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Innovazione da EMAG eldec: la produzione additiva garantisce una maggiore precisione nel riscaldamento a induzione

Gli induttori per il riscaldamento a induzione vengono generalmente ottenuti attraverso un processo produttivo complesso. Nonostante l'esperienza pluriennale e la grande maestria di chi produce questi strumenti di precisione, questo metodo di produzione sconta determinati limiti. Ad esempio, tutti i prodotti realizzati a mano presentano generalmente piccoli scostamenti che, pur potendo essere facilmente compensati, rendono necessario apportare correzioni ad ogni cambio utensili. Questo problema è noto ad ogni attrezzista – anche nel settore della lavorazione ad asportazione di truciolo. Un altro fattore limitante è la dimensione dell’induttore. Quanto più piccolo e complesso deve essere un induttore, tanto più complicata è la sua fabbricazione, fino al punto da non poter più essere realizzata a mano. L'avvento della produzione additiva ha rivoluzionato questa situazione: è stato infatti possibile sviluppare un nuovo processo di produzione grazie al quale il riscaldamento induttivo ha potuto raggiungere dimensioni completamente nuove.

Portata ottimale del liquido di raffreddamento grazie alla produzione additiva di induttori
Produzione additiva nella costruzione di induttori
Montaggio dell’avvolgimento induttore sulla base dell’induttore
Macchina per tempra a induzione MIND-L 1000 di EMAG eldec

Il dottor Dirk Schlesselmann, caporeparto ricerca e sviluppo tecniche applicative presso EMAG eldec, scruta attentamente il laser che sfreccia sul letto di polvere della macchina. Dalla polvere si forma gradualmente il profilo di un avvolgimento induttore, che viene prodotto utilizzando il processo SLM (Selective Laser Melting).

“Per me, questa è una delle innovazioni più entusiasmanti in assoluto”, spiega il dottor Schlesselmann. “Posso passare dalla progettazione alla produzione di un avvolgimento induttore con un solo passaggio intermedio.”

In questa fase intermedia, i dati della macchina vengono preparati per la produzione additiva: si tratta del cosiddetto “preprocessing” o preelaborazione. Una qualità ottimale delle superfici, la massima precisione dimensionale e una lunga durata utile possono essere garantite solo con un corretto orientamento e supporto dell’avvolgimento nell’ingombro della macchina.

La produzione di un avvolgimento induttore richiede in media 8-16 ore. L’utensile, realizzato in lega di rame, deve quindi essere sottoposto a trattamento termico per ottenere la conduttività elettrica ottimale del materiale. L’avvolgimento viene quindi saldato alla base dell’induttore, operazione che continua ad essere eseguita manualmente. “Successivamente, l’induttore può essere già utilizzato e posso effettuare i primi test. Pertanto, posso caricare i dati preparati nella macchina il lunedì e testare i primi pezzi nel laboratorio di prova già il mercoledì. La velocità di questo processo è imbattibile”, spiega il dottor Schlesselmann.

La produzione additiva consente un perfetto flusso del liquido di raffreddamento

Tuttavia, la velocità non è l’unico vantaggio offerto dal nuovo processo: numerose sono infatti anche le possibilità inedite in termini di costruzione.

“Nel riscaldamento a induzione, una criticità importante è costituita dal raffreddamento ottimale dell’induttore. Al fine di ridurre al minimo questo riscaldamento e la conseguente dilatazione termica nell’utensile, attraverso gli induttori scorre del liquido di raffreddamento. Questo è l’unico modo per garantire una buona durata. Grazie alla produzione additiva, ora siamo in grado di realizzare induttori che garantiscano un flusso ottimale di liquido di raffreddamento”, spiega il dottor Schlesselmann. A tale scopo, EMAG eldec punta sulla combinazione di competenze ingegneristiche e software di simulazione numerica, con cui può essere calcolato e analizzato il flusso del liquido di raffreddamento. Se, ad esempio, si creano “zone morte” senza flusso di refrigerante o turbolenze nell’induttore, questi punti possono essere ottimizzati mediante adattamenti mirati della topologia. Questo permette di eliminare gli hotspot e  ottenere un flusso quanto più sostenuto e uniforme possibile.. Il processo SLM garantisce una realizzazione della geometria fedele al progetto e quindi una perfetta potenza di raffreddamento dell’induttore.

“Questa realizzazione ad alta precisione dei dati di progettazione è un ulteriore vantaggio di questo processo. La precisione dimensionale degli avvolgimenti induttore stampati e saldati è molto migliore rispetto quella della produzione manuale. Per garantire la precisione dimensionale richiesta, utilizziamo bracci di misura 3D. In questo modo possiamo garantire che ogni induttore esca dalla produzione con una qualità ottimale”, chiarisce ancora Schlesselmann.

Il nuovo processo consente geometrie complesse

Riguardo ai vantaggi di questa tecnologia, oltre alle innovazioni già elencate, il dottor Schlesselmann menziona anche un’altra caratteristica fondamentale:

“Per la prima volta, nella progettazione di induttori non siamo costretti dalle limitazioni del processo di produzione. Ora possiamo produrre geometrie di induttori che non sarebbero realizzabili a mano. Penso principalmente a induttori molto piccoli e sottili che aprono all’uso del riscaldamento ad induzione per una gamma completamente nuova di pezzi. Qui, insieme ai nostri clienti, stiamo entrando in territori inesplorati. È davvero emozionante”, dichiara Schlesselmann.

Il fatto che il processo funzioni davvero in modo così affidabile come descritto è già stato confermato da EMAG eldec con prove sul campo effettuate insieme ad alcuni clienti. Il dottor Schlesselmann può quindi affermare: “Finora abbiamo ricevuto solo feedback positivi dai nostri clienti. In termini di vita utile dell’utensile non possiamo ancora formulare dichiarazioni definitive, tuttavia i risultati finora raccolti mostrano che, con gli induttori SLM, è possibile ottenere una durata utile significativamente più lunga. Un cliente è stato già in grado di raggiungere una durata utile doppia con un induttore fabbricato in modo additivo, senza che questo mostrasse segni di usura.”

Produzione additiva come parte dell’High Precision Tool System di EMAG eldec

Il nuovo processo di produzione di EMAG eldec si inserisce nell'ambito di un'iniziativa di qualità che mira a raggiungere un livello totalmente nuovo nel campo della tempra a induzione.

HPTS - High Precision Tool System è il nome dato da EMAG a questo insieme di misure con cui si intende rivoluzionare un intero settore.

“Tutto è iniziato con la costruzione della nostra nuova macchina per tempra ad induzione MIND L 1000”, spiega Andreas Endmann, responsabile delle vendite di sistemi per tempra di EMAG eldec. “La nuova macchina si contraddistingue per una struttura molto rigida e, pertanto, una precisione particolarmente elevata. All’incirca nello stesso periodo abbiamo iniziato a sperimentare la produzione additiva: subito ci è apparso chiaro che eravamo di fronte a un’opportunità unica per portare la tempra ad induzione a un livello di qualità completamente nuovo. Per non perdere il vantaggio della struttura rigida della macchina e dell’elevata precisione degli induttori a causa di un’installazione imprecisa degli utensili nella macchina, abbiamo realizzato una base dell’induttore completamente nuova nonché un apposito supporto induttore per la macchina, il 3D-Coil Connect. Questa innovazione, combinata con la misurazione 3D degli induttori stampati di cui abbiamo già parlato, assicura un processo di tempra ad induzione continuo di alta precisione, senza dover effettuare adattamenti complessi per il cambio utensili. Questo è un passo avanti davvero enorme”, conclude Andreas Endmann.