Ingegneria NOVO

Design House realizza prototipi innovativi con Mastercam

NOVO Engineering, con sede a Vista, in California, si occupa della progettazione di una serie di dispositivi medici, di automazione delle scienze biologiche, di apparecchiature per l’imaging digitale e di prodotti commerciali di clienti come Medtronic, Synthetic Genomics, Hewlett-Packard e TaylorMade. I suoi servizi di progettazione a contratto, dall’inizio alla fine, comprendono lo sviluppo del concetto, l’ingegnerizzazione, la prototipazione, la fabbricazione, il collaudo e la transizione alla produzione.

Fatti rapidi

• Prodotto utilizzato: Multiasse, fresa, tornio, Mastercam per ^SOLIDWORKS®
• Industria: Medicale, Beni di consumo, Energia

Dettagli del progetto

• La sfida: L’attenzione alla ricerca e allo sviluppo richiede che un team di ingegneri e macchinisti abbia un approccio metodico nell’affrontare i progetti. Pezzi insoliti con geometrie complesse e tolleranze ristrette rendono necessaria un’attenta pianificazione dell’attività di lavorazione per ottenere il massimo.
• La soluzione: Multiasse, fresa, tornio, Mastercam per SOLIDWORKS®, movimento dinamico
• Vantaggi:
  • L’integrazione con SOLIDWORKS® permette di apportare semplici modifiche al progetto senza dover ricorrere a una lunga riprogrammazione.
  • Gli algoritmi proprietari permettono all’utensile di rimanere agganciato al materiale per ottenere tolleranze di assemblaggio ridotte.
  • Sono disponibili molte scelte di percorsi utensile per le applicazioni in cui un solo percorso utensile non può svolgere tutte le funzioni necessarie.
  • I percorsi utensile possono essere programmati per lavorare piccoli componenti di alta precisione o materiali insoliti.

NOVO dispone di 26.000 metri quadrati di spazio a San Diego e di 12.000 metri quadrati in Minnesota dedicati agli uffici di progettazione, ai laboratori di prova e a un’officina di prototipi ben equipaggiata che offre lavorazioni di tornitura e fresatura CNC, tecnologie di stampa 3D FDM e PolyJet e vari altri processi, tra cui la rettifica e la saldatura delle superfici. Lo staff di 50-60 ingegneri progettisti di NOVO genera progetti di prodotti utilizzando SOLIDWORKS® come piattaforma MCAD 3D principale. I progetti completati vengono inviati elettronicamente tramite la rete aziendale all’officina meccanica per la prototipazione e vengono importati direttamente nel software Mastercam® CAD/CAM. Il macchinista Leo Castellon spiega che ogni macchinista dell’officina prende nota delle tolleranze e delle geometrie richieste, progetta le attrezzature del pezzo, imposta le macchine CNC, lavora il pezzo, lo ispeziona e poi lo rilascia per l’assemblaggio e il collaudo.

Ogni settore industriale in cui NOVO è impegnata genera sfide diverse. I sistemi di somministrazione di farmaci, come gli iniettori indossabili, utilizzano abitualmente componenti minuscoli; gli strumenti scientifici richiedono un’elevata precisione o materiali insoliti e i dispositivi ottici si basano su tolleranze di assemblaggio ristrette. Le parti vengono progettate in SOLIDWORKS® e poi trasferite senza problemi a Mastercam. Le modifiche al progetto sono semplici da apportare e non comportano un’ampia riprogrammazione. “Facciamo molte iterazioni delle nostre parti, quindi se apportiamo una modifica in SOLIDWORKS®, possiamo rapidamente riprenderla in Mastercam e rigenerare il modello per creare la nuova geometria. Mastercam rileverà il codice giusto”, ha detto Castellon.

Un esempio di questo approccio snello è stato il prototipo di un beam splitter. Il materiale era una plastica morbida che sarebbe stata esposta alla luce diretta ed era necessaria una superficie liscia per evitare la distorsione dell’immagine. Attraverso tentativi ed errori sistematici, gli ingegneri e i macchinisti sono arrivati a un prototipo con una superficie abbastanza liscia da soddisfare i requisiti ottici, ma allo stesso tempo abbastanza robusta da resistere all’impatto di una caduta sul cemento.

Il team ha effettuato sei iterazioni di quel progetto e, sebbene sembri un lavoro lungo, il Presidente e Chief Technology Officer di NOVO, Dr. Rajan Ramaswamy, ha sottolineato come Mastercam supporti l’iterazione rapida. “Indipendentemente dai miglioramenti apportati agli strumenti di simulazione al computer, le iterazioni di prototipi e test rimangono una parte essenziale del processo di sviluppo per i tipi di prodotti che NOVO sviluppa”, ha dichiarato. Ciò è particolarmente importante quando si sviluppano prodotti medicali che richiedono test approfonditi da parte della FDA e che spesso richiedono la realizzazione di decine di prototipi per supportare tutti i test di verifica e convalida richiesti.

Molti dei pezzi su cui lavora NOVO richiedono tolleranze strette, di solito entro 0,002″, su piccole caratteristiche. Ad esempio, la realizzazione di fori di 0,008″ di diametro nell’acciaio inossidabile o nella plastica. “Con i dispositivi medici, si lavora con pezzi il cui diametro dei fori è spesso inferiore a 0,040″. Gli ordini per alcuni pezzi ci fanno passare attraverso 0,120″ di materiale con un foro di 0,008″ di diametro”, ha detto Ramaswamy.

La gamma di selezioni di percorsi utensile di Mastercam offre più opzioni ai macchinisti per i pezzi più difficili. “Usiamo i percorsi utensile dinamici perché sono molto efficienti nel rimuovere un grande volume di materiale in modo tempestivo”, ha detto Castellon. Questo è il risultato di algoritmi proprietari programmati nel software che rilevano in modo intelligente i cambiamenti nella geometria, consentendo all’utensile di impegnarsi maggiormente nel materiale, con conseguenti tassi di asportazione più elevati.

I macchinisti trovano particolarmente utili gli oltre dodici percorsi di Mastercam per la creazione di superfici, perché per i pezzi complessi spesso un solo percorso non è in grado di svolgere tutte le funzioni necessarie. Per i pezzi di spessore inferiore a 0,020″, il team non utilizza i percorsi utensile dinamici. “Questo perché il controller non riesce a tenere il passo con la velocità di lavorazione e questo è un limite della nostra macchina CNC: non può elaborare abbastanza blocchi al secondo per farlo in modo efficiente”, ha detto Castellon. “La macchina deve mettersi al passo. Quindi, quando utilizzo il percorso utensile dinamico al minimo, sto usando una fresa da 0,0625″ di diametro. Se si tratta di un valore inferiore, ci sono problemi legati all’impossibilità di elaborare il codice in modo sufficientemente veloce da tenere il passo”. Per i pezzi più piccoli, Castellon utilizza invece percorsi utensile 3D legacy. Nella lavorazione della plastica, i percorsi utensile dinamici hanno spesso ridotto il tempo di lavorazione da 10 minuti a 30 secondi.

I macchinisti utilizzano la libreria utensili per creare i propri utensili. Per un progetto, avevano bisogno di una fresa da 4 pollici di diametro e l’hanno creata facilmente nella libreria utensili; hanno importato l’utensile per assicurarsi che tutti i giochi fossero corretti e hanno scoperto che funzionava bene in quell’applicazione. Anche se l’azienda raramente esegue lavori ripetuti, se un’applicazione è simile a qualcosa che hanno fatto in precedenza, individuano un utensile simile nella libreria, rigenerano la geometria e Mastercam lo rileva. “Si tratta di un ambiente molto veloce. Quando portiamo un modello solido, dobbiamo avere un pezzo finito il giorno dopo. Deve essere davvero efficiente e Mastercam ci aiuta in questo”, ha detto Castellon.

Castellon ha scoperto che il Mastercam Forum è prezioso quando cerca consigli su come lavorare con specifiche non convenzionali. “C’è un’enorme base di utenti e sono molto collaborativi nel condividere le informazioni”, ha detto. Quando gli arriva anche il pezzo più insolito, può trovare consigli dalla comunità di utenti di Mastercam. “È difficile trovare altri software o programmi CAD/CAM che abbiano una base di utenti così ampia con conoscenze condivisibili”, ha detto Castellon, che ha anche notato che parla con gli sviluppatori del software sul forum.