L'innovazione porta l'EDM nell'era dell'industria 4.0
L'erosione a scintilla è un processo di fabbricazione ad alta precisione ma poco conosciuto. Grazie ai nuovi sviluppi nella tecnologia di misurazione dei processi, il processo può essere controllato ancora meglio in futuro. L'industria 4.0 è già una realtà.
La lavorazione a scarica elettrica (EDM) è un processo di produzione erosivo per materiali conduttivi. Il processo utilizza le scariche (scintille) tra un elettrodo o filo (lo strumento di erosione) e un pezzo elettricamente conduttivo. Ogni scintilla rimuove una parte di un pezzo, un processo termico-elettrico. Il processo è fondamentale per tutto, dall'industria automobilistica alla tecnologia dell'informazione; le automobili o persino gli smartphone non potrebbero essere prodotti economicamente oggi senza l'elettroerosione. Il processo viene utilizzato dove altri processi di lavorazione meccanica raggiungono i loro limiti, per esempio nella produzione di fori molto profondi e stretti o fessure in materiali estremamente duri o con superfici molto complesse.
Procedura elaborata
L'erosione a scintilla può essere usata per lavorare pezzi fino alle più piccole dimensioni. "Ogni scintilla può essere utilizzata per rimuovere un punto specifico del pezzo", spiega Marco Boccadoro, Dipl. Ing. ETH. È responsabile della ricerca e dell'innovazione nell'EDM presso GF Machining Solutions a Losone (TI). Questo costruttore di macchine svizzero, una divisione del gruppo di ingegneria meccanica +GF+, gioca in serie A quando si tratta di EDM. E Marco Boccadoro conferma perché la tecnologia EDM non è facile da padroneggiare. Dopo tutto, la sfida con l'elettroerosione - come con molti altri processi industriali - è di assicurare una qualità costante e riproducibile. L'elettroerosione è ancora un processo relativamente lento e costoso. Nel caso dell'elettroerosione a tuffo, ogni elettrodo deve prima essere fabbricato per corrispondere al pezzo da lavorare. A causa dell'alta densità di energia delle scariche e del piccolo spazio tra gli elettrodi, il processo EDM è molto complesso da controllare. Circa 20 parametri devono essere controllati in tempo reale, e questo va oltre le capacità di un operatore umano. "Per questo motivo, le nostre macchine contengono un sistema esperto, una sorta di grande database che fornisce impostazioni ottimizzate per la maggior parte delle applicazioni. Ma per diversi compiti di lavorazione, specialmente nelle applicazioni di produzione con compiti ripetitivi, c'è molto spazio per il miglioramento. È qui che l'intelligenza artificiale può aiutare fornendo una capacità di apprendimento per la macchina", continua Marco Boccadoro. "Le nostre macchine sono in realtà all'80% di pura elettronica e computer, il che le rende predestinate all'Industria 4.0".
Misurazione e correzione nel processo di esecuzione
Un'altra componente importante dell'Industria 4.0 è l'uso di sensori, specialmente la visione artificiale. In particolare, si tratta della misurazione senza contatto di fori praticati con l'EDM o di contorni erosi a filo. Marco Boccadoro: "Abbiamo sviluppato un sistema che ispeziona il contorno di un foro per mezzo di una telecamera ad alta precisione, la cosiddetta Integrated Vision Unit IVU. Quindi è una questione di misurazione ottica e di registrazione dei valori misurati. La novità è che le informazioni della telecamera vengono riportate al CNC e la macchina può immediatamente trarre suggerimenti per regolare il processo o fare delle correzioni". In linea di principio, questa è l'Industria 4.0 nella sua forma più pura: un dispositivo ottico che viene alimentato digitalmente; in altre parole, un sistema che non solo misura, ma agisce anche sulla base dei risultati della misurazione, per così dire, "in un colpo solo". La conseguenza di ciò: minori quantità di scarti, meno interruzioni di processo e tempi di avviamento più brevi. In particolare, questo permette una produzione ancora più economica di stampi complessi, come stampi e punzoni per l'industria della plastica e degli utensili o strumenti di precisione per la tecnologia medica.
Ispezionare le superfici funzionali
Un'altra area di applicazione di questo sistema di misurazione è l'ispezione delle rugosità e delle superfici funzionali generate dal processo EDM. Una superficie funzionale ha proprietà come gli effetti autopulenti causati da certe strutture molecolari. Tali strutture e, soprattutto, i difetti in esse sono difficilmente misurabili, se non utilizzando dispositivi di misurazione della rugosità estremamente costosi. Nell'ambito di un progetto di ricerca finanziato dalla CTI, il team di Marco Boccadoro sta lavorando a un cosiddetto "interprete di superficie" in collaborazione con la Scuola universitaria professionale italo-svizzera SUPSI e l'Istituto di intelligenza artificiale IDSIA di Lugano. L'obiettivo è quello di essere in grado di misurare la qualità e la funzionalità della superficie e la rugosità mentre il processo è in corso, e di rilevare e correggere i difetti senza dover rimuovere un pezzo dalla macchina. Gli sviluppatori stanno attingendo all'esperienza della ricerca sul cancro, tra l'altro, dove sistemi simili e l'uso dell'intelligenza artificiale possono già essere utilizzati per identificare forme di cancro della pelle - cioè un tipo di difetto nella pelle che è anche una superficie funzionale. Questo dimostra che grazie alla collaborazione interdisciplinare tra una vasta gamma di scienze, si stanno creando innovazioni che aiuteranno i progetti di Industria 4.0 a raggiungere una svolta.