Progetto Twimp, un sistema automatizzato per taglio e saldatura dell’acciaio

La società astigiana Elettrosystem, con sede a Scurzolengo, ha letteralmente inventato un nuovo sistema automatizzato di taglio e saldatura al laser per l'acciaio, che può garantire prestazioni elevate e allo stesso tempo ridurre i costi di produzione. Il progetto, denominato Twimp, avviato nel novembre 2015 e in corso fino al prossimo ottobre 2017, è stato positivamente valutato dalla UE nell'ambito della piattaforma Horizon2020, il programma di finanziamento delle eccellenze nella R&D, e ritenuto meritevole di accesso alla fase operativa cosiddetta "Phase II".

Il settore automotive, come avanguardia, ha iniziato ad impiegare l'acciaio austenitico twip per la realizzazione di parti strutturali dei veicoli. Tuttavia la complessità del processo di saldatura, perché non alteri le caratteristiche meccaniche del nuovo metallo, non permette una diffusione capillare rapida; l'ostacolo maggiore è il vincolo tecnologico che le attuali tecnologie Mig/Tig non riescono a superare in quanto a stress termico.

Le maggiori case automobilistiche del mercato Emea hanno tentato esperienze nei rispettivi centri di R&D, pur dovendosi arrendere alla impossibilità di unire il metallo con saldatura senza apporto di materiale (che droghi il metallo nel punto di fusione e che ne alteri la composizione). Tuttavia, le potenzialità del materiale sono tutt'altro che indifferenti, soprattutto nell'ottica della sicurezza dei veicoli: la resistenza, la leggerezza e la plasticità indotta ne fanno il materiale preferibile per quelle componenti preposte all'assorbimento degli urti. Ecco perché la necessità di realizzazione del progetto è diffusamente sentita ed è attuale.

La soluzione messa a punto da Elettrosystem si basa sull'integrazione della tecnologia laser fibra in una piattaforma di automazione che consente sia il taglio di spezzoni grezzi sia la saldatura degli spezzoni stessi. Infatti, è possibile alimentare il twip in barre cave di diverso spessore (tipica tipologia di commercializzazione del grezzo) che vengono singolarizzate, orientate e quindi tagliate a misura. La stessa piattaforma di automazione, poi, provvede a presentare le facce dei due segmenti per la loro unione mediante saldatura laser.

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La particolarità della soluzione, oltre all'evidente vantaggio tecnologico nella saldatura del twip, consiste nel poter assecondare flessibilmente le necessità di programmazione del percorso di saldatura: è possibile, partendo dal disegno 3D del prodotto, sviluppare il programma Iso che l'automazione deve eseguire senza alcun apporto ingegneristico del conduttore macchina. Inoltre, l'impiego di un robot antropomorfo che interpola i movimenti con mandrini consente molteplici gradi di libertà e quindi la saldatura di sezioni poligonali (e non solo circolari).

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Rispetto all'arte nota, quindi, il progetto ha permesso innanzitutto di saldare l'acciaio twip senza alterarne la struttura molecolare nel punto di fusione, senza comprometterne le caratteristiche meccaniche esclusive, senza antiestetici e antifunzionali cordoni di saldatura, senza diminuire la resistenza alle sollecitazioni meccaniche nel punto di unione. Inoltre, è stato possibile seguire percorsi di saldatura non solo lineari, ma anche per linee spezzate; non solo su sezioni circolari, ma anche poligonali complesse.

Infine, il progetto Twimp porta a un certo risparmio, di tempo e di energia (circa un terzo rispetto a processi equipollenti con tecnologia Mig/Tig), ma anche di costi (di approvvigionamento, logistica e stoccaggio del materiale di apporto non più necessario, di inefficienza dell'impianto per la gestione del filo del materiale di apporto, di manutenzione).

La sicurezza della soluzione è garantita da una segregazione totale dell'area di lavoro del laser. L'operatore è tenuto all'esterno della riparistica e non può essere colpito dal fascio laser perché accedendo all'interno è sempre inibita la potenza. L'ispezione del processo avviene mediante più telecamere che proiettano istantaneamente le diverse viste del processo. Un adeguato sistema di aspirazione raccoglie i fumi e gli sfridi (questi ultimi per il solo taglio) e filtra l'aria secondo le più stringenti normative. La supervisione degli accessi è garantita da una unità logica dedicata e all'uopo programmata come da normativa. Non essendoci abrasione o comunque taglio meccanico è sensibilmente abbattuto l'inquinamento acustico.

In quanto a efficienza, la sorgente laser non necessita di manutenzione frequente e/o prolungata; la pulizia di una lente (con comuni lembi di panno e senza particolari soluzioni chimiche) è l'unica accortezza richiesta. Allo stesso modo il robot. Quest'ultimo non necessita di ingrassaggi periodici né di regolazioni o sostituzioni di parti che richiedano frequenti/prolungati fermi-macchina. Ogni organo semovente viene opportunamente riparato per evitare possibili accumuli di particelle di taglio (minime perché aspirate) con soffietti. Mtbf e Trs permettono la conduzione di più impianti con un solo operatore.

Infine, la soluzione si rivela anche sostenibile: i gas di copertura sono azoto e argon, quindi inerti e a impatto ambientale nullo; la sorgente laser non necessita che di energia elettrica, in quantità 2/3 più contenuta delle tecnologie Mig e Tig, e acqua distillata per il raffreddamento. Non sono necessari imballaggi, e relativa logistica, perché non vi sono elementi terzi che rientrano nel processo se non i particolari da unire per formare il prodotto. La flessibilità del sistema permette di produrre più linee di prodotto, anche nel tempo, e quindi una perdurante utilità dell'impianto secondo l'evoluzione dell'attività aziendale.

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