Produzione istantanea

Una linea di confine della storia della produzione attraversa lo stabilimento di Siemens Hearing Instruments a Piscataway, NJ. Da un lato, tecnici esperti utilizzano tecniche di fusione, strumenti di precisione e anni di esperienza per realizzare i gusci acrilici degli apparecchi acustici modellati dalle impronte in silicone dei canali uditivi reali.

Dall'altra parte del piano di fabbrica, due macchine delle dimensioni di un forno per pizza creano gusci simili dalla polvere di nylon. All'interno delle macchine, aghi di luce laser, guidati da file di progettazione digitale, scansionano roboticamente avanti e indietro, fissando sottili strati di polvere in strati di plastica resistenti. Quattro ore e diverse centinaia di scansioni laser dopo, un lotto di 80 gusci per apparecchi acustici è completato ( vedere Dalla polvere agli apparecchi acustici, in basso ). Il processo consente di risparmiare ore di lavoro umano e produce apparecchi acustici che si adattano e suonano meglio di quelli tradizionali.

Questa storia faceva parte del nostro numero di novembre 2003

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Funziona così bene che Siemens, il più grande produttore mondiale di apparecchi acustici, sta passando completamente alla tecnologia in diverse fabbriche. L'intero processo ci consente di essere più precisi ed eliminare l'errore umano. Questo cambierà il business, afferma William Lesiecki, direttore delle soluzioni software e di e-business per Siemens Hearing Instruments.

disossamento

In un certo senso, la produzione diretta è una conseguenza naturale della pressione incessante per ridurre il tempo necessario per spostare un prodotto dall'idea, attraverso la progettazione e lo sviluppo, alla realtà commerciale. Quando la progettazione assistita da computer e gli strumenti controllati digitalmente hanno iniziato a infiltrarsi nelle fabbriche negli anni '70 e '80, il palcoscenico era pronto per la prototipazione rapida, che utilizza le tecnologie di stampa per creare oggetti tridimensionali che fungono da prototipi, ad esempio, per giocattoli o parti di automobili. Con i prototipi in mano in poche ore, anziché le settimane oi mesi di intaglio e fusione a mano una volta presi, i designer possono perfezionare più rapidamente i prodotti e gli ingegneri possono rilevare e correggere rapidamente i problemi.

Le prime macchine di prototipazione rapida utilizzavano i laser per legare strati successivi di un polimero liquido, un processo chiamato stereolitografia. Le versioni successive utilizzavano una gamma più ampia di materie prime, come le polveri che si fondevano insieme quando venivano colpite da un raggio laser. Un altro salto è avvenuto negli anni '90, quando il metodo si è esteso oltre i laser per includere testine di stampa che vomitano liquidi leganti su polveri, aggiungendo velocità e una varietà ancora maggiore di materiali ( vedi Giocatori nella produzione diretta, in basso ). Allo stesso tempo, c'era la spinta per sviluppare queste tecnologie al punto da poter realizzare prodotti finiti, non solo prototipi. Alla fine degli anni '80, era appena uscita la stereolitografia ed è stato molto stimolante vedere, afferma Emanuel Sachs, un ingegnere meccanico del MIT che ha sviluppato il metodo della testina di stampa. Quello che ho deciso di fare era spostare l'attenzione dalla creazione di prototipi alla creazione diretta di parti funzionali.

Questo obiettivo è stato raggiunto. In un recente giorno presso il laboratorio Therics a Princeton, NJ, due dipendenti in tute da camera bianca hanno osservato una stampante delle dimensioni di un'auto che produceva 300 pezzi di osso mascellare sostitutivi lunghi due centimetri. Una serie lineare di otto testine di stampa ha passato su strati successivi di una polvere chiamata idrossiapatite (il principale minerale nell'osso naturale), erogando selettivamente minuscole goccioline di un liquido legante organico che sarebbe poi stato bruciato durante un trattamento in forno. Sotto l'incessante sequenza di goccioline - 800 al secondo - la massa di polvere altrimenti informe cominciò a prendere forma. La Food and Drug Administration degli Stati Uniti ha approvato il sostituto osseo di Therics alla fine di maggio e, sebbene non sia ancora stato utilizzato in un impianto nell'uomo, è già nelle mani dei chirurghi che intendono testarlo presto. Come mezzo per produrre osso sostitutivo, la produzione diretta presenta alcuni vantaggi. Supponiamo che una vittima di un incidente abbia perso un frammento di osso del braccio. Il pezzo può essere ricostruito digitalmente utilizzando immagini dello stesso osso sull'altro braccio. Inoltre, la tecnologia di stampa è in grado di creare pori larghi appena 50 micrometri, che consentono al segmento osseo, una volta impiantato, di ospitare vere cellule che producono osso vero, rafforzando ed eventualmente soppiantando l'impianto.

L'approvazione da parte della FDA del sostituto osseo prodotto direttamente da Therics è una pietra miliare per la tecnologia di produzione. In effetti, Ranji Vaidyanathan, scienziato dei materiali presso Advanced Ceramics Research a Tucson, AZ, che sta sviluppando i propri sostituti ossei stampati, si aspetta che l'osso prodotto direttamente diventi comune in tre-cinque anni. Direi che cambierà il modo in cui guardiamo all'osso sostitutivo, dice.

Robot personalizzati

Gli impianti ossei preannunciano applicazioni future molto più ampie che seguiranno miglioramenti in termini di velocità, precisione e varietà di materie prime. On Demand Manufacturing, che già produce parti in plastica e metalliche, spera di offrire materiali in grado di funzionare nelle condizioni più impegnative, incluso il calore simile a una fornace di un motore a razzo. L'azienda ha sviluppato polveri di superleghe che possono essere modellate tramite macchine a produzione diretta e quindi cotte in parti di turbine complesse e super resistenti. L'azienda sta ora adottando le misure necessarie per qualificare i componenti per l'uso nei razzi.

Anche la tecnologia di produzione diretta sta diventando mobile. Con una mossa che un giorno potrebbe avere conseguenze per il tuo garage locale, l'esercito degli Stati Uniti sta sviluppando unità mobili delle dimensioni di un camion in grado di fabbricare parti di ricambio basate su file digitali o scansioni sul posto di veicoli e armi proprio sul campo di battaglia.

E alcuni stanno spingendo la tecnologia nel regno della robotica e dell'elettronica, completa di parti mobili. Come primo passo, John Canny, Vivek Subramanian e i loro colleghi dell'Università della California, Berkeley, stanno sperimentando la stampa a getto d'inchiostro come metodo per modellare semiconduttori organici e materiali elettroattivi in ​​componenti intelligenti che cambiano forma in risposta a una tensione . Una visione a lungo termine è un robot personalizzato interamente polimerico che pesa meno di un chilogrammo che potrebbe essere stampato per lavori specifici, come riparare i cavi in ​​un punto stretto su un aereo. Ma gli obiettivi iniziali dei ricercatori di Berkeley sono più modesti; Subramanian dice che si aspettano di costruire il loro primo widget dimostrativo, forse un piccolo giunto mobile, entro due anni.

La tecnologia potrebbe eventualmente essere venduta anche al dettaglio. John Wooten, direttore generale di On Demand Manufacturing, immagina qualcosa come una catena di Kinko tridimensionali dotati di apparecchiature di produzione diretta in grado di replicare praticamente qualsiasi oggetto che potrebbe essere scansionato o definito in un file digitale. È possibile immaginare un ragazzo con la sua Mustang del '65 e una maniglia della finestra rotta che va lì per farsi fare una nuova maniglia, dice Wooten. Allo stesso modo, Bourne di Carnegie Mellon prevede nuove opzioni nella personalizzazione personale: telefoni cellulari, lettori CD e tutti i tipi di prodotti di consumo con forme e colori specificati dai clienti.

Sebbene queste applicazioni al dettaglio siano ancora ipotetiche, le aziende stanno germogliando per servire i produttori su base contrattuale. Aziende come Accelerated Technologies ad Austin, TX, e Met-L-Flo a Ginevra, IL, accettano file di progettazione digitale e realizzano prototipi rapidi, un concetto che potrebbe evolversi in prodotti di stampa personalizzati per i clienti al dettaglio. Se un tale servizio si materializza, un restauratore di auto di quartiere che cerca di duplicare un minuscolo pezzo di griglia, o un proprietario di casa che replica vecchie rifiniture, lo troverebbe simile a un Home Depot digitale, con un magazzino virtuale infinito di prodotti personalizzati.

Attori nella produzione diretta
Società	Tecnologia	Applicazioni
Sistemi 3D (Valencia, CA)	Macchine di sinterizzazione laser selettiva che utilizzano laser per legare polveri di plastica o metalliche; sistemi di stereolitografia che polimerizzano le resine liquide con il calore generato dal laser	Protesi e impianti medici, componenti per jet militari, apparecchi acustici, parti di auto da corsa di Formula 1
Stratasys (Eden Prairie, Minnesota)	Plastica riscaldata espulsa da ugelli mobili	Parti della pompa e piccoli ingranaggi
Therics (Princeton, New Jersey)	Tecnologia di stampa tridimensionale, in cui serie di testine di stampa spruzzano goccioline di leganti organici su polveri	Sostituti ossei con la porosità necessaria per le cellule prendere piede dopo l'impianto
Produzione su richiesta (Camarillo, CA)	L'uso della macchina di sinterizzazione di 3D Systems per creare parti ad alta resistenza	Condotte aeronautiche e altre parti personalizzate in plastica e metallo per applicazioni aerospaziali
Apparecchi acustici Siemens (Piscataway, New Jersey)	L'uso della macchina di sinterizzazione di 3D Systems per produrre gusci per apparecchi acustici su misura	Conchiglie per apparecchi acustici
CON (Burlington, MA)	Stampante tridimensionale ultraveloce che utilizza polveri proprietarie	Modelli geografici a colori per la pianificazione militare

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