Il primo collettore di scarico per motocicli prodotto tramite tecnologia Laser Metal Deposition

Nell’ambito del progetto Made4Lo, Politecnico di Milano, Lafranconi e BLM Group hanno creato una sinergia per il redesign e la produzione di un collettore di scarico per una motocicletta a tre cilindri tramite tecnologia Laser Metal Deposition (LMD).

Il progetto Made4Lo – Metal Additive for Lombardy, nasce nel 2017 con l’intento di creare una fabbrica diffusa per lo sviluppo delle tecnologie di produzione additiva dei metalli all’interno del territorio lombardo, costituendo così una rete di aziende e centri di ricerca che condividono le loro competenze. Nel corso degli anni si è creato quindi un nuovo modello di “fabbrica di rete” basato sulla conoscenza diffusa e applicata delle tecnologie di stampa 3D, su processi e infrastrutture condivisi dai diversi soggetti della filiera e su un’intensa attività di formazione del personale tecnico.
La partnership coinvolge numerose realtà, fra cui nello specifico due centri di ricerca (Politecnico di Milano e Università di Pavia), e imprese quali Tenova, BLM, GF Machining Solutions, 3D-NT, GFM, Fubri, Costamp Group e Officine Meccaniche Lafranconi.

La sinergia per il collettore di scarico

Tra tre partner in particolare, Politecnico di Milano, Lafranconi e BLM Group, si è creata una collaborazione per il redesign e la produzione di un collettore di scarico per una motocicletta a tre cilindri tramite tecnologia Laser Metal Deposition (LMD). L’attività di ricerca è stata condotta all’interno del laboratorio AddMeLab tramite cella di deposizione BLM Additube. Sviluppata in collaborazione col Politecnico, la cella è costituita da due unità robotizzate: un braccio antropomorfo a 6 assi sul quale è montato il sistema di deposizione e una tavola roto-basculante. Insieme offrono piena libertà di lavoro e gestione di geometrie altamente complesse e di grandi dimensioni.
All’interno del progetto sono state affrontate diverse tematiche relative al Design for Additive Manufacturing (DfAM) e a nuove strategie di deposizione e produzione, oltre allo sviluppo e implementazione del software CAM in ambiente Siemens NX. Il lavoro di integrazione software svolto in collaborazione con Team3D e CNR-Stiima ha permesso di affrontare le sfide che la complessità del prodotto richiedeva.
È stato infatti possibile depositare su componenti appartenenti al modello di serie dello scarico come le flange di connessione al motore; sono state sviluppate strategie per la costruzione in parallelo di più elementi tubolari a parete sottile, evitando collisioni e progettando il loro punto di giunzione garantendo una tenuta a gas e resistenza meccanica. All’interno del processo di stampa, durato in totale 14 ore, è stato inserito il filtro catalizzatore ed è stato saldato utilizzando lo stesso setup di deposizione.

Grande, complesso nella forma e funzionale: i partner di Made4Lo raggiungono un altro traguardo con un dimostratore funzionante che mostra le capacità della produzione additiva avanzata e dell’assemblaggio all’interno dei processi.
Grande, complesso nella forma e funzionale: i partner di Made4Lo raggiungono un altro traguardo con un dimostratore funzionante che mostra le capacità della produzione additiva avanzata e dell’assemblaggio all’interno dei processi.

Un prototipo con prestazioni paragonabili al modello di serie

Successivamente alla fase di produzione sono state eseguite sia lavorazioni meccaniche che di saldatura per l’inserimento di alcuni componenti utili all’assemblaggio col resto del motore e del sistema di scarico. Il prototipo è stato infine montato e testato su banco prova; i risultati di coppia e potenza ottenuti sono stati comparati con quelli del modello di serie. Grazie alle conoscenze di processo del Politecnico e all’esperienza nel settore di Lafranconi è stato possibile ottenere un prototipo con prestazioni paragonabili al modello di serie, dimostrando il potenziale della tecnologia LMD e la validità dei valori di fabbrica di rete promossi dal progetto Made4Lo. “Made4Lo si presenta come il primo esperimento lombardo nel settore additivo di Industria 4.0 – spiega Marco Bocciolone, direttore del dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano – con una rete di sistemi fisici e digitali interconnessi, che si scambiano prodotti e informazioni attraverso un’infrastruttura diffusa”.

Un nuovo modello di fabbrica

Il progetto nasce grazie a una rete di eccellenze del territorio lombardo che hanno deciso di condividere le loro competenze, il know-how e le risorse per gestire l’intero ciclo produttivo dell’Additive Manufacturing. Quest’ultimo rappresenta una delle frontiere dell’Industria 4.0, permette infatti la realizzazione di oggetti complessi (parti componenti, semilavorati o prodotti finiti) aggiungendo strati successivi di materiale, in contrasto con quanto accade nella produzione tradizionale in cui si procede per sottrazione dal pieno (tornitura, fresatura, ecc.). I vantaggi rispetto al passato sono dati dall’elevata flessibilità produttiva, dalla libertà di effettuare progettazioni complesse e con tempi di realizzazione contenuti, dalla possibilità di riduzione delle scorte e di semplificazione della filiera logistica, dal momento che risulta possibile produrre anche un solo componente quando e ove necessario. Il progetto ha sviluppato sette casi studio che hanno guidato lo sviluppo di sistemi per la produzione di polveri metalliche e stampa, simulazione e monitoring, integrando il know-how di sistemisti, end-user e centri di ricerca. Made4Lo, progetto pilota in questo campo, ha contribuito alla realizzazione di un nuovo modello di fabbrica “a rete”, basato sulla conoscenza diffusa e applicata dei nuovi processi di stampa 3D, su processi e infrastrutture condivisi da diversi soggetti della filiera e su un’intensa attività di formazione di personale tecnico specializzato nell’ambito delle tecnologie additive.

Il prototipo ottenuto garantisce prestazioni paragonabili al modello di serie.
Il prototipo ottenuto garantisce prestazioni paragonabili al modello di serie.

I dettagli tecnici del progetto

Made4Lo ha avuto una durata complessiva di 30 mesi e ha visto un investimento di 6,6 milioni di euro, con un contributo da parte di Regione Lombardia – nell’ambito degli Accordi per la ricerca e l’innovazione – di 3,5 milioni a fondo perduto, stanziati dal Fondo Europeo di Sviluppo Regionale.
Il progetto, coordinato da Tenova, società del Gruppo Techint specializzata nello sviluppo di soluzioni innovative per l’industria metallurgica e mineraria, si basa sulle indicazioni contenute nella Road Map di Cluster Tecnologico Regionale AFIL – Associazione Fabbrica Intelligente Lombardia – e dal suo gruppo di lavoro Additive Manufacturing. Questo progetto si inserisce nell’ambito dell’Associazione Fabbrica Intelligente, il Cluster Tecnologico voluto dalla Regione Lombardia per sviluppare una strategia basata sulla ricerca e sull’innovazione del settore manifatturiero del nostro paese.

I risultati ottenuti

Made4Lo conta all’attivo due brevetti e due componenti ridisegnati per la produzione Selective Laser Melting, uno dei quali in rame puro, ottenuto grazie al sistema SLM a laser verde di 3D-NT, al re-design for Additive Manufacturing del Politecnico di Milano e alle simulazioni condotte da Tenova. Per il tema delle tecnologie a deposizione diretta LMD – Laser Metal Deposition, i ricercatori del Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano, in collaborazione con l’end-user Lafranconi, hanno realizzato uno scarico innovativo in acciaio prodotto con il sistema di stampa 3D Additube di BLM-Group. La sfida per il mondo additive si gioca sulle dimensioni e sullo sviluppo geometrico. Il pezzo finale infatti misura 450 mm ed è stato ottenuto in 14 ore di stampa. Le geometrie del design finale sono il risultato del lavoro del designer Andrea Valensin del Sitec – Laboratorio per le Applicazioni Laser del Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano. Altro traguardo importate per questo tema sono stati i risultati dei test in esercizio che riportano performance paragonabili tra il prototipo LMD e il modello tradizionale, aprendo nuovi fronti per l’applicazione di questa tecnologia …

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