Dallo stampo all'ispezione finale: la versatilità degli scanner 3D in fonderia

Nel settore delle fonderie, l'efficienza è essenziale per produrre parti di alta qualità riducendo al minimo le rilavorazioni, e disporre di dati completi è indispensabile per ottimizzare ogni fase della fabbricazione. Tradizionalmente, le fonderie hanno fatto affidamento su tecniche di ispezione convenzionali per assicurare la misurazione dimensionale, ma l'utilizzo di macchine di misurazione a coordinate (CMM) richiede tempo, e comporta dei colli di bottiglia che causano ritardi di consegna. Questa è la ragione per cui la tecnologia di scansione 3D è emersa con forza nel settore.

Verifica del prototipo, ispezione del primo pezzo e controllo qualità

Dopo aver verificato i prototipi, gli scanner 3D sono uno strumento chiave per affiancare le CMM nell'ispezione del primo pezzo e nel controllo qualità.

Dato che la scansione 3D acquisisce dati completi di tutte le superfici dei pezzi fusi, individua facilmente difetti come le porosità, le deformazioni e le imperfezioni causate dal raffreddamento prima che compromettano le prestazioni o l'integrità strutturale. Le porosità indeboliscono il materiale, causando potenzialmente perdite o problemi di lavorazione, mentre le deformazioni influiscono sull'assemblaggio e sull'incastro corretto tra le parti. I difetti legati al raffreddamento possono causare la contrazione, la fessurazione o l'indebolimento, riducendo la durata e la resistenza a fatica. Individuando precocemente questi problemi mediante la scansione 3D, le fonderie possono garantire che i pezzi fusi soddisfino i requisiti di qualità evitando costose rilavorazioni.

La scansione 3D è un metodo efficace anche per verificare il corretto incastro e allineamento di anime, parti mobili di estrazione e slitte, assicurando un'integrazione perfetta dei componenti. Mappe cromatiche chiare permettono di confrontare le parti con il modello CAD per individuare rapidamente le deviazioni dal disegno iniziale, prevenendo la rilavorazione.

In conclusione, gli scanner 3D snelliscono il processo di approvazione delle parti prodotte generando in modo automatico rapporti, assicurando la conformità con le tolleranze e accelerando i cicli di approvazione.

Applicazioni per la verifica del prototipo, ispezione del primo pezzo e controllo qualità

• Rilevamento dei difetti di fusione – Individuare la porosità, la deformazione, o difetti causati dal raffreddamento
• Anime, inserti, parti mobili di estrazione e slitte – Assicurare un incastro e allineamento perfetto dei componenti
• Confronto tra pezzo e CAD – Scansionare parti fuse per individuare deviazioni dal disegno originale
• Creazione automatica di rapporti per il processo di approvazione delle parti di produzione (PPAP)

Prestazioni e ottimizzazione dei pezzi fusi

Dopo aver sviluppato gli stampi, prodotto e ispezionato i primi pezzi fusi, il passo successivo è ottimizzare il processo produttivo per ottenere qualità ed efficienza costanti. Combinando la velocità con l'accuratezza, la scansione 3D gioca un ruolo essenziale nel perfezionare i controlli chiave della produzione e nel migliorare le prestazioni dei pezzi fusi.

Acquisendo dati di scansione 3D nelle diverse fasi produttive, le fonderie possono individuare precocemente i pezzi fusi fuori tolleranza, evitare che avanzino nel processo produttivo per poi essere scartati in fase di controllo qualità. La produzione può essere modificata, e i pezzi fusi possono essere rilavorati immediatamente, riducendo al minimo i difetti e i tassi di scarto. Grazie a dati dettagliati che vengono memorizzati in ogni fase, è più semplice effettuare il tracciamento e la risoluzione di problemi sistemici. Attraverso l'integrazione della scansione 3D nelle ispezioni regolari, le fonderie possono perfezionare costantemente le tecniche di fusione e migliorare i processi produttivi generali.

Allo stesso modo, scansioni 3D frequenti e dettagliate del canale di distribuzione, del canale di colata e del sistema di alimentazione forniscono informazioni preziose sulla distribuzione del metallo fuso, aiutando gli ingegneri a ottimizzare i canali di flusso per un migliore utilizzo del materiale. La scansione 3D permette anche di eseguire un'analisi precisa della distorsione termica, rilevando l'espansione o la contrazione dello stampo causate da fluttuazioni di temperatura per garantire la stabilità dimensionale.

Inoltre, dato che gli scanner 3D acquisiscono in pochi minuti l'intera geometria del pezzo fuso, permettono di effettuare una convalida delle parti veloce e accurata, contribuendo alla riduzione dei tempi del ciclo di produzione. Pertanto, l'integrazione di uno scanner 3D nell'insieme degli strumenti di metrologia, può accelerare la produzione di pezzi fusi mantenendo al tempo stesso una qualità elevata.

In conclusione, la scansione 3D aiuta a garantire un allineamento corretto del pezzo fuso e a verificare la correttezza della quantità e dello spessore del materiale prima della lavorazione. Sebbene i dispositivi di fissaggio per le lavorazioni possano calcolare le coordinate delle macchine per un allineamento ottimale, questi strumenti sono costosi e richiedono un modello specifico per ogni tipo di pezzo fuso.

Utilizzando uno scanner 3D (manuale o automatico) il processo può essere notevolmente migliorato. Si inizia con la scansione del pezzo, normalmente già eseguito per il controllo qualità, e poi si utilizza una macro su misura per sovrapporre digitalmente il modello CAD al pezzo fuso, ottimizzando la sua posizione. Successivamente, il software genera i punti di riferimento per l'allineamento necessari per la macchina CNC. Di conseguenza, la macchina CNC può allineare accuratamente il pezzo fuso, assicurando un equilibrio ottimale e costante dello spessore del materiale.

Applicazioni per le prestazioni e l'ottimizzazione dei pezzi fusi

• Miglioramento dei processi – Utilizzare i dati di scansione per perfezionare le tecniche di fusione e ridurre i tassi di scarto
• Analisi del canale di distribuzione, del canale di colata e del sistema di alimentazione – Scansionare i canali di flusso per migliorare la distribuzione del materiale fuso
• Analisi della distorsione termica – Rilevare l'espansione o la contrazione degli stampi dovute alle variazioni di temperatura
• Riduzione dei tempi del ciclo di produzione – Ottimizzare la produzione di pezzi fusi convalidando rapidamente l'accuratezza dei pezzi
• Allineamento dei pezzi fusi – Verificare la correttezza dello spessore del materiale prima della lavorazione

Analisi dei difetti e monitoraggio dell'usura

La scansione 3D è un metodo affidabile da integrare nei flussi di lavoro di analisi dei difetti per estendere il ciclo di vita delle attrezzature, risolvere problemi tecnici, e prevenire costosi difetti.

Nel tempo, l'uso ripetuto può causare fessure, deformazioni, o usure superficiali, che la scansione 3D può individuare rapidamente per valutare il deterioramento dello stampo. Acquisendo dati superficiali ad alta risoluzione e confrontandoli con il modello 3D originale dello stampo, le fonderie possono individuare cambiamenti minimi come la perdita di materiale, difetti superficiali o deformazioni. Quando tali dati vengono misurati regolarmente, i team del controllo qualità possono programmare una manutenzione specifica, per prevenire i difetti nelle fusioni e ed estendere il ciclo di vita degli stampi.

Le mappe di colori sono anche uno strumento perfetto per confrontare i pezzi fusi difettosi con le specifiche di progettazione originali, aiutando a individuare i difetti in fase di controllo qualità e a individuare con chiarezza le cause di fondo, derivanti dall'inconsistenza del materiale, da condizioni di fusione non idonee, o sollecitazioni.

Inoltre, i dati completi della scansione 3D permettono di effettuare l'analisi dell'usura a lungo termine e della deformazione degli stampi, assicurando un rilevamento precoce della deformazione progressiva o del deterioramento superficiale. Questo permette al controllo qualità di effettuare una manutenzione puntuale o di sostituire proattivamente gli stampi.

(Leggi perché GF Casting Solutions ha abbandonato una soluzione di misurazione precedente in favore della tecnologia di scansione 3D Creaform.)

Applicazioni per l'analisi dei difetti e monitoraggio dell'usura

• Rilevamento di crepe e usura – Individuare le fratture da sollecitazione o usura eccessiva nei pezzi fusi
• Analisi dell'origine del problema – Confrontare le parti difettose rispetto alle specifiche di progettazione per identificare i difetti
• Analisi dell'usura e della deformazione – Rilevare negli stampi la deformazione o l'usura superficiale di lungo periodo

Reverse engineering

Oltre a migliorare i processi della produzione di pezzi fusi, la scansione 3D può essere utilizzata in modo intelligente per il reverse engineering, permettendo agli ingegneri di ricreare modelli 3D digitali accurati e di migliorare i disegni tecnici esistenti.

La scansione 3D permette ad aziende della manifattura come il produttore tedesco di attrezzatura per l'edilizia BOMAG GmbH di digitalizzare le parti esistenti e ricreare modelli CAD di componenti vecchi o fuori produzione. Questo permette loro di mantenere o riprodurre parti importanti non più disponibili.

L'accuratezza e l'elevata risoluzione della scansione 3D possono essere utilizzate in modo alternativo per rilevare i componenti della concorrenza e fornire informazioni utili sulle dimensioni e sulle prestazioni progettuali ai fini della comparazione e del possibile miglioramento.

Per la produzione su misura, la scansione 3D facilita la modifica e il miglioramento di progetti esistenti, consentendo adattamenti e ottimizzazioni rapide su misura e secondo specifiche necessità. Inoltre, si possono creare copie digitali degli stampi per conservare a lungo termine rappresentazioni dettagliate di attrezzature; questo assicura un accesso più semplice a queste risorse da utilizzare per future riproduzioni o modifiche.

Applicazioni per il reverse engineering

• Digitalizzazione di parti di generazioni precedenti – Ricreare modelli CAD per parti vecchie o fuori produzione
• Analisi delle prestazioni della concorrenza – Analizzare i componenti della concorrenza
• Produzione su misura – Modificare e migliorare progetti esistenti
• Archiviazione degli stampi – Creare una copia digitale di uno stampo da archiviare