L’Additive Manufacturing al servizio dell’oleodinamica
Nello sviluppo e progettazione dei nuovi prodotti oleodinamici, Aidro ha integrato i vantaggi dell’Additive Manufacturing. I componenti idraulici prodotti con questa tecnologia presentano tutta una serie di vantaggi, tra cui la possibilità di ottimizzare il design e di ridurre il numero di componenti; una maggiore resistenza alla fatica e alla corrosione; leggerezza e compattezza, oltre ai benefici in termini di sostenibilità.
Negli gli ultimi anni le nuove tecnologie come l’Additive Manufacturing (AM) hanno visto un grande sviluppo grazie al fatto che sono in grado di soddisfare esigenze specifiche in una vasta gamma di applicazioni, e spesso riescono a raggiungere risultati non ottenibili con la manifattura tradizionale. L’AM è in grado di risolvere problemi noti da tempo e stimolano il settore oleo-idraulico ad adattarsi alle esigenze di una industria in continua evoluzione e di un mercato globale sempre più esigente e attento alle emissioni di CO2. I vantaggi dell’Additive Manufacturing nei sistemi idraulici sono stati integrati da Aidro nello sviluppo e progettazione di nuovi prodotti oleodinamici, che verranno presentati ad Hannover Messe 2022.
Così come i componenti oleoidraulici si trovano in tutte le macchine che utilizzano la potenza fluida, allo stesso tempo la gamma di applicazioni delle parti stampate in 3D è estremamente ampia: dalle macchine agricole, agli aerei, alle navi e qualsiasi altro macchinario mobile, fino alle macchine come le presse per stampaggio a iniezione, macchine utensili per lavorazione meccaniche e così via. Ogni area applicativa ha esigenze specifiche e, quindi, si avvicina alle tecnologie di Additive Manufacturing per scopi specifici, a seconda dei vantaggi della tecnologia che meglio si adattano al settore e alle relative applicazioni. La produzione additiva, oltre a offrire la libertà di progettare e personalizzare i componenti, introduce un’ampia gamma di funzionalità migliorate che sono destinate a portare vantaggi diversi nei vari settori. Sono molteplici i vantaggi dei componenti oleoidraulici prodotti in modo additivo nel contesto delle loro applicazioni più comuni. Citiamo qui di seguito i principali.
Canali curvi e riduzione del numero di componenti con la stampa 3D
Aggiungendo il metallo strato per strato anziché lavorarlo da un blocco, la stampa 3D consente di ottimizzare il design del canale interno, sostituendo le intersezioni a 90° con curve ottimizzate. Nell’oleoidraulica tradizionale, le intersezioni dei canali delle valvole vengono realizzate da lavorazione meccaniche. Invece, grazie all’utilizzo di software e simulazioni di fluidodinamica, le stampanti 3D a metallo sono in grado di produrre canali curvi, facilitando il flusso ed eliminando completamente le perdite di carico. Allo stesso tempo, ciò elimina la necessità di tappi ausiliari nel processo di produzione, riducendo il rischio di perdite di olio e presentando il duplice vantaggio di ottimizzare le prestazioni prevenendo qualsiasi potenziale danno all’ambiente.
I canali curvi migliorano la portata dell’intero sistema oleoidraulico riducendo le perdite di carico. Questo perché con Additive Manufacturing è possibile progettare in parallelo con simulazioni di fluidodinamica in tempo reale.
Un altro importante vantaggio per il design è la possibilità di combinare più componenti in uno solo. Ciò significa non solo integrare due funzioni, come ad esempio un collettore e uno scambiatore di calore, ma anche combinare fisicamente le parti, ottenendo un unico componente altamente ottimizzato. Questo, oltre all’evidente vantaggio di non dover ricorrere a due fornitori diversi, elimina anche la necessità di assemblare le parti, riducendo ulteriormente la possibilità di perdite di fluido e consentendo di risparmiare tempi e costi di montaggio.
Resistenza a fatica e alla corrosione: i vantaggi ottenuti da Aidro
Aidro utilizza due tecnologie di produzione additiva: fusione laser a letto di polvere e binder jetting. A seconda delle geometrie e delle applicazioni finali, viene scelta la migliore stampante 3D per creare componenti leggieri o altamente resistenti alla corrosione. Tra i materiali disponibili ritroviamo acciaio inossidabile, Inconel, alluminio e titanio. La scelta dei materiali è estremamente importante, poiché ogni sistema oleoidraulico è vulnerabile sia ai liquidi corrosivi che alle alte pressioni. Per questo motivo, i materiali devono soddisfare determinati standard di resistenza, durata e resistenza alla corrosione. Ciò è particolarmente importante per le applicazioni che sono soggette a sollecitazioni eccezionali, ad esempio trattori e altre macchine agricole che devono sopportare lo stress continuo di terreni irregolari, dossi e buche, o applicazioni che sono a contatto con un ambiente marino e, quindi, altamente corrosivo.
Il settore marittimo richiede componenti oleoidraulici il più possibile leggeri e in grado di garantire durata e resistenza alla corrosione. Un esempio particolarmente eclatante è quello del collettore disegnato da Aidro per Fidema Group. Grazie alla progettazione e integrazione dei componenti, il collettore è stato stampato in 3D in acciaio inox e installato nei sistemi di sollevamento della gru di uno yacht di lusso.
Leggerezza e compattezza: due must nelle applicazioni high-end
Un grande vantaggio della produzione additiva per molti settori è la possibilità di produrre oggetti con peso e dimensioni ridotte. Un collettore convenzionale riprogettato per la stampa 3D può ottenere una riduzione del peso del 30÷40% e in alcuni casi può estendersi fino a un impressionante 80÷90%. Il fatto che i componenti possano essere molto più leggeri e compatti è molto interessante per l’aeronautica e l’aerospaziale, settori che sono sempre alla ricerca di tecnologie per ridurre le dimensioni e il peso dei loro componenti. Allo stesso modo, le macchine agricole e altre macchine mobile devono soddisfare requisiti sempre più severi in termini di spazio, peso e consumo di energia.
AM: Più sostenibile ed economica rispetto ai processi tradizionali
La produzione additiva è più sostenibile e meno dispendiosa rispetto ai processi di produzione convenzionali. Innanzitutto è più sostenibile come processo produttivo perché si basa sul principio di utilizzare solo tanto materiale quanto necessario al componente, al contrario delle tecnologie sottrattive che partono da un blocco di metallo e procedono rimuovendo tutto il materiale in eccesso generando scarti. In secondo luogo, i nuovi design resi possibili con additive manufacturing, ottimizzando la funzione dell’oggetto, introducono anche una serie di soluzioni più sostenibili, dalla prevenzione delle perdite alla riduzione degli sprechi energetici.
In questo contesto, la produzione additiva, essendo di per sé una tecnologia sostenibile, ha un vantaggio rispetto ai processi di produzione tradizionali. Aidro ha capito l’importanza di ridurre l’impronta di carbonio e prosegue nel cammino in questa direzione, anche grazie alla stampa 3D.
Tra le iniziative intraprese per favorire e rafforzare un processo produttivo più sostenibile, uno dei progetti più recenti di Aidro, è stato presentato alla conferenza internazionale Off-Highway R-Evolution 2021. Il progetto, sviluppato in collaborazione con CNH Industrial, ha previsto l’applicazione del Life Cycle Assessment (LCA) per confrontare la quantità di CO2 emessa dalla produzione tradizionale con quella emessa dalle tecniche additive in ogni fase del processo produttivo, ‘cradle to gate’: dalle materie prime (confronto del lingotto con polvere metallica atomizzata), ai metodi (confronto di colata e AM) e post-processing. I risultati, calcolati in Global Warming Potential, sono stati più che impressionanti. Rispetto alla fusione, il flusso di lavoro di un oggetto prodotto in modo additivo ha comportato una riduzione delle emissioni di carbonio di oltre il 60%.
Dopo alcuni anni dall’introduzione della stampa 3D a metallo in Aidro, prima con la tecnologia fusione laser a letto di polvere e ora il binder jetting, l’azienda è entrata a far parte del gruppo americano Desktop Metal, che intende spingere la produzione additiva a livello di massa. E Aidro, proprio nello specifico settore oleoidraulico, si fa promotrice delle tecnologie e innovazioni legate all’additive manufacturing.