Fresatura CNC
Sebbene la fresatura CNC esista da più di 50 anni, la tecnologia sta andando avanti e i recenti progressi hanno visto l'automazione dell'intero processo, dalla progettazione al pezzo finito. Grazie a questi progressi si è trasformata in una tecnologia facilmente disponibile per tutti, per volumi elevati o ridotti, dalla prototipazione ai pezzi finali e con tempi di consegna brevi, persino di un solo giorno.
E allora, cosa è successo che l'ha resa così democraticamente disponibile per tutti?
Per rispondere a questa domanda, diamo prima un'occhiata più da vicino per capire cosa sia esattamente la fresatura CNC e poi esaminiamo in che modo si sta evolvendo.
Cos'è la fresatura CNC?
Innanzitutto, nonostante i loro diversi approcci, sia la foratura che la fresatura CNC, ovvero la fresatrice e la tornitrice o il tornio CNC, producono pezzi mediante rimozione di materiale. Un centro di lavorazione spesso abbina entrambi i metodi e più utensili in un'unica macchina. Presentano tutte un movimento ad assi multipli che guidano gli utensili da taglio intorno e attraverso il pezzo da lavorare per modellare esattamente ciò di cui avete bisogno.
La differenza fondamentale è che una fresatrice usa un utensile che ruota per praticare dei tagli sul pezzo, mentre il tornio fa ruotare il pezzo su cui viene applicato un utensile.
Come funziona la fresatura CNC?
Prima dell'avvento del Controllo Numerico Computerizzato o CNC, sia le frese che i torni erano azionati manualmente. Come suggerisce il nome, il CNC ha automatizzato questo processo per renderlo più preciso, affidabile e veloce.
Un operatore esperto adesso programma i codici G (che sta per codice geometrico) sulla macchina, spesso via software. Questo controlla la fresa fissando il percorso che deve seguire e la velocità, di modo che possa forare, tagliare e modellare il materiale in base alle dimensioni impostate sul computer.
Ci sono diversi tipi di frese CNC, anche se le più comuni sono macchine su 3 assi, che si muovono sui piani X, Y e Z per permettere la fabbricazione di utensili tridimensionali. Le macchine a 3 assi sono in grado di realizzare particolari complessi ruotando e reimpostando il pezzo per consentire l'accesso da più angolazioni.
Le macchine a cinque assi migliorano questa capacità aggiungendo due ulteriori movimenti direzionali, tramite la rotazione sugli assi X e Y. Sono ideali per la creazione di parti complesse e precise, ma il rovescio della medaglia è che l'uso di tale tecnologia potrebbe incidere sul vostro budget, perché la complessità comporta un costo maggiore. Che ci crediate o no, il movimento su 5 assi dovrebbe essere in grado di definire qualsiasi geometria 3D. In ogni caso, sostenere un pezzo e ruotarlo liberamente in ogni direzione non è affatto pratico e sebbene esistano ormai macchine a 6, 7 o persino a 12 assi, direi che è estremamente improbabile che voi dobbiate usarle a meno che non abbiate bisogno di pezzi estremamente complessi, perché l'investimento è enorme, così come le dimensioni della macchina!
Qual è il prossimo passo per la lavorazione CNC?
Come potete vedere, l'evoluzione ha portato allo sviluppo di fresatrici CNC sempre più complesse, che stanno diventando più grandi, più costose da acquistare e che richiedono più competenze per farle funzionare. Anche se esternalizzate la vostra lavorazione CNC, pagherete di più per questa complessità perché i produttori specializzati devono recuperare il loro investimento. Se avete un pezzo estremamente complesso che richiede una precisione incredibile e ne avete bisogno in grandi quantità, allora potreste essere in grado di giustificare l'investimento. Per la stragrande maggioranza dei progetti invece, la lavorazione a 3 assi o al massimo a 5 assi sarà più che adeguata.
Dopo tutto esistono sempre più soluzioni diverse per affrontare un problema: ad esempio costruire due o più parti meno complesse per poi imbullonarle, saldarle o unirle insieme come parte di un processo di assemblaggio secondario sarà generalmente una soluzione migliore e più economica che cercare di lavorare una singola parte estremamente complessa.
Allora perché tanta attenzione allo sviluppo di nuove macchine costose ed enormi che offrono ritorni sempre minori? È un po' come Microsoft Office. La maggior parte di noi usa Word, ma in effetti probabilmente ne sfruttiamo solo il 20% delle capacità, eppure Microsoft continua ad aggiungere nuove funzioni, la maggior parte delle quali probabilmente non ci serviranno mai, non le useremo mai e non sapremo mai che esistono.
Invece di apportare miglioramenti incrementali sempre più piccoli al processo, noi pensiamo che sia meglio migliorare il processo stesso. È qui che possiamo ottenere il maggior guadagno.
Automatizzare il processo
Torniamo all'inizio ed esaminiamo il processo di produzione di un pezzo.
Tutto ha iniziato con l'ingegnere progettista che lavora sul suo CAD per disegnare la parte o il componente di cui ha bisogno. In passato, un operatore esperto lo avrebbe preso e avrebbe programmato il codice G per la produzione assistita da computer (CAM).
Ma una volta che è stato progettato, perché eseguire un ulteriore passaggio? Ebbene, la buona notizia è che in molti pacchetti CAD è possibile trasformare il file in codice G, ma occorre comunque fare un passo indietro.
Dopo aver disegnato il pezzo, come fate a sapere se può essere prodotto tramite lavorazione CNC e con le tolleranze che desiderate? Il vostro CAD dovrebbe essere il filo digitale che collega tutto lungo la linea con un intervento umano minimo o nullo.
Dopo tutto, con l'Industria 4.0 dovremmo tutti vivere in un mondo connesso. E invece molta lavorazione CNC si basa ancora sulla presenza di un operatore specializzato. Quando inviate il vostro progetto, in genere è una persona che ne verifica la producibilità rispetto al processo di sua competenza. Se non va bene, allora dovrà rispedirvelo in modo che possiate riprogettarlo o modificarlo.
In Protolabs abbiamo automatizzato questo processo. Una volta inviato il vostro CAD, il nostro software ne controlla la producibilità e genera un preventivo. Se ci sono modifiche suggerite o richieste, il rapporto dell'analisi di fattibilità elaborato automaticamente dal software ve le mostrerà sul vostro CAD. Quando sarete soddisfatti del vostro progetto e della produzione, il nostro software genererà il codice necessario per lavorarlo esattamente come specificato nel preventivo.
Più veloce e più conveniente
Questo rende il processo molto più veloce e conveniente, il che può fare davvero la differenza per lavori di piccole e medie dimensioni o per la prototipazione e il collaudo di nuovi componenti.
Inoltre, grazie all'automazione, questo livello di servizio è uguale per tutti, qualunque sia la dimensione del progetto. A seconda delle loro capacità, le officine meccaniche tradizionali daranno comprensibilmente la priorità ai progetti che valgono di più per loro, in funzione delle dimensioni dell'ordine o della complessità del pezzo necessario.
L'automazione del processo, invece, livella il campo di gioco, di modo che se state realizzando dei prototipi o se magari avete bisogno solo di un numero piccolo o intermedio di pezzi, otterrete comunque la stessa velocità e lo stesso livello di risposta.
E dato che tutte queste informazioni vengono generate e raccolte fin dal primo momento, noi siamo in grado di tagliare e spedire pezzi di plastica e metallo lavorati a CNC in 24 ore. Se invece non ne avete bisogno così rapidamente, potete optare per una data di consegna successiva e pagare meno, perché potete essere sempre voi a impostare automaticamente i termini e le condizioni.
Tutto questo processo ha inizio con il vostro CAD: significa che dopo che avrete disegnato il pezzo, avremo un filo digitale che potremo usare durante tutta l'operazione di lavorazione CNC, dal vostro computer alla consegna finale.
L'automazione non si limita solo alla fresatura o alla tornitura CNC, ma comprende tutto a partire dalla progettazione. È questo il futuro della fresatura CNC. È l'Industria 4.0 che entra in azione.