Produzione additiva di metallo - Innovazione più rapida per l'industria della bicicletta - Hangzhou, Zhejiang, China

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Dopo una lunga storia, il produttore di biciclette Möve ha sviluppato il principio dell'utilizzo della produzione additiva (AM) per produrre i connettori tra i tubi del telaio di una bicicletta. Dopo aver valutato i potenziali partner per riuscire in questa svolta tecnologica, Möve ha individuato la necessità di una collaborazione eccellente e di competenze che garantissero efficienza dei costi, design e prestazioni in linea con un unico produttore.

Il team di Eplus3D si è concentrato sull'ottimizzazione della struttura dei costi per la produzione dei connettori, garantendo la fattibilità del progetto per la produzione in serie. Implementando questo approccio e supportando Möve nella realizzazione di tubi in titanio mai realizzati prima per il telaio, il progetto ha subito un'accelerazione di almeno quattro mesi, portando alla creazione di un telaio per e-bike nuovo e distintivo che ha mantenuto il design monoscocca originale previsto.

Questo progetto illustra il potenziale dell'industria ciclistica grazie all'uso della stampa 3D in metallo e a una preziosa combinazione di lavoro ingegneristico di tutte le parti. Il riconoscimento delle sfide è fondamentale per le industrie della mobilità, che devono ripensare e riprogettare il modo in cui vengono prodotti i componenti, fornendo un prodotto di alta qualità e durevole che migliori l'esperienza finale dell'utente.

Möve, un'azienda con una lunga presenza in Turingia, Germania, combina dal 1897 un'ingegneria avanzata con un'eccellente qualità di produzione. Attualmente la produzione ha sede a Katharinenberg, in Turingia. L'azienda dà priorità al marchio "Made in Germany", assicurando che i suoi prodotti siano fabbricati con gli standard più elevati fin dall'inizio, fino al prodotto finito. Möve progetta, ingegnerizza e sviluppa soluzioni innovative da e per le persone, per produrre l'e-bike perfetta, adattabile alle esigenze delle persone. Il riconoscimento del principio dei quattro occhi garantisce l'eccezionale qualità Möve secondo gli standard ingegneristici.

Möve ha riconosciuto i limiti del settore, come la maggior parte del lavoro manuale nella costruzione di telai convenzionali, gli alti costi degli utensili per i telai di biciclette e (e-)bike altamente standardizzati, la stima errata del volume annuo di telai di biciclette con conseguente riduzione delle vendite e lo spreco di telai in fibra composita.

L'obiettivo di avere un rapporto qualità-prezzo pari a quello di un telaio di bicicletta prodotto in Asia, con una tecnologia innovativa che riporta i posti di lavoro nel settore manifatturiero dell'Europa centrale, unito a un obiettivo di prestazioni pari a quello di un telaio in carbonio, sono state sicuramente le principali sfide da affrontare. Durante la fase di sviluppo, l'approvvigionamento di tubi in titanio di forma ovale e a bassa tolleranza sembrava essere un problema importante, sia dal punto di vista finanziario che da quello del tempo. Per ricevere i tubi idroformati, sarebbe stato necessario sviluppare e produrre gli strumenti necessari, con il rischio di far fallire il progetto prima che fosse definitivamente decollato.

Dopo aver identificato le sfide iniziali, è stato creato il primo progetto di connettori tra i tubi realizzati in modo additivo. Pur riducendo al minimo la quantità di materiale, Möve ha trovato in Eplus3D il partner migliore, in grado di offrire i parametri di stampa più avanzati, il know-how e il supporto alla progettazione, con un prezzo ragionevole per pezzo. A questo punto, l'ingegnere Tobias Spröte ha visto il pieno potenziale e i vantaggi trasformativi della Metal AM come il passo successivo per costruire il primo telaio di bicicletta in titanio stampato in 3D al mondo. Di conseguenza, dopo un lavoro di progettazione congiunto di tutte le parti, Möve ha concluso che la tecnologia di stampa 3D Metal Powder Bed Fusion (MPBF™), combinata con l'uso di un materiale Ti6Al4V ad alta resistenza, era l'unica in grado di soddisfare i requisiti di progettazione, prestazioni e costi dichiarati per la produzione di anse per la bicicletta.

Eplus3D ha supportato Möve nell'approvvigionamento di tubi in titanio di alta qualità, anch'essi prodotti in modo completamente additivo dalla stampante EP-M650 di Eplus3D per metalli di grandi dimensioni, utilizzando il materiale Ti6Al4V. Questi tubi saranno sostituiti, nella produzione di serie, da tubi in titanio idroformati, ma hanno accelerato la realizzazione del progetto di 6 mesi. Inoltre, è stato possibile ridurre i costi di attrezzaggio, molto costosi e poco flessibili.

Tra i numerosi fornitori, Eplus3D si è distinta per il suo impegno ad andare oltre la semplice produzione, con un approccio ponderato alle sfide che si presentano nella fase di post-produzione. Il team di ingegneri di Möve ha collaborato con Eplus3D per sviluppare soluzioni innovative, riconoscendo la necessità di rimuovere e riciclare in modo efficiente la struttura di supporto.

In collaborazione con Möve, questi aspetti sono stati affrontati per migliorare la produzione in serie. Concentrandosi sulla riduzione delle strutture di supporto, i parametri chiave sono stati ottimizzati per bilanciare la velocità di stampa con le proprietà desiderate del prodotto. Questo approccio strategico non solo ha ottimizzato il processo di post-produzione, ma si è anche allineato agli obiettivi di qualità ed efficienza di Möve. Inoltre, Möve ha creato una catena di processi molto ponderata per la produzione dell'intera bicicletta presso la propria sede. Questo include la post-elaborazione dei componenti prodotti in modo additivo, come il trattamento superficiale e la lavorazione, nonché l'assemblaggio della bicicletta utilizzando una tecnologia di incollaggio brevettata. Questo aiuta l'utente a riciclare la bicicletta e a ripararla in modo molto più economico rispetto ad altre biciclette in fibra di carbonio.

Come spiega Enis Jost, vice direttore generale di Eplus3D Germania: "La struttura dei costi è determinata principalmente dal tempo di attività del sistema, dalla maturità dei parametri di elaborazione utilizzati e dalla velocità di stampa associata. Dato che per creare le anse vengono utilizzati solo pochissimi grammi di materiale e grazie alla maggiore produttività del sistema offerta dalle macchine di Eplus3D, il costo della materia prima è meno importante in questo caso. Tuttavia, il costo della polvere di titanio AM sta scendendo, il che contribuisce a creare un caso commerciale ancora migliore. Allo stesso tempo, i processi di Eplus3D diventano sempre più produttivi"

Questo progetto è particolarmente vantaggioso per una produzione in serie economicamente valida, riducendo i costi iniziali associati ai telai di biciclette ed e-bike standardizzati in grandi volumi. Grazie ai set di parametri di spessore dello strato più elevati e alle molteplici opzioni di configurazione della macchina, Eplus3D fornisce una soluzione ottimizzata in grado di soddisfare perfettamente le esigenze del cliente, riducendo così i costi di produzione dei pezzi e di stoccaggio e consentendo persino la produzione personalizzata di biciclette su richiesta.

Analizzando e implementando con precisione l'uso corretto di materiali come la lega di titanio (Ti6Al4V), Möve è stata in grado di mantenere elevati standard di prestazioni durante la produzione, garantendo stabilità, funzionalità e durata del risultato finale. Il materiale ha il più alto rapporto di prestazioni ed è quindi la scelta migliore per questo tipo di applicazione.

L'uso della tecnologia Metal AM, unitamente all'esperienza ingegneristica di entrambe le parti, ha permesso la creazione di geometrie complesse, facilitando il design monoscocca del telaio della e-bike di Möve Avian. Questo risultato è stato ottenuto senza compromettere l'integrazione della batteria, che rimane discretamente nascosta all'interno del tubo in titanio, migliorando così sia il design che la funzionalità della e-bike. Il processo AM ha anche facilitato la realizzazione di progetti iterativi più rapidi, riducendo i tempi di sviluppo complessivi e garantendo la creazione di una bicicletta specifica per il ciclista quando necessario.

Questi risultati sono stati resi possibili dal processo Ti6Al4V, attualmente disponibile e altamente produttivo, che è almeno due volte più veloce di quello dei nostri concorrenti. Di conseguenza, Eplus3D è in grado di offrire una struttura dei costi significativamente più interessante ai clienti che cercano il nostro supporto per migliorare le loro capacità di prototipazione da un lato, ma ancora di più quando passano alla produzione di serie con questa tecnologia.

Ogni fase della produzione, del design e della progettazione porta il marchio di eccellenza "Made in Germany". La delocalizzazione della catena di fornitura, utilizzando i principi del near-shoring, apre nuove possibilità per l'industria della bicicletta che ha un controllo più stretto sui propri fornitori. Insieme all'elevato livello di automazione, consente ai produttori di produrre localmente, con volumi elevati e quindi in modo economicamente vantaggioso.

L'ingresso di Möve nel campo dell'AM non solo rappresenta un cambiamento significativo nel modo in cui vengono costruiti i telai delle biciclette, ma mostra anche all'industria restante il potenziale e gli standard di alta qualità raggiungibili con questa tecnologia. Möve sta definendo nuovi standard nel settore, aprendo la strada a future innovazioni e affermandosi come leader in questo settore.

Questa trasformazione è chiaramente visibile attraverso gli sforzi di collaborazione e l'esperienza di Möve ed Eplus3D. Insieme, stiamo spingendo i confini di ciò che è possibile fare nella progettazione e nella produzione di telai di biciclette, dimostrando un impegno a ridisegnare il panorama dell'industria. Come spiega Enis Jost, Vice Direttore Generale di Eplus3D Germania: "Il potenziale dell'AM nell'industria della bicicletta potrà essere pienamente esplorato quando i produttori tradizionali inizieranno a progettare per la personalizzazione del processo e dell'utente, in modo simile ad altri dispositivi emotivamente connessi come automobili e motociclette". I materiali possibili includono materiali ad alte prestazioni come lo Scalmalloy® o il titanio, ma anche leghe tipicamente da fusione come AlSi10Mg o persino l'acciaio inossidabile" Questo processo può essere particolarmente vantaggioso per i componenti delle biciclette - leve, morsetti, dispositivi di cambio e pedali -, attualmente tipici fino a 10.000 pezzi all'anno.

Per sbloccare il mercato potenziale dell'MPBF™, "il team di ingegneri di Eplus3D è aperto a supportare qualsiasi azienda di mobilità a raggiungere i propri obiettivi di performance e di costo con il Metal AM, sviluppando un processo di produzione che segue anche il principio del near-shoring, supportando la grande necessità di prodotti personalizzati o di produzione interna", spiega Enis Jost. Inoltre, per ogni cliente vengono effettuati un calcolo dei costi standard e una revisione del progetto di base. Grazie all'architettura di sistema completamente aperta, il cliente può sicuramente sviluppare la propria proprietà intellettuale (IP) sulla base del processo fornito con la macchina installata, rafforzando così ulteriormente la propria esperienza nel settore e migliorando il processo.

Dalla fondazione della prima macchina PBF in Cina nel 1993, Eplus3D è impegnata nella ricerca e nello sviluppo di sistemi di produzione additiva di livello industriale e di tecnologie applicative che utilizzano la tecnologia di stampa 3D MPBF™ (Metal Powder Bed Fusion) e PPBF™ (Polymer Powder Bed Fusion). Eplus3D fornisce soluzioni applicative professionali per i settori dell'aerospaziale e dell'aviazione, dell'energia, dell'oil & gas, dell'automotive, degli utensili, della sanità, dei beni di consumo e della produzione di precisione.

Eplus3D dispone di quattro stabilimenti a Pechino, Hangzhou, Stoccarda e Houston, con un investimento annuale in ricerca scientifica superiore al 20% del fatturato, con brevetti d'invenzione completi, brevetti di modelli di utilità, diritti d'autore sul software e brevetti d'aspetto. L'azienda ha ottenuto grandi risultati nello sviluppo di design, processi, software, materiali e post-elaborazione per la produzione additiva e ha implementato con successo soluzioni AM presso i clienti di oltre 40 paesi e regioni, come Europa, Americhe, Medio Oriente, Asia orientale e Sud-est asiatico.

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