Il potere della misurazione portatile: ecco come la scansione laser 3D incrementa i processi di profilatura dei metalli dall'inizio alla fine
A cura di: Orlando Perez, Direttore, Marketing prodotti, FARO Technologies
Essendo un ramo della lavorazione dei metalli, sottoinsieme della fabbricazione, la profilatura dei metalli è un processo di base che entra in gioco in una vasta gamma di assemblaggi di parti: dallo stampaggio di metalli per i beni di consumo per la casa, a molti degli elementi che compongono aeroplani e automobili. Con così tanti prodotti e miliardi di dollari in gioco, accuratezza, precisione e ripetibilità diventano essenziali.
Ciò è particolarmente vero ora che gli Stati Uniti stanno emergendo dalla pandemia di Covid-19, e si prevede che il mercato globale dello stampaggio dei metalli, valutato 220 miliardi di dollari nel 2019, registrerà un tasso annuo di crescita composto del 2,8% dal 2020-2027 e il mercato globale della forgiatura dei metalli, valutato 84 miliardi di dollari (sempre nel 2019), è previsto in crescita del 5% per lo stesso periodo. Allo stesso modo, la ripresa internazionale si farà sentire anche in altri settori dell'economia: il Fondo Monetario Internazionale parla di un'impennata del 6% del PIL, una cifra che supera le previsioni di gennaio. In un simile clima di crescita, non possono verificarsi fermi di produzione, rilavorazioni costose, prodotti fuori dai limiti di tolleranza e problemi di sicurezza.
Pertanto, la scansione laser 3D con la tecnologia di misurazione portatile senza contatto ScanArm, insieme al suo software di assicurazione qualità e ispezione, continua ad essere tra gli strumenti indispensabili ai tecnici della qualità per garantire non solo che ogni singola parte corrisponda al suo disegno o modello CAD originale, ma anche che gli stessi macchinari di forgiatura, profilatura e stampaggio a cui viene affidata la modellazione del prodotto finale operino in base alle specifiche stabilite. Questo è vero sia per lo stampaggio (essenzialmente un processo di deformazione che riflette la capacità di un materiale di cambiare forma grazie all'applicazione di una pressione elevata, senza però essere distrutto) che per la forgiatura, spesso sinonimo di "stampaggio col fuoco" (ossia con calore estremo) in stampi aperti o chiusi.
Meno "pressione"
Grazie alla più recente tecnologia ScanArm, in aggiunta alle piattaforme di scansione a piastra girevole multi-asse, la misurazione di precisione oggi è più rapida e semplice che mai. Il meccanismo di funzionamento è semplice: un braccio di misura articolato e portatile a coordinate (PCMM) viene dotato di un laser senza contatto che misura in tempo reale le coordinate X, Y e Z e digitalizza tali dati 3D in un ambiente virtuale. Nel caso di ScanArm, una striscia laser viene riflessa dalla parte scansionata verso una telecamera che registra i dati creando una nuvola di punti 3D, un modello digitalizzato contenente le coordinate X, Y e Z dell'intera superficie scansionata.
Le tecnologie gemelle dello ScanArm/laser e della piastra girevole, insieme al software potente ma di facile utilizzo, possono: individuare rapidamente le caratteristiche del componente che si discostano dalle condizioni nominali (permettendo di regolare tempestivamente la macchina prima che emergano situazioni fuori dai limiti di tolleranza), eseguire un'ispezione in-process del componente e persino acquisire dati precisi di misurazione digitale per effettuare il reverse engineering di componenti privi di progetti o disegni CAD.
Dal punto di vista del flusso di lavoro per la profilatura dei metalli, le soluzioni hardware e software di metrologia 3D oggi a disposizione hanno notevolmente semplificato quello che una volta era un processo complesso, che si affidava a utensili soggetti ad errori, come calibri e micrometri, per svolgere attività molto dispendiose in termini di tempo, la cui riuscita non era affatto garantita. Per sua stessa natura, lo stampaggio dei metalli è un'operazione complessa e in più fasi, che crea una grande varietà di prodotti, molti dei quali presentano geometrie "organiche" o irregolari, difficili da misurare.
Persino le CMM fisse presentano limiti su questo fronte. Diversamente dalle cugine PCMM, le CMM sono ingombranti, fisse, richiedono competenze avanzate di programmazione ingegneristica, e devono essere conservate in apposite sale metrologiche climatizzate. Ma l'aspetto forse più importante è che le CMM non sono in grado di misurare parti (o macchine) in-process; i componenti fabbricati devono essere spostati dove si trova la CMM, il che provoca colli di bottiglia durante le ispezioni e comporta costi aggiuntivi.
Per le automobili, ad esempio, lo stampaggio è richiesto per costruire i pannelli della carrozzeria, il telaio, gli sportelli e una serie di piccoli componenti. Anche per gli aeroplani sono necessarie moltissime parti stampate, tra cui: componenti strutturali, impianti di generazione dell'ossigeno, alloggiamenti e recinzioni per gli aerei militari, relè, commutatori e sistemi di illuminazione. Quando si valuta il processo di profilatura dei metalli e come la scansione laser 3D possa aiutare in ogni fase del lavoro, occorre tenere in considerazione svariati fattori:
- Effetti dello stampaggio sulla funzionalità di progettazione – Le parti stampate rientrano nelle tolleranze specificate dal modello CAD? Questo è vero per l'ispezione primo articolo, ma anche per le ispezioni successive.
- Le parti stampate rispettano le specifiche? – I dati del software di scansione possono essere inseriti in un sistema di controllo statistico dei processi (SPC) che aiuti a stabilire se le parti tendono a uscire dai limiti di tolleranza?
- La matrice produce sempre componenti con le stesse specifiche? – Oppure le componenti tendono a uscire dai limiti di tolleranza a causa dell'usura? In tal caso, è arrivato il momento di effettuare un'ispezione con misurazione 3D delle matrici stesse.
- La sicurezza prima di tutto – La parte è sicura e funzionale, conforme ai requisiti specifici del settore o nazionali?
- Qual è il tempo richiesto per la produzione e il controllo qualità e qual è rendimento più elevato che si può ottenere con scarti ridotti al minimo?
La magia del flusso di lavoro
Come già specificato in precedenza, la scansione laser 3D può e deve avere un ruolo fondamentale nei processi del flusso di lavoro della profilatura dei metalli. Per ogni fase del processo di completamento del prodotto, la scansione laser può migliorare notevolmente la velocità e la qualità delle misurazioni effettuate, sia per parti singole/appartenenti a un insieme che per le macchine stesse.
Guardandolo nel suo complesso, il flusso di lavoro nella profilatura dei metalli può essere suddiviso semplicemente nelle seguenti fasi:
Fase 1 Progettazione: il processo inizia quando ingegneri di progettazione e metalmeccanici sviluppano varie forme e oggetti, tra cui cupole, coni, semisfere, quadrati, bulbi oculari o forme ovali. Dopo lo sviluppo, questi vengono utilizzati per realizzare le matrici per la profilatura del metallo.
Fase 2 Approvazione e applicazione: una volta approvato il disegno di prodotto e creata la matrice, il processo passa nelle mani della squadra di stampaggio. Qui, il personale lavora per valutare i disegni del prodotto e stabilire il processo di stampaggio e le attrezzature da utilizzare.
Fase 3 Lavoro personalizzato: con un disegno, una matrice e un piano definito, ha inizio lo stampaggio del metallo. Gli utensili e i passaggi secondari specifici richiesti dipendono dal prodotto che viene stampato, nonché dal materiale impiegato e dalle dimensioni di produzione.
Fase 4 Assemblaggio: a seconda della complessità del prodotto, è possibile procedere all'assemblaggio. Il montaggio dei componenti nel prodotto stampato potrebbe richiedere attacchi, saldature o piegature. È fondamentale, dopo l'assemblaggio, che tutti i prodotti vengano ispezionati per verificarne l'accuratezza prima del completamento. È qui che le soluzioni di scansione laser 3D si dimostrano di fondamentale importanza e aiutano a ridurre i costi aumentando al contempo l'efficienza.
Fase 5 - Fine: una volta completato l'assemblaggio, i prodotti possono essere rifiniti con una lavorazione a macchina, ad esempio maschiatura, perforazione, segatura, fresatura, smerigliatura e persino sabbiatura. Il processo può essere completato da eventuale verniciatura, sigillatura o primerizzazione.
Diciamo 'No' al dilemma del terzo quadrimestre
Una volta verificate tutte queste fasi, l'ispezione finale controlla che i profilati in metallo siano pronti per l'uso pubblico o industriale e che i ricavi siano massimizzati grazie all'aumento della produttività, con la riduzione dei tempi di fermo macchina e dei costi derivanti dallo spreco di materiale.
Secondo molti tra i migliori economisti a livello globale, il terzo quadrimestre del 2021, che ha inizio questo mese (luglio), il mondo farà i suoi primi deboli passi verso un ritorno alla normalità. Ed è qui che l'economia globale inizierà a prendere lo slancio necessario per far avverare le previsioni di crescita del 6% di cui abbiamo parlato.
Ora che i consumatori iniziano a spendere i loro «risparmi Covid» (Bloomberg Economics stima che gli americani abbiano messo da parte 1,3 trilioni di dollari durante la pandemia), è il momento in cui l'industria della profilatura dei metalli dovrebbe diventare operativa al massimo, con la sicurezza che tutti i prodotti realizzati e le macchine che li hanno prodotti funzionino entro i limiti di tolleranza previsti. Il modo migliore per ottenere questa prospettiva così essenziale per il controllo della qualità è usare soluzioni di scansione laser 3D e i relativi prodotti software.
La misurazione portatile non è mai stata così potente.