Un racconto sui materiali strani e gli usi strani di materiali comuni, nello sviluppo agile di prodotti hardware. I materiali per stampa 3D, gli anticonvenzionali magneti permanenti al samario-cobalto. Gli usi innovativi di comuni film plastici adesivi per la deposizione del primo stato di stampa 3D.
In una recente conversazione su LinkedIn, Valeria Burdi, una esploratrice dell’agile nell’education, mi ha posto interessanti domande sui materiali e sulla loro gestione.
La domanda è pertinente perché il paradigma dell’agilità nella fabbrica prevede di applicare, anche alle fasi di costruzione, gli approcci agili.
Sintetizzo le stimolanti domande che mi sono state fatte:
- Quali materiali sono più congeniali e più comunemente usati per lo sviluppo rapido dei prodotti.
- Quali materiali strani abbiamo impiegato o quale uso strano abbiamo fatto di materiali nati per altri scopi
- Che modalità abbiamo impiegato per gestire questi materiali e per immagazzinarli. particolare
Dal 2014 ho partecipato attivamente allo sviluppo Agile di circa 60 prodotti hardware, e in particolare macchinari ed altri prodotti per l’industria.
Quello che racconto in risposta alla domande precedenti fa riferimento a questo contesto.
Materiali più congeniali e più comunemente usati
I materiali che possiamo considerare comuni oggi sono moltissimi come i vari tipi di acciai, le leghe leggere di alluminio/magnesio e leghe del rame.
Le materie plastiche più comuni sono quelle per lo stampaggio ad iniezione e la termoformatura.
Cito in sintesi la moltitudine di componenti di commercio come: i motori elettrici e i relativi azionamenti, i sensori, i componenti elettrici ed elettronici, le valvole e gli attuatori che popolano diffusamente i prodotti industriali.
A questi si aggiungono i materiali, prevalentemente plastici, che consentono la produzione ad alta velocità di componenti con l’additive manufacturing.
Per quanto riguarda i materiali meno comuni o strani mi piace ricordare il progetto di una macchina utensile per la manifattura additiva, di grandissime dimensioni (Large Scale Additive Manufacturing).
Al momento dello sviluppo, avvenuto nel 2020-2021, questa stampante 3D per la produzione di componenti di grandi dimensioni con materiali termoplastici, era una delle più grandi al mondo.
Il volume di stampa 3D era infatti pari a 8700 x 3200 x 2000 mm.
La stampante impiega la tecnica di fabbricazione additiva a deposizione fusa o FDM (Fused deposition modelling)
Questo processo utilizza, come materia di stampa 3D, dei tecnopolimeri termoplastici caricati con fibre di carbonio o di altro tipo.
Questi tecnopolimeri vengono depositati allo stato pastoso, strato dopo strato, da un estrusore per costruire l’elemento da stampare.
Nel caso specifico si è trattato di materiale ABS caricato di fibra di carbonio, con resistenze meccaniche vicine a quelle di una lega leggera.
Il problema è stato la messa a punto del processo di stampa 3D.
Sono stati necessari diversi sprint perchè il team cross funzionale trovasse una soluzione, qualitativamente accettabile ed economicamente sostenibile, del processo di stampa.
Usi strani di materiali di uso comune.
A questo proposito il primo strato di stampa è applicato direttamente alla tavola della macchina, che deve essere riscaldata a circa 70-100°C.
Per poter distaccare il materiale stampato occorre interporre uno strato di materiale con doppia funzione:
- favorire l’adesione del cordone plastico
- consentire il facile distacco del pezzo stampato.
Dopo diverse sprint il team di sviluppo ha individuato un film plastico adesivo, normalmente impiegato per altri scopi. E qui si tratta di un uso strano di un materiale di uso comune.
Materiali strani
Una macchina di questo tipo estrude materiale a circa 200-250° C e questo richiede di isolare gli altri organi della macchina perché rimangano a temperatura ambiente.
Ricordo benissimo a questo proposito la ricerca di una tecnologia per sostituire il riduttore ad ingranaggi interposto fra il motore elettrico e l’estrusore.
Questo riduttore richiede un raffreddamento perché è accoppiato con la vite calda dell’estrusore.
La tecnologia emergente dei riduttori magnetici o magnetic gears consente di sostituire gli ingranaggi con elementi dotati di magneti permanenti.
In questo modo si elimina l’olio gli impianti di raffreddamento ma occorre poter lavorare sopra i 150 °C, dove la maggioranza dei magneti permanenti si smagnetizza.
E’ stato quindi necessario individuare una particolare tipologia di magneti permanenti contenenti la terra rara samario che insieme al cobalto consentono di lavorare alle temperature di 250° C senza smagnetizzarsi.
Potrei continuare con decine di altri esempi di materiali ma, per ragioni di spazio, mi limito a questi 3 esempi.
Magazzini della fabbrica Agile
I componenti specifici creati per il prodotto vengono immagazzinati in aree dedicate.
In particolare tutti i pretotipi, che servono per validare le soluzioni progettuali, non sono codificati come i prodotti impiegati nella produzione normale.
Nella maggioranza dei casi vengono conservati per il tempo necessario a completare lo sviluppo o il tempo di conservazione richiesto dai progetti di ricerca finanziati.
Il tutto viene poi smaltito regolarmente.
L’approccio artigianale, che caratterizza il paradigma della fabbrica agile, trae giovamento da tutte le buone pratiche industriali.
I materiali standard vengono infatti gestiti nei magazzini aziendali che alimentano la produzione.
I componenti finali del prodotto vengono classificati e poi gestiti nella stessa modalità impiegata per i prodotti di serie.
