange le barriere di produttività della manifattura additiva grazie ad volume di costruzione di 17 listri, l’ottimizzazione intelligente della costruzione e la rivoluzionaria tecnologia brevettata LSPc brevettata.

La stampa 3D più veloce, con qualità – NXE 400 la massima velocità realizzativa senza compromessi con la qualità: oltre 6 volte più veloce di qualsiasi altro sistema, con esposizione uniforme e controllo del processo per la produttività al top del settore.

Il più grande volume di stampa – NXE 400 offre una area di stampa 2.5 volte maggiore rispetto alle altre tecnologie attualmente disponibili, realizzando parti molto più grandi o molte di più per job; in definitiva un costo delle parti inferiore. Il tutto con la risoluzione più elevata (76 µm) e isotropica.

Ottimizzazione dei lavori – NXE 400 è stata progettata per la facilità d’uso e l’automazione: gestione attiva della resina, cambio dei materiali, interfaccia utente plug & play; grazie al software cognitivo con intelligenza artificiale e all’hardware con sensori integrati, ottimizza le prestazioni della produzione, fornisce un monitoraggio continuo con diagnostica predittiva per l’ottimizzazione dei lavori e l’automatizzano il processo di stampa. Un sistema potente e intuitivo che apre una nuova era.

Qualità bilanciata dei materiali – NXE 400 è dotata di materiali esclusivi calibrati per la stampa 3D ultraveloce da prototipazione funzionale, da produzione attrezzature intermedie e produzione di prodotti da uso finale su vasta scala.

Ingegneria di costruzione consistente – NXE 400 è alimentata con tecnologia proprietaria LSPc (Lubricant Sublayer Photo-curing) basata su una originale matrice di luce strutturata, in grado di stampare fino all’incredibile velocità di 1 cm/minuto in altezza. Una produttività e affidabilità senza precedenti, per massimizzare la resa della manifattura additiva.

Affidabilità e disponibilità della macchina – NXE 400 è progettata in particolare per la completa autosufficienza dell’utente, assicurando che i clienti possano gestire ogni aspetto della stampante in pochi minuti grazie ad analisi prescrittive e ricambi sostituibili. il sistema è completamente modulare, intercambiabile e aggiornabile così da eliminare l’obsolescenza dell’hardware e mantenere la soluzione sempre aggiornata.

Lavaggio efficiente – Il solvente di lavaggio xClean riduce il tempo necessario per il cambio, i costi necessari per alla gestione di solventi chimici infiammabili ovvero i costi di smaltimento. Le prestazioni di lavaggio sono costanti e compatibili con tutti i sistemi di lavaggio standard (resine e attrezzature).

Polimerizzazione rapida e perfetta – xCure combina calore e luce a doppia lunghezza d’onda in una camera controllata e in modo coerente, per completare la polimerizzazione dei pezzi stampanti secondo sequenze prescritte specificamente adatte al materiale. Capiente per l’intero volume di costruzione della stampante, può ospitare fino a tre piastre di costruzione contemporaneamente, consente alle parti di polimerizzare direttamente sulla piastra di costruzione o di essere collocate in un cestello per polimerizzazione singola. xCure usa LED ad alta potenza in modalità sequenziale, UV e termica; è fornito con prescrizione di polimerizzazione del flusso di lavoro valide per tutti i materiali fotosensibili approvati da Nexa e facilmente adattabile ad altri compatibili aggiuntivi.

Post lavorazione – La finitura dei pezzi è una attività in continuo sviluppo. Le parti di stampa 3D per applicazioni ad alta tiratura sono di solito progettate per ridurre al minimo il lavoro di perfezionamento finale (rimozione supporti, post-trattamenti) e consentire processi automatizzati. Nexa3D è un pioniere di questo approccio.

NEXA3D è un produttore di stampanti 3D americano basato in California e diffuso a livello globale, impegnato a sbloccare il potenziale della manifattura additiva in tutte le industrie.
NEXA3D è focalizzata sull’incremento della produttività per abilitare gli utilizzatori a:

  • Aumento del numero delle parti ottenibili per job;
  • Riduzione del tempo totale di costruzione;
  • Aumento del tasso di produttività della stampa 3D per ora;
  • Riduzione del tempo di configurazione del job e di post-lavorazione;
  • Aumento della resa del materiale in parti utilizzabili per job;
  • Riduzione della quantità di materiale per supporti ed esigenze di post-lavorazione.

La tecnologia di NEXA3D rompe le barriera alla produttività della manifattura additiva tradizionale: supera i fattori che limitano la velocità nella tecnologia SLA di vecchia generazione, senza compromessi con la precisione dimensionale e con la raffinatezza superficiale; semplifica l’esperienza d’uso per l’utente; ottimizza la resa. Per stampare in 3D
sempre con successo.

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