James Hunt e i sette centri di ricerca britannici dell’innovazione nella stampa 3d


Dopo più di dieci anni come ricercatore nell’industria siderurgica del Regno Unito, James Hunt si è trasferito all’Università di Sheffield aiutando ad espandere la portata e la capacità del gruppo innovativo di lavorazione dei metalli.

James è stato determinante nell’espansione delle strutture delle tecniche di produzione avanzate del centro che vanno dalla stampa a getto d’inchiostro allo stampaggio a iniezione di metalli, alla produzione additiva e alla saldatura a fascio di elettroni.

Da quando è passato all’AMRC nel 2016, è stato responsabile della definizione di una strategia combinata per l’intera catena del processo di produzione additiva dalla polvere fino al pezzo finito, aiutando le aziende della catena di fornitura a esplorare le possibilità dell’AM.

L’ High Value Manufacturing Catapult (HVMC) del Regno Unito è costituito da sette centri di innovazione industriale di prim’ordine che lavorano in collaborazione con l’industria e il mondo accademico per fornire nuove soluzioni di produzione in un’ampia gamma di aree tecnologiche. Contribuire a mantenere la posizione del Regno Unito come uno dei leader mondiali della produzione additiva (AM) è uno degli obiettivi strategici chiave dell’HVMC e le attività collettive dell’HVMC sono molto allineate verso la rimozione delle barriere all’adozione dell’AM da parte di; sviluppare nuove capacità di materiali e processi, demistificare alcuni degli sporchi segreti dell’AM, abilitare soluzioni tecnologiche lungo la catena di fornitura e fornire accesso a capacità e competenze per consentire alle aziende di ridurre i rischi nel loro viaggio verso l’adozione dell’AM.

Ciascuno dei sette centri ha specializzazioni specifiche in determinate tecnologie, processi o settori e in questo articolo verranno evidenziati alcuni dei principali temi di ricerca. Esistono anche una serie di iniziative trasversali volte ad affrontare alcune delle sfide identificate nel documento di strategia nazionale AM ​​UK, dove sfruttare la capacità combinata e la portata geografica dell’HVMC può fornire il massimo impatto per l’industria. Un buon esempio di ciò è il modo in cui l’HVMC ha collaborato con il KTN (Knowledge Transfer Network) per ospitare una serie di eventi di sensibilizzazione sull’AM in tutto il paese. Aiutare le aziende a capire quali sono le opportunità per utilizzare l’AM all’interno della loro attività e fornire esempi reali di come altre aziende stanno già sfruttando la tecnologia. A seguito di ciò, abbiamo ora sviluppato una suite di Business & Pacchetti di supporto tecnologico che verranno utilizzati per assistere le aziende su argomenti quali; idoneità del prodotto per AM, selezione della tecnologia e valutazione dei casi aziendali.

Centri di eccellenza
L’ MTC ospita il National Center for Additive Manufacturing (NCAM) che svolge un ruolo di primo piano nella definizione dell’agenda di ricerca e nello sviluppo della tecnologia e dei sistemi necessari per affrontare le sfide chiave all’interno della catena del valore AM. Ospita il centro di benchmarking dell’Agenzia spaziale europea (ESA) ed è anche uno dei centri di eccellenza dell’ASTM che contribuisce allo sviluppo di standard nazionali e internazionali per l’AM. I principali programmi di ricerca includono DRAMA, un progetto di ricerca collaborativa da 14,3 milioni di sterline che fornisce una struttura AM riconfigurabile digitale che consente alle aziende della catena di fornitura aerospaziale di imparare, modellare e convalidare catene di processi end-to-end. Uno dei principali risultati di questo progetto è la creazione di un AM Knowledge Hub, un sito ad accesso aperto contenente preziose risorse che coprono argomenti come salute e sicurezza, guide di progettazione e panoramiche tecnologiche.

CPI si concentra sullo sviluppo di materiali per AM, che include nuove miscele termoplastiche per modellazione a deposizione fusa (FDM) e termoindurenti per fotopolimerizzazione in vasca (SLA). Ciò ha consentito a CPI di esporre le PMI della regione nord-orientale ai vantaggi dell’AM mentre formulavano materiali su misura per le loro applicazioni specifiche. Aree di nota sono lo sviluppo di polimeri biodegradabili per applicazioni monouso, polimeri biocompatibili per la modellazione biomedica, una maggiore funzionalità attraverso l’inclusione di nanomateriali e l’esplorazione delle proprietà meccaniche delle parti AM polimeriche sperimentalmente e mediante simulazione (FEA). CPI fa anche parte di un consorzio finanziato da IUK che sviluppa materiali per batterie di stampa 3D tramite SLA.

Un ulteriore sviluppo di nuovi materiali è in corso presso il Warwick Manufacturing Group (WMG), questa volta con materiali metallici in cui vengono sviluppati nuovi sistemi di leghe per i processi di deposizione di filo e polvere. Tramite il progetto IMPACT finanziato da Innovate UK (IUK), WMG ha lavorato con l’industria per sviluppare una nuova stampante 3D che combina la deposizione di materiali a base di polimeri e inchiostri elettricamente conduttivi, consentendo la produzione di parti elettromeccaniche completamente funzionali. Mentre in un altro progetto IUK, WMG sta applicando la propria esperienza nella TC e nella scansione laser allo sviluppo di una piattaforma per consentire la finitura economica ed efficiente dei componenti del letto di polvere di metallo e fornire un mercato basato su cloud per la consegna della piattaforma.

Il Centro di ricerca sulla formatura avanzata(AFRC) sta conducendo ricerche sulla rigenerazione tramite l’uso della deposizione laser di metalli (LMD), che ha incluso vari progetti con il settore Oil & Gas e per utensili di alto valore. Il progetto DigiTool, finanziato da IUK, ha creato un framework di rigenerazione digitale a circuito chiuso, con la piena integrazione di metrologia di scansione, LMD e lavorazione adattiva, il tutto all’interno di un’infrastruttura digitale. Il caso dell’utente finale era una riparazione dello stampo di forgiatura, che è stata riparata attorno alle aree di infiammabilità e alla cavità con un miglioramento superiore al 100% della durata dello stampo. Ciò dimostra come l’AM possa essere utilizzato dalle industrie manifatturiere tradizionali per integrare e migliorare i processi di produzione esistenti. Ulteriore lavoro con i principali partner industriali tra cui BP, Shell, Total, Equinor, Technip FMC ha portato a una linea guida per l’AM per l’industria petrolifera e del gas e marittima.

L’Advanced Manufacturing Research Center (AMRC) ha una reputazione di livello mondiale per la ricerca nella scienza della lavorazione, ora sta applicando tale conoscenza ai processi AM del metallo per garantire una perfetta integrazione tra deposizione e finitura della parte lavorata. Ciò include la modellazione e la simulazione dei processi per prevedere lo stress residuo e la distorsione, mitigandone l’impatto sulla parte finale tramite un’attenta pianificazione dei parametri di scansione laser e dello strumento sentiero. C’è anche una ricerca più fondamentale in corso sulla lavorabilità dei materiali, lavorando con artisti del calibro di Seco Tools per capire se potrebbero essere necessari inserti di utensili specifici per massimizzare la produttività. Questa conoscenza torna quindi nel processo di progettazione per garantire che le caratteristiche generate nell’ambiente CAD siano compatibili con l’elaborazione a valle.

Sebbene l’NCC si concentri principalmente sullo sviluppo di tecnologie di produzione per i compositi, ci sono ancora opportunità di lavorare nel campo dell’AM. Ad esempio, i processi FDM possono essere utilizzati per creare strutture a nido d’ape conformi altamente complesse, l’NCC sta studiando come queste possano essere incorporate in pannelli sandwich compositi per fornire prestazioni superiori ai pannelli convenzionali. Un altro programma di ricerca che esplora l’applicazione della stampa FDM di grande formato per la fabbricazione rapida di utensili a stratificazione composita, fornendo una valida alternativa agli utensili tradizionali in metallo duro che può essere costoso e ha tempi di consegna lunghi.

L’AMRC nucleare si concentra sull’uso delle capacità di deposizione di energia diretta su scala industriale (DED) per la produzione, la personalizzazione o la riparazione di componenti di grandi dimensioni, un approccio chiamato Bulk Additive Manufacture. Le caratteristiche di definizione, come i tassi di deposizione elevati, derivano da tecniche ad alta integrità, utilizzando metodi ad arco, fascio di potenza e a stato solido, per ridurre i rischi, accelerare e promuovere tecnologie affidabili e robuste nell’industria della generazione di energia e in altri settori con simili requisiti su larga scala. I programmi di ricerca e sviluppo in collaborazione, come il progetto AMOS (Additive Manufacturing Optimization and Simulation), incentrato sullo sviluppo di una piattaforma DED per prolungare la durata dei componenti e ridurre i costi di riparazione, dimostrano come l’AMRC nucleare stia fornendo risultati ad alto impatto,

La capacità e l’esperienza di questi centri HVMC è aperta a tutte le aziende manifatturiere del Regno Unito, quindi se hai un’area problematica che ti impedisce di sfruttare AM, saremo lieti di collaborare con te per fornire una soluzione.

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