Perché la prototipazione aiuta a scegliere la giusta tecnologia di saldatura dei metalli?

Esistono centinaia di modi diversi per saldare i metalli. Come si fa a fare la scelta giusta tra i metodi tradizionali e le tecnologie più recenti, come la saldatura per attrito (FSW)? In questo processo di selezione, la prototipazione gioca un ruolo fondamentale nelle fasi di progettazione, sviluppo e validazione del prodotto. Scoprite come questa fase cruciale contribuisce al successo dei vostri progetti industriali.

I pannelli in alluminio fissati da un sistema di serraggio vengono saldati da un robot industriale.

Che cos’è uno studio di ingegneria con un servizio di prototipazione specializzato nella saldatura dei metalli?

Indipendentemente dal settore di appartenenza, gli studi di ingegneria con servizio di prototipazione svolgono la stessa funzione ma con caratteristiche specifiche che riflettono la loro particolare competenza.

Gli uffici di ingegneria con un servizio di prototipazione sono un anello essenziale della catena di produzione industriale

Nel settore industriale, uno studio di ingegneria con un servizio di prototipazione produce versioni preliminari di un prodotto o dei suoi componenti. Queste prime versioni, dette prototipi, servono a garantire che il prodotto realizzato soddisfi le aspettative, prima di avviare la produzione su larga scala. Una volta convalidato, il prototipo funge da modello per la produzione di massa: viene riprodotto identico in grandi quantità.

Per esigenze di minore entità, l’ufficio prototipi può anche essere chiamato a produrre pezzi unici o piccole serie.

Nel mondo della saldatura dei metalli, la prototipazione è particolarmente utile per testare e validare l’assemblaggio degli elementi saldati. L’ufficio prototipi identifica innanzitutto la tecnica di saldatura più appropriata per il progetto, quindi cerca di metterne a punto i parametri, come temperatura, velocità e pressione, per garantire una qualità ottimale del giunto di saldatura. Infine, sul prototipo vengono eseguiti test distruttivi e non distruttivi per valutare la qualità della saldatura.

Un membro del team Stirweld tiene in mano il prototipo di un componente in alluminio che ha appena saldato.

Caratteristiche specifiche degli studi di ingegneria con servizio di prototipazione nel campo della saldatura dei metalli

Tecniche di saldatura utilizzate

Gli studi di ingegneria con un ufficio di servizi di prototipazione specializzato nella saldatura dei metalli padroneggiano una o più tecniche tra le tre principali categorie di processi di saldatura:

  • Processi disaldatura per fusione. Questa famiglia comprende la saldatura ad arco come TIG (Tungsten Inert Gas), MIG (Metal Inert Gas)/MAG (Metal Active Gas) e la saldatura al plasma. Ma anche la saldatura a fascio di energia e la saldatura a ossigeno e a gas.
  • Processi disaldatura a stato solido, come la saldatura per diffusione, la saldatura a forgia, la saldatura a ultrasuoni, la saldatura per esplosione e la saldatura per attrito (FSW).
  • Processi disaldatura a pressione, come la saldatura a resistenza, a induzione o a rotolamento.

Per sviluppare e produrre prototipi, questo tipo di azienda dispone di attrezzature specializzate, utensili personalizzati, strumenti di simulazione digitale e un laboratorio di prova.

Profili all’interno di studi di ingegneria con un servizio di prototipazione specializzato nella saldatura dei metalli

Gli studi di ingegneria con servizio di prototipazione sono composti da profili complementari le cui rispettive competenze coprono le fasi di progettazione, produzione e validazione dei prototipi. Sebbene il numero di persone che lavorano in un tale dipartimento vari a seconda delle dimensioni dell’azienda, ecco le posizioni principali:

  • Gli ingegneri meccanici lavorano su software CAD (Computer Aided Design) come SolidWorks per progettare i pezzi.
Un membro dell'ufficio tecnico di Stirweld lavora davanti allo schermo del suo computer alla progettazione 3D di un prototipo.
  • Gli ingegneri dei processi produttivi determinano i processi di saldatura più adatti e i relativi parametri, quindi ne supervisionano l’implementazione.
  • Itecnici di prototipazione e produzione sono responsabili della produzione pratica dei prototipi, compresi taglio, assemblaggio, saldatura e collaudo.
  • Gli operatori di macchine pilotano utensili (fresatura, tornitura, CNC) e impianti di saldatura automatizzati, grazie alla loro competenza nella programmazione e nella manutenzione delle macchine di produzione.
  • I metallurgisti analizzano le proprietà dei materiali utilizzati per garantirne la compatibilità con i processi di saldatura.
  • Iresponsabili della qualità effettuano controlli di qualità, compresi test distruttivi e non distruttivi per verificare la resistenza delle saldature.
  • I project manager pianificano, coordinano i team e controllano le scadenze e i budget in linea con le aspettative dei clienti.

Chi può richiedere un prototipo di pezzo saldato?

Ci sono molti altri professionisti interessati ai prototipi in metallo, in una vasta gamma di settori. Tuttavia, la questione della prototipazione è comune a tutti i progetti e vale la pena di chiedersi quando è opportuno.

Industrie che richiedono parti saldate

Le aziende che hanno bisogno di saldare parti metalliche appartengono principalmente a questi settori:

  • Automotive e trasporti. In questo settore, la saldatura è coinvolta nella produzione di telai, carrozzerie, serbatoi, scarichi e componenti del motore. Inoltre, il boom dei veicoli elettrici sta creando esigenze sempre maggiori per la produzione di batterie e alloggiamenti in alluminio.
  • Aerospaziale e difesa. Le parti saldate comprendono componenti strutturali per aerei, razzi e droni, nonché motori, sistemi di propulsione e serbatoi di carburante.
  • Ferrovie. Le automotrici, le locomotive e le infrastrutture sono costruite con la saldatura dei metalli.
  • Navale e marittimo. Questo settore utilizza tecniche di saldatura per produrre scafi e componenti di propulsione per navi e sottomarini.
  • Energia e infrastrutture. Si tratta di attrezzature per l’industria del petrolio e del gas (tubi, serbatoi, piattaforme offshore) e per le energie rinnovabili (strutture per pannelli solari, turbine eoliche).
  • Edilizia e costruzioni. Sono interessate tutte le strutture metalliche: travi, supporti, scale, ecc.
  • Ricerca e sviluppo. I centri di ricerca e sviluppo, sia pubblici che privati, stanno sperimentando nuove tecnologie di saldatura ed esplorando applicazioni specifiche (nuove leghe, metodi di produzione migliorati, ecc.).

Possono essere coinvolti anche altri settori, come le telecomunicazioni, la medicina, l’agricoltura, ecc. In breve, qualsiasi azienda che abbia bisogno di assemblare parti metalliche è probabile che ricorra ai servizi di un ufficio di prototipazione specializzato.

Quando è necessario realizzare un prototipo per la saldatura di una parte metallica?

Qualunque sia il vostro settore industriale, tutto parte da un semplice obiettivo: saldare parti metalliche, come alluminio, rame, magnesio, acciaio e così via.

Esistono due scenari possibili:

  • Il vostro progetto è nuovo. Non sapete quale processo di saldatura utilizzare, oppure avete individuato alcune tecniche, ma vi chiedete se siano fattibili e pertinenti.
  • Il vostro progetto è già ben avviato. Siete abituati a usare un particolare metodo di saldatura, ma nell’ambito di un processo di miglioramento continuo, state cercando un processo migliore.

Perché rivolgersi a uno studio di ingegneria con un servizio di prototipazione?

Ci sono diverse ragioni per cui un prototipo di un pezzo saldato è una prova solida quando si tratta di prendere una decisione. E nel caso specifico di una gara d’appalto, il prototipo diventa una risorsa innegabile per aggiudicarsi un contratto.

5 buoni motivi per chiedere un prototipo di un pezzo saldato

La prototipazione è fondamentale per scegliere la giusta tecnologia di saldatura per un pezzo metallico, per 5 buoni motivi:

  • Valutare le prestazioni del pezzo saldato. La prototipazione garantisce che il processo di saldatura soddisfi i requisiti specifici del pezzo, come resistenza, durata e tenuta.
  • Identificare i vincoli. La prototipazione ci permette di affrontare sfide tecniche come la gestione del calore, la deformazione e le imperfezioni della superficie.
  • Verificare il rapporto costo-efficacia. A seconda della complessità del pezzo da saldare e del processo di saldatura utilizzato, variano i costi e l’efficienza. La prototipazione aiuta quindi a garantire che la tecnologia scelta soddisfi al meglio i requisiti di produzione ed economicità.
  • Ottimizzare i parametri. La prototipazione consente di regolare i parametri di saldatura e quindi di determinare quelli che daranno i migliori risultati, date le specifiche.
  • Prepararsi alla produzione. Testando gli strumenti e regolando i parametri in anticipo, è possibile avviare la produzione senza spiacevoli sorprese. In questo modo si evitano anche le spese di rilavorazione o gli errori durante la produzione.
Un membro del reparto prototipazione di Stirweld tiene in mano il prototipo di un componente in alluminio saldato per attrito.

Caso particolare di una gara d’appalto

In una gara d’appalto, un’azienda cerca il fornitore più adatto al suo progetto, in base a precise specifiche.

Il prototipo consente quindi all’azienda di assicurarsi che l’offerente abbia acquisito la padronanza del processo di saldatura utilizzato e sia in grado di soddisfare i requisiti tecnici delle specifiche. Ciò è più importante quando il progetto è complesso o innovativo.

Il prototipo garantisce inoltre che la scelta non venga fatta solo in base al costo o al tempo, a scapito della qualità. Inoltre, gli eventuali punti deboli vengono immediatamente identificati, rendendo il progetto più sicuro.

Come si realizza la prototipazione di un progetto di saldatura per attrito?

La saldatura per attrito è una tecnologia rivoluzionaria che offre diversi vantaggi significativi rispetto alle tecniche di saldatura tradizionali, in particolare quando si tratta di unire componenti in alluminio. In Stirweld, il processo di prototipazione di un pezzo saldato per attrito è suddiviso in 4 fasi principali.

Fase 1: studiare la fattibilità delle FSW e formulare raccomandazioni per la progettazione

La firma di un accordo di non divulgazione reciproca (NDA) segna l’inizio dello studio del progetto.
Esistono due scenari possibili:

  • O il pezzo non è ancora stato progettato; è quindi necessario fornire un foglio di specifiche.
  • Oppure il pezzo è già stato progettato, quindi è necessario trasmettere il modello 3D e fornire alcuni dati essenziali per lo studio del progetto. Queste informazioni comprendono il peso del pezzo, il volume di produzione annuale, il processo di fabbricazione, le caratteristiche del materiale, i requisiti di planarità post-saldatura e i vincoli meccanici.

Una volta disponibili tutte queste informazioni, l’ingegnere di saldatura esperto è in grado di analizzare a fondo il progetto FSW. I criteri esaminati comprendono la planarità, la resistenza alla pressione, la resistenza meccanica, l’area di saldatura, i requisiti di spazio per gli utensili, la sequenza di saldatura ottimale e il posizionamento del foro di uscita.

Il risultato di questa analisi è un documento che elenca tutte le modifiche progettuali necessarie e se sono obbligatorie o raccomandate per una saldatura FSW ottimale.

Fase 2: progettazione e produzione degli utensili di serraggio

Per avere successo, la saldatura per attrito deve soddisfare una serie di condizioni, tra cui l’uso di utensili di serraggio adeguati. Poiché ogni progetto di saldatura FSW è unico, è essenziale sviluppare utensili specifici per garantire che il pezzo sia tenuto saldamente quando la macchina è in funzione. Prima di produrre questi utensili, i nostri esperti analizzano la geometria del pezzo da saldare per individuare le zone critiche, definire la forza di serraggio appropriata e determinare il percorso dell’utensile FSW.

Una piastra di alluminio è tenuta in posizione da un sistema di serraggio composto da diversi morsetti.
Il laboratorio di Stirweld ospita una grande struttura metallica cubica con un interno circolare e un diametro di un metro.

Fase 3: Determinazione dei parametri di saldatura FSW

I principali parametri di saldatura FSW studiati dai nostri esperti sono elencati in un documento chiamato Welding Procedure Specification (WPSD). Sono quattro:

  • Utensile di saldatura. Specifico per il processo FSW, questo utensile è realizzato in acciaio o in metallo duro e viene scelto in base ai materiali da saldare e alle condizioni di saldatura.
  • Velocità di rotazione. La definizione di questo parametro dipende dal tipo di materiale da saldare e dallo spessore del pezzo.
  • Velocità di avanzamento. Oltre allo spessore, i materiali si saldano facilmente in base alle loro proprietà intrinseche. Per questo motivo la velocità di avanzamento determina la qualità della saldatura.
  • Forza assiale o forza di forgiatura. Corrisponde alla pressione esercitata dall’utensile e garantisce una buona penetrazione dell’utensile e un’efficace miscelazione dei materiali.

Fase 4: Saldare il prototipo grazie alla saldatura per attrito

Con l’utensile di serraggio impostato e i parametri di saldatura definiti, tutte le condizioni necessarie per la saldatura sono state create. Finalmente la testa Stirweld FSW entra in azione! Il prototipo saldato può quindi essere sottoposto a vari controlli di qualità: prova di tenuta all’aria, ispezione con colorante penetrante, controllo dimensionale, prove di trazione, prove non distruttive, prova di tenuta all’elio, prove di pressione.

Durante questa fase finale di prototipazione, è anche possibile produrre i primi lotti di pezzi, che vanno da 10 a 500 unità, a seconda della loro complessità.

Perché affidarsi a Stirweld per la prototipazione dei vostri pezzi saldati FSW?

In qualità di specialista in FSW e di membro del TWI (The Welding Institute), la missione di Stirweld è quella di rendere questa tecnologia rivoluzionaria accessibile a tutte le aziende che hanno bisogno di saldare parti metalliche.

Abituato a progetti complessi, il nostro team è composto da specialisti altamente qualificati, tra cui Laurent Dubourg, esperto mondiale di FSW con oltre 20 anni di esperienza, e ingegneri certificati IWE® (International Welding Engineer).

La nostra officina di prototipazione è dotata di due centri di lavorazione ad alta precisione e di un versatile robot industriale. Tutte queste macchine sono dotate di soluzioni FSW dedicate sviluppate da Stirweld, che ci consentono di lavorare tutti i tipi di pezzi, indipendentemente dalla loro forma o dimensione.

Al centro dell'officina di prototipazione di Stirweld ci sono gli strumenti e un robot industriale di Kuka.
Al centro dell'officina di prototipazione di Stirweld ci sono gli strumenti e un robot industriale di Kuka.
Diverse persone osservano il funzionamento di una macchina utensile CNC Doosan nell'officina di Stirweld.

Ma se la saldatura per attrito sembra un gioco da ragazzi quando si vede la testa Stirweld in azione, è perché il progetto è stato ben studiato a monte.

Per ogni progetto studiato, il reparto di prototipazione di Stirweld ha 4 obiettivi:

  • Convalidare la saldabilità del pezzo tramite FSW
  • Garantire condizioni di saldatura ottimali.
  • Garantire una saldatura costante della massima qualità
  • Controllo della qualità della saldatura

Il prototipo realizzato è quindi la garanzia di un progetto industriale di successo!

Come produrre il mio componente con la saldatura per attrito con agitazione

State considerando FSW per un progetto?

Il nostro ufficio tecnico con servizio di prototipazione è a vostra disposizione per studiare la fattibilità del vostro progetto e quindi per produrre prototipi. Contattateci per essere certi che la saldatura per attrito sia la scelta giusta per il vostro progetto!