LIGHTWEIGHTING: COMPONENTI LEGGERI E PERFORMANCE OTTIMIZZATE
Per motivi di ordine strettamente economico e di performance oltre che di sostenibilità ambientale quello della riduzione del peso è un tema al quale l’industria manifatturiera guarda con attenzione crescente.
Il mondo dei trasporti
Il mondo dei trasporti è forse più di ogni altro interessato dalla tendenza al lightweighting poiché dall’alleggerimento dipendono in parte i consumi e senz’altro le prestazioni delle auto come degli aeromobili. Non a caso è proprio a questi settori che si devono secondo McKinsey gli sforzi e le sperimentazioni più importanti per lo snellimento delle parti e l’uso di materiali alternativi. Ovvero, rimpiazzare un classico parafango metallico con uno in fibra di carbonio significherebbe ottenere un pezzo del 30% più leggero a parità di prestazioni e un costo di lavorazione del 60% più contenuto. Analogamente l’uso della stessa fibra per la costruzione di uno stabilizzatore orizzontale per aerei creerebbe un risparmio del 30% sui costi di processo e una struttura del 50% più snella.
L’altra faccia della medaglia: le macchine
Allo stesso tempo l’aspettativa è che anche i costruttori di macchine, componenti di macchina e utensili possano trarre vantaggio dall’innovazione sfruttandola per minimizzare i tempi-ciclo e il consumo di energia accrescendo nondimeno la produttività. È stato per esempio calcolato che la riduzione del 30% della massa di un sistema di produzione possa portare a una flessione sino al 50% delle perdite di potenza elettrica di un servo-azionamento. Più in generale lo studio sulle accelerazioni e la dinamica dei macchinari può garantire un calo del carico di base dei macchinari unito a una superiore efficienza nell’asportazione di truciolo. Alcuni costruttori internazionali di utensili per la lavorazione dei metalli hanno già introdotto prodotti e accessori che indirizzano le esigenze di sicurezza, leggerezza e precisione che l’aerospazio impone. E contestualmente danno modo ai fornitori del machinery di proporre soluzioni meno energivore ma non meno performanti.
Il contributo dei componenti
Su questa strada anche i componenti possono essere strategici per raggiungere l’obiettivo leggerezza. «L’impiego di materiali avanzati per la realizzazione di giunti, come possono essere le leghe di alluminio al posto dell’acciaio, compositi in fibra di carbonio o kewlar (una fibra sintetica aramidica ultra-resistente nota per essere a parità di peso cinque volte più resistente dell’acciaio), minimizza l’energia d’impatto durante le inversioni di marcia. Il risultato è un movimento fluido, rigido, perfettamente controllato e soprattutto preciso», spiega Davide Fusari, country manager per l’Italia di R+W.
Ne sono un esempio i giunti R+W ad alta rigidità torsionale come quelli a soffietto della serie BK di R+W. «Lo stesso vale per i nostri giunti con allunga realizzati in alluminio per poi arrivare alle soluzioni più performanti con la parte tubolare in fibra di carbonio come nel caso dei prodotti delle serie ZAE e ZAL. Tutti prodotti che garantiscono un’alta precisione di lavorazione», afferma il manager. Ma va evidenziato che per garantire vibrazioni basse e massima velocità di azione «la struttura delle macchine tende a diventare sempre più solida in modo da garantire una maggiore stabilità, mentre tutti gli elementi in movimento della macchina tendono a essere sempre più leggeri, non solo per ridurre al minimo il consumo di energia, ma anche per garantire più velocità di produzione e quindi più efficienza», precisa Fusari.
Successo a tre dimensioni
Sempre sul fronte macchine e componenti, negli ultimi tempi, si sta facendo largo il concetto della cosiddetta ottimizzazione topologica o topology optimization. La definizione da manuale la indica come la possibilità di creare strutture ottimizzate in base agli obiettivi prefissati giovandosi del supporto di algoritmi di AI e volumi tridimensionali predeterminati, sia mediante stampa 3D sia con tecnologie sottrattive. Pur agendo sulla massa dei componenti, riducendola, la metodologia permette di cogliere traguardi rilevanti in termini di rigidezza e resistenza dei componenti, fra gli altri. Già sul finire dello scorso decennio alcune realtà dell’oleodinamica avevano integrato ottimizzazione topologica e additive manufacturing con l’analisi FEM per creare componenti soggetti a pressioni elevate. E completando il processo con tornitura e fresatura con centri di lavoro, hanno sviluppato soluzioni per il flusso dell’olio all’altezza di quelle tradizionali se non migliori. E l’oleodinamica è soltanto un esempio.
