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Sunday, 28 Maggio 2017
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Un esempio reale di Factory of the Future

Una visita a quello che può essere un esempio di fabbrica del futuro: la Efesto Lab di Padova, un’azienda specializzata nella produzione di protesi ossee o dentali e di prototipi che sfrutta al massimo le potenzialità dell’innovativa tecnologia di sinterizzazione laser.

di Mario Salmon

Novembre-Dicembre 2014

Factory of the Future, FoF: è ormai più che un obiettivo, uno slogan, un logo per etichettare ogni attività di ricerca e sviluppo nel settore manifatturiero; FoF è ancora un concetto astratto che si applicherà a ogni produzione industriale indipendentemente dal prodotto, dai volumi, dalle tecnologie utilizzate e quindi è inevitabile che con FoF si intenda non una reale configurazione produttiva, ma piuttosto delle caratteristiche che saranno tipiche, appunto, della prossima generazione di sistemi produttivi. Tutt’al più vengono indicati “gli ingredienti” della fabbrica; internet delle cose, sensoristica, data fusion, digital manufacturing, meccatronica,… ma senza definire architetture specifiche. Anche la data di realizzazione della FoF non è quasi mai indicata e quindi quando si parla del futuro del manufacturing s’intende indicare più che un punto di arrivo una direzione di sviluppo, una sorta di flusso principale delle ricerche mentre spesso restano nel vago le indicazioni di quando, in che settori, in che paesi si realizzeranno le vere FoF. Guardando le ricerche in corso, e soprattutto, ascoltando i ricercatori, sembrerebbe di essere prossimi a una serie di innovazioni radicali che cambieranno in modo rilevante le nostre fabbriche trasformandole in sistemi produttivi completamente diversi dagli attuali. Temo che nel complesso la realtà delle fabbriche future non sarà tanto differente da quella attuale, soprattutto perché la presenza di grandi capacità produttive non sature darà luogo a limitati tassi di rinnovamento ancora per diversi anni, principalmente in Europa. Personalmente, ripensando al passato, rivivo un poco le speranze degli anni ‘70 quando si parlava di “unmanned factory”, “nuovo modo di fare l’automobile”, “fabbrica a luci spente” che sfruttavano una serie di sistemi produttivi per allora innovativi quali robot, AGV, isole di montaggio, industrial computer, CNC, CAM, CAD… MRP. In quegli anni sono nati stabilimenti innovativi, Kalmar1 della Volvo (la fabbrica tutta vetrata e con la sauna!) i robogate2,3 a Mirafiori: ma per vedere una certa diffusione di questi nuovi paradigmi si è dovuto aspettare oltre 30 anni! Sono convinto che la realizzazione e diffusione della FoF non sia, come si dice, per domani. In attesa di una sorta di rivoluzione generale credo sia importante vedere una ben specifica, piccola ma molto interessante fabbrica di oggi che rappresenta molto bene una delle molte, possibili, reali FoF. Si tratta della Efesto Lab di Padova.

Fabbrica Urbana a Impatto Zero
Cominciamo a parlare di questa azienda, il Lab è solo nel nome, la Efesto è una reale piccola impresa manifatturiera, che già guardandola dall’esterno appare insolita e interessante. Chiariamo che la Efesto è solo omonima della ditta americana che produce macchine per l’AM: tutte e due prendono il nome dal Dio greco del fuoco e della lavorazione dei metalli che compariva sulle nostre vecchie monete da 100 lire. La sede è al piano terra di un palazzo moderno pieno di uffici e abitazioni in una zona semi centrale di Padova. Prima della Efesto quei locali erano occupati da una banca! Tra parentesi “Il passaggio da banca a fabbrica” può essere interpretato come una rivincita del manufacturing sulla finanza? Speriamo di si!” I locali sono tutti vetrati e dall’esterno si vedono solo posti di lavoro al computer e delle macchine completamente corazzate e chiuse senza nessun segno di attività in corso. Dall’esterno ovviamente non si sente nessun rumore, nessun odore: la fabbrica è perfettamente integrata in un edificio civile! Altra caratteristica che colpisce è la mancanza di ogni predisposizione per il carico e scarico merce: niente rampe, niente bancali; infatti i prodotti possono uscire con il semplice carrello del corriere! Vedremo poi meglio che cosa esce, di fatto, da questi locali. Ma passiamo la porta vetrata ed entriamo in fabbrica, si fa per dire! Un tappeto erboso all’entrata ci accompagna fino agli ampi locali di produzione dove troviamo diverse macchine per l’additive manufacturing per sinterizzazione laser di polveri metalliche. Anche all’interno nessun rumore, nessun inquinamento e nessuna fonte di calore: per vedere se le macchine sono in funzione bisogna affacciarsi alla finestrella che permette di osservare il laser al lavoro oppure guardare il display del sistema di controllo. L’area occupata da questo reparto è di 200 m², come un grande appartamento. Di fianco a questa area vi è una mezza dozzina di posti di lavoro computerizzati: e questo è la totalità dei “diretti di produzione” a questo piano. L’azienda è poi completata con qualche macchina per la produzione di parti in resina, gli uffici per le attività di amministrative, commerciali, vendita, acquisti, direzione e, lo vedremo meglio dopo, un piccolo reparto di lavorazioni manuali. La Efesto opera all’interno di una rete di aziende complementari tra loro: Efesto appunto che realizza la tecnologia additiva, la 3D Fast e la Sintac per la progettazione di prodotti biomedicali.
Con Efesto Lab nasce il format della Fabbrica Urbana a Impatto Zero.

Processi ben controllabili, riproducibili e certificabili
Le macchine utilizzano la tecnologia, ben nota, della sinterizzazione diretta con laser, nella quale una polvere atomizzata, con granulometria dell’ordine di pochi centesimi di millimetro, viene solidificata in modo selettivo, strato per strato, per mezzo di un laser con uno spot di pochi centesimi di millimetro di diametro. Si producono così parti in metallo con una densità migliore del 99,8 % e quindi con caratteristiche meccaniche praticamente uguali a quelle ottenibili per microfusione. Le macchine possono impiegare una grande varietà di materiali: leghe cromo-cobalto, titanio, allumino, superleghe di nichel; qui sono, di fatto sinterizzati solo i primi due, certificati biocompatibili, per essere impiantati nel corpo umano per protesi ossee o dentali. La certificazione delle protesi è una delle barriere di ingresso da superare per produrre parti impiantabili in modo permanente nel corpo umano in quanto vi sono molte variabili del processo da rispettare, oltre che sulla materia prima. Nelle lavorazioni tradizionali per asportazione di truciolo basta “solamente” attestare la materia prima per ottenere la certificazione del prodotto. Nella fabbricazione additiva è invece necessario certificare anche il processo di solidificazione in quanto la sinterizzazione  comporta modifiche anche negli aspetti metallurgici del prodotto ottenuto. Le condizioni di fusione locale della polvere e la sua immediata solidificazione ha influenza non solo sulla cristallizzazione della lega ma anche sulla sua composizione per la possibilità che alcuni componenti della polvere possano decomporsi o volatilizzarsi, generando quindi un prodotto con composizione diversa da quella della polvere metallica utilizzata. Questi fenomeni dipendono dalla velocità del fascio laser, dalla sua intensità, dall’atmosfera che circonda il processo, dalle temperature, dalle velocità di raffreddamento e da molte altre variabili tenute ben riservate dagli utilizzatori che concorrono a definire la reale qualità del pezzo e il suo futuro comportamento una volta inserito in un corpo umano. Piccole differenze di cristallizzazione non solo possono modificare le proprietà meccaniche, ma rischiano di rendere “cedibili” elementi non tollerabili a chi porterà, per tutta la vita, la protesi. In quest’ottica Efesto ha, di fatto, selezionato poche leghe e su quelle ha messo a punto dei processi ben controllabili, riproducibili e quindi certificabili. La certificazione, oggi, può essere ottenuta solo in questo modo in quanto mancano ancora dei controlli di processo che permettano di riconoscere errori o variazioni nel corso della lavorazione: mancano infatti controlli sulle reali condizioni locali di solidificazione e ricristallizzazione.

Le macchine utilizzate
Le macchine per il metallo installate sono EOS modello M 270 e M 280, con una camera di lavoro di 250 x 250 x 326 mm e laser a fibra fino a 400 W affiancate dalla italianissima Sisma modello MYSISMA 100 con una camera più piccola di 100 x 100 x 80 mm e un laser da 100 W. Per la poliammide due Formiga, sempre della EOS, con volume di costruzione effettivo di 200 x 250 x 330 mm e laser da 25 W. Cosa produce l’azienda? Come detto, Efesto produce principalmente protesi dentali in lega cromo-cobalto e titanio utilizzate per produrre la struttura di supporto di denti realizzati poi in ceramica con processi tradizionali. L’attività del biomedicale, oggi sicuramente innovativa, è affiancata da attività di service per la produzioni di prototipi, pezzi unici, piccole serie in diversi campi quali l’automotive, l’aeronautica, la moda, il design, l’architettura, il modellismo, l’elettronica.

I processi aziendali
Diciamo subito che gli input alla fabbrica sono due: quello informatico intangibile e quello fisico, tangibile, del materiale. Il primo è formato da modelli solidi CAD 3D; prima di essere caricati sulle macchine questi file richiedono dei trattamenti informatici realizzati dai tecnici della Efesto. I modelli solidi devono essere trasformati in file .stl che definiscono la superficie della parte da realizzare: la trasformazione viene eseguita rapidamente in modo quasi completamente automatico e richiede un minimo di intervento di un operatore informatico per correggere eventuali errori nelle triangolazioni. La fase successiva consiste nel realizzare i supporti di costruzione e il posizionamento sulla piastra di lavorazione in modo che la crescita additiva avvenga nella maniera più corretta. Operazioni relativamente semplici, ma fondamentali che sono realizzate da tecnici specializzati che conoscono, oltre agli strumenti informatici, il processo tecnologico di fabbricazione e che definiscono le condizioni di lavorazione come velocità di scansione, modalità di solidificazione, il posizionamento, intensità del laser, ecc: si tratta di dati ben standardizzati scelti sulla base di valori aziendali codificati. La materia “fisica” che entra nella fabbrica è polvere metallica contenuta in recipienti a tenuta stagna e riempiti con gas inerti di protezione: poiché la massa totale delle parti prodotte in tutta l’azienda è di qualche centinaio di chili al mese, la materia prima necessaria è, diciamo per dare un’idea, dell’ordine di 100 litri di polvere e manca quindi un magazzino di ingresso e la necessità di sistemi di scarico tipici del mondo tradizionale: con 100 kg, corrispondenti, per intenderci,  una tanica di 20 l, la fabbrica può funzionare per diversi giorni! Una bella semplificazione! La polvere viene poi caricata sulle macchine senza essere esposta all’aria e quindi in modo pulito e senza alcuna contaminazione o inquinamento dell’ambiente. Il processo di fabbricazione vero e proprio è poi realizzato all’interno delle macchine in atmosfera controllata senza nessun contatto con l’atmosfera dell’ambiente. Inutile dire che la fabbrica lavora “zero waste”: non c’è truciolo o olio da smaltire: niente di niente! Una volta finita la fabbricazione vera e propria, le parti vengono separate dalla polvere residua all’interno della macchina ed escono insieme al, chiamiamolo pallet di acciaio, sul quale sono appoggiate e saldate. Dopo l’estrazione di questo pallet che contiene le parti prodotte iniziano le ridotte operazioni manuali e meccaniche da realizzare. Per prima cosa le parti devono essere separate dalla piastra-pallet di supporto utilizzando utensili manuali come dischi abrasivi. Si ottengono così i pezzi voluti che sono però caratterizzati da una rugosità superficiale accettabile per la maggioranza delle applicazioni mediche nelle quali, anzi, può essere necessaria per consentire una buona aggrappablità, il nome esatto è osteointegrazione, nelle ossa di innesto o nei tessuti. In questi casi è sufficiente un trattamento superficiale per togliere le polvere residue ed eliminare eventuali rugosità locali eccessive. Nei casi invece nei quali si richiedesse bassa rugosità, magari solo in zone circoscritte, il pezzo deve essere trattato a mano per lisciarlo con fresette, spazzole o altri attrezzi. È questa l’unica fase manuale delle lavorazioni che in generale può essere eseguita in tempi ristretti: senza entrare nell’organizzazione aziendale e senza conoscere il numero di persone impiagate dalla Efesto si può dire che bastano pochissimi “operai” per trattare le parti prodotte. Questa è l’unica fase che richiede un intervento, diciamo così, diretto umano della produzione in quanto tutte le altre fasi hanno caratteristiche tipicamente impiegatizie. Alla fine i singoli pezzi subiscono dei controlli visivi finale, dei controlli metallurgici a campione, vengono riconosciuti, imballati e spediti: una serie di pacchetti di piccole dimensioni formano tutto l’output della fabbrica. Il processo non produce, quasi, scarto o sfridi: tutta la materia prima è trasformata in prodotto finito con l’eccezione di poche polveri metalliche che non risultano riutilizzabili.

Una fabbrica vicino ai clienti
Torniamo alla domanda iniziale: come sarà la FoF? Difficile dirlo! Sicuramente la Efesto rappresenta bene un esempio di un modello di FoF. Riassumendo: file in arrivo via rete; pochi tecnici informatici per il trattamento delle informazioni; degli esperti di processo per definire e certificare il processo; pochi operai per realizzare minime operazioni manuali; un investimento considerevole dell’ordine di diversi milioni di euro; un minimo management per servizi amministrativi e commerciali; poche centinaia di chili in ingresso; numerosi piccoli pacchetti di prodotto finito in uscita; un ambiente “da ufficio”; niente magazzini, camion, inquinamenti, rumore, scarti, acque reflue, trucioli, … con questi ingredienti Efesto ha realizzato un’azienda con un valore aggiunto di diverse volte il valore della materia prima. E ancora: una fabbrica così non ha un significativo “effetto scala”: quando il lavoro aumenterà sarà più facile realizzare un’altra fabbrica vicino ai clienti piuttosto che ingrandire questa già esistente. Le fabbriche potranno essere disposte vicino all’utilizzatore, in mezzo alle città riducendo traffico, trasporti, infrastrutture,… Ovviamente le fabbriche di questo tipo non saranno numerose ancora per molti anni e molti prodotti richiederanno ancora fabbriche come siamo abituati a vederle oggi ma, un poco alla volta, molte produzioni prenderanno questa direzione: ecco perché questa azienda è di sicuro interesse.

1 http://en.wikipedia.org/wiki/Volvo_Kalmar_Assembly
2 http://www.mirafiori-accordielotte.org/fiat-mirafiori-i-modelli-di-organizzazione-del-lavoro/
3 http://www.registrofiat.it/Ritmo_RFI.pdf

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