Progettazione
ADDITIVE E SIMULAZIONE
01/06/2018

La cerniera originale (scura) e quella ottenuta con il progetto LightHinge+ (in alto). Si nota la struttura a filigrana che consente di dimezzare il peso del pezzo. ©EDAG Engineering.

L’avveniristica progettazione di un componente automotive impiega un potente software di Simufact Engineering, del Gruppo MSC Software. Il pezzo è simulato in modo virtuale per consentirne la produzione con tecniche di manifattura additiva.

di Riccardo Oldani

Da tempo si parla della manifattura additiva, popolarmente nota anche come stampa 3D, come della soluzione per alcuni tra i principali problemi del manufacturing: dalla produzione “lotto 1”, cioè idealmente in grado di realizzare anche un solo pezzo, all’eliminazione del magazzino, per arrivare a una vera gestione “on demand” dello stabilimento.

Ma la manifattura additiva, soprattutto per quanto riguarda i pezzi metallici, comporta anche questioni non banali che, finora, ne hanno limitato un impiego su larga scala. Tra questi i costi elevati, i tempi lunghi e anche la difficoltà a ottenere pezzi ad altissima precisione, richiesti sempre di più dai settori, come l’automotive o l’aerospace, che più degli altri potrebbero avvalersi dell’Additive Manufacturing.

Il disegno virtuale ottenuto con il software Simufact Additive confrontato con il pezzo reale.

UNA CERNIERA INNOVATIVA

Di fronte a queste limitazioni va segnalato il progetto condotto in partnership da EDAG Engineering (www.edag.de), società indipendente tedesca di progettazione nel settore Automotive, da Voestalpine (www.voestalpine.com), centro di manifattura additiva di Linz, in Austria, e da Simufact Engineering, società del Gruppo MSC Software (www.mscsoftware.com), uno dei leader globali nell’ambito dei software di simulazione per l’industria. Denominato LightHinge+ il progetto si è concentrato sullo sviluppo di una nuova cerniera per il cofano di una vettura, ma al di là dell’applicazione specifica ha aperto anche la strada verso l’applicazione della manifattura additiva nel settore Automotive, che comporta anche un ripensamento e re-design dei componenti e l’adozione di nuovi processi, dal concepimento alla realizzazione del pezzo. In particolare, il progetto ha consentito di produrre una nova cerniera con un peso del 50% in meno rispetto all’originale, un design semplificato con un numero di parti ridotto e una struttura a filigrana completamente nuova. Il tutto grazie all’impiego di un sistema di ottimizzazione topologica, che consente cioè di progettare in modo virtuale la geometria del pezzo alleggerendola ma senza perdere le caratteristiche di resistenza agli sforzi e di precisione che un componente automotive deve necessariamente avere.

 

I modelli dei due pezzi che compongono la cerniera realizzati con Simufact Additive.

DUE SFIDE COMPLICATE

Il progetto LightHinge+ è stato seguito da Simufact Engineering (www.simufact.com), business unit di MSC Software, con l’intento di rispondere a due sfide. La prima è definire un metodo per definire la geometria adeguata del pezzo pensato per la manifattura additiva e, quindi, prevedendo anche le corrette strutture di supporto che impediscono al pezzo di collassare su sè stesso durante la deposizione degli strati metallici. Il tutto per ottimizzare e abbreviare il processo di produzione e determinare con precisione i costi. La seconda sfida risiede nella previsione e nel calcolo virtuale delle possibili distorsioni o degli stress a cui sarebbe sottoposto il pezzo reale in esercizio. Il caso della cerniera è stato scelto volutamente, perché pezzi di questo tipo sono soggetti a movimenti per cui anche una deviazione di 1 o 2 mm rispetto alla geometria desiderata potrebbe renderli del tutto inservibili.

 

Il funzionamento della cerniera sviluppata attraverso il progetto LightHinge+ (© EDAG Engineering).

UN SOFTWARE POTENTE

Le due sfide che abbiamo appena descritto sono state affrontate e superate utilizzando il software Simufact Additive, che consente di simulare virtualmente tutto il processo di produzione di un pezzo, partendo dal design per passare alla produzione, senza bisogno di creare prototipi. Il software consente di simulare le fasi di trattamento al calore dei pezzi metallici ottenuti attraverso la manifattura additiva e anche il processo HIP (Hot Isostatic Process), utilizzato in ambito aerospaziale. La simulazione, inoltre, tiene in conto fasi come il distacco del pezzo dalla base e la rimozione delle strutture di supporto usate per la deposizione del materiale metallico, che possono avere conseguenze a livello di deformazioni o di debolezza intrinseca del pezzo.

Grazie al software Simufact è possibile simulare le distorsioni a cui potrebbe essere soggetto il pezzo realizzato con manifattura additiva (a sinistra) e ottenere un modello modificato per eliminarle (a destra).

Altrettanto precisa è la generazione del modello virtuale del pezzo finito, che consente di simulare anche la deposizione strato per strato del materiale attraverso una mesh a esaedri regolari, definita “voxel-mesh”. Il processo avviene per passi successivi, che partono da una simulazione rudimentale, ottenuta in meno di un’ora, che viene poi successivamente affinata e che consente di individuare i punti deboli della struttura, in modo tale da ovviare a possibili distorsioni. ©TECN’È

Simulazione delle possibili distorsioni nella parte superiore della cerniera. Le parti in blu e in azzurro sono più stabili, quelle nelle sfumature dal verde al rosso mostrano i principali scostamenti, sotto sforzo, rispetto alla posizione ideale.

 



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