Quali possono essere le sfide odierne e le opportunità per le aziende che lavorano i compositi?
Essenzialmente queste coinvolgono sia fattori interni dell’azienda che fattori esterni. Per quanto riguarda un’analisi delle cause che spingono le aziende a evolvere, troviamo appunto fattori interni che sono tutti fattori intimamente collegati tra di loro.
 
Un’esigenza è la rapidità di risposta, il tempo di attraversamento, dal momento in cui l’azienda prende in mano un progetto a quello in cui è in grado di consegnare il pezzo finito, oggigiorno è un fattore fondamentale, in un mercato che è sempre più competitivo.
 
Un altro fattore è la gestione degli scarti, usando il workflow tradizionale prima di arrivare al prodotto finito si fanno dei tentativi che possono richiedere l’utilizzo di materiale che poi non è possibile riutilizzare per la vera produzione, quindi oltre al costo del materiale che viene gettato via si tratta di comunque rifiuti industriali che devono essere smaltiti correttamente, quindi con dei costi di un certo tipo.
 
Un altro fattore importante è la qualità del manufatto e la sua ripetibilità, la produzione del composito con la tecnica del hand layup e la cura in autoclave è una tecnologia per certi versi ancora molto artigianale, nel senso c’è un processo manuale e occorre fare in modo che i dati di produzione, le istruzioni di laminazione vengano trasferiti in maniera chiara e comprensibile alle maestranze, in maniera da garantire la massima qualità e ripetibilità del manufatto.
 
Tutto questo poi si traduce bene o male in un contenimento di costi, meno tempo ci metto, meno materiale utilizzo, meno scarti devo gestire, meno difetti avrà il manufatto, maggiori saranno i margini di profitto per l’azienda.
La digitalizzazione del processo di produzione attraverso uno strumento come Fibersim riesce a soddisfare queste istanze in maniera da avere tutto sotto controllo, ma oltre ai fattori interni ci sono anche altri fattori esterni che hanno a che fare direttamente con il mercato, ovvero il cliente e la concorrenza.
 
Questo vuol dire dimostrare al cliente di essere all’avanguardia, ovvero accreditarsi per le produzioni a maggior valore aggiunto che il cliente non può reperire da fornitori a basso costo. Vuol dire anche differenziarsi dalla concorrenza, facendo evolvere la produzione del composito da un approccio artigianale verso uno industriale. Un altro aspetto importante che abbiamo visto in questo settore è quando il cliente chiede al fornitore delle soluzioni chiavi in mano, ovvero viene fornita una specifica, una matematica e viene lasciato al fornitore il compito di progettare, ingegnerizzare la parte in composito, in questo caso è importante che la soluzione utilizzata permetta di evolvere dalla simulazione di processo, legata al composito, alla simulazione di prodotto, permettendo l’utilizzo di modelli, ad esempio, con un software ad elementi finiti strutturale per poter fare i calcoli di dimensionamento e di verifica.
Una soluzione come Fibersim aiuta le aziende anche a evolvere in questa direzione.

Quali sono i limiti del flusso di lavoro tradizionale nella produzione dei composti laminati?
I primi limiti che si incontrano quando si deve realizzare una parte in composito sono già ai blocchi di partenza, buona parte delle aziende con cui dialoghiamo utilizzano un sistema CAD generico che non è in grado di gestire i dati di produzione del composito.
Questo si traduce in una rappresentazione complicata dei dettagli tecnologici, gli spessori, le sezioni e l’impossibilità di eseguire degli studi di manufatturabilità, quindi simulare il drappeggio, prevedere dei tagli sulle pelli, sormonti, giunzioni, inserti.
 
Ecco questo qui è un aspetto che è indipendente dal CAD che si utilizza senza avere uno strumento verticale come Fibersim che gestisce tutti questi aspetti, semplicemente non è possibile gestirli nel CAD.
 
Un altro limite è quello de la creazione di un plybook che non è basato sul CAD, quindi essenzialmente sono delle collezioni di tavole CAD su cui vengono aggiunte delle note, oppure una collezione di fotografie dello stampo con la pelle per far capire al laminatore che cosa deve venir fuori.
Questo comunque si traduce in informazioni approssimative, dei tempi di realizzazione del documento che comunque non è un documento preciso e soprattutto la gestione delle modifiche. Avendo un sistema che non è collegato col CAD quando dalla clean room mi arrivano informazioni che devo sostituire, devo cambiare qualcosa a livello di progetto è difficile poi tenere traccia di queste informazioni e tutto questo va a discapito della qualità, della ripetibilità e in definitiva dei costi.
 
La parte più creativa nella realizzazione di una parte in composito è quella dello sviluppo delle pelli, tramite reverse engineering. Quindi fare una digitalizzazione utilizzando delle dime direttamente sullo stampo e fuori dall’ambiente CAD.
Questo si traduce nella necessità di avere lo stampo fatto, per cui non posso cominciare a sviluppare le pelli finché non mi entra in casa lo stampo finito e quindi questo può richiedere settimane di ritardo nel poter mettere appunto poi il laminato.
 
Altra cosa, collegato allo sviluppo delle pelli c’è il problema della determinazione dello spessore del laminato per trovare la superficie lato sacco o in definitiva fare l’offset per determinare quella che si chiama inner mould line.
Il calcolo degli spessori non accurati mi può portare a errori nella lavorazione delle schiume e degli inserti, per cui devo anche qui iterativamente mettere a punto la forma della schiuma per tentativi, con scarti di lavorazione. Si torna lì, il processo viene messo poi a punto per tentativi, non c’è la possibilità di parallelizzare i tempi di messa a punto del processo, perché finché non ho lo stampo, finché non ho fatto le pelli è una procedura sequenziale.
 
Di solito si scoprono i problemi di drappeggio troppo tardi, quando ho già tagliato le pelli e sono sullo stampo e nuovamente l’aggiornamento poi del CAD e del plybook ha dei tempi lunghi. In definitiva questo si ripercuote su tutta la produzione.
 
Fibersim risolve tutti questi problemi, di fatto coniugando le esigenze della gestione del CAD, della gestione del laminato, della gestione dei dati di produzione, in un unico ambiente che è integrato all’interno del CAD 3D.

Fibersim coniuga le esigenze della gestione del CAD, della gestione del laminato, della gestione dei dati di produzione, in un unico ambiente che è integrato all’interno del CAD 3D. In particolare Fibersim è una soluzione multi CAD che funziona esattamente alla solita maniera con i soliti comandi, all’interno di NX di Siemens, ma anche dentro Catia e Creo. Ovviamente i comandi sono gli stessi, il look and feel dell’interfaccia è affine all’ambiente CAD che voi siete abituati a utilizzare.
 
Fibersim migliora il processo creando gemello digitale del laminato e permette di creare i documenti e i dati necessari per tutta l’ingegneria dei compositi.
 
Flusso di lavoro
Il punto di partenza è essenzialmente la geometria 3D, la superficie CAD delle curve, possono essere la superficie del pezzo, la superficie stampo. Con Fibersim posso convertire le informazioni geometriche selezionando le superfici e le curve, in strati di materiale composito e definire praticamente la sequenza di laminazione direttamente sulla geometria. Poi gli diciamo quelle che sono la forma delle pelli, la geometria delle pelli, vado ad assegnare i laminati e posso definire la sequenza di laminazione. Quindi su le varie pelli, come sono definite a livello di sequenza, dopodiché ho delle regole che posso utilizzare al volo o che posso eventualmente definire come delle regole tipiche aziendali con le quali vado a definire i drop tra i vari strati, vado a definire quelle che sono le zone di sovrapposizione tra due pelli, posso fare uno shuffle delle pelli per randomizzare la laminazione, quindi ottenere da un punto di vista strutturale una miglior continuità del materiale, posso creare viste in sezione per vedere quella che è poi la distribuzione di spessore del materiale. Queste sono tutte informazioni a livello di geometria CAD. Posso poi entrare nel flusso di realizzazione del laminato e valutare la producibilità delle pelli, se ci sono zone in cui posso avere delle distorsioni, simulare il drappeggio e decidere come andare a migliorarlo, facendo degli split tra le pelli, introducendo dei tagli, cambiando la geometria delle pelli eventualmente. Per cui ho tutta una serie di opzioni con le quali posso, in maniera digitale, quando in ambiente virtuale riesco a vedere alla fine il laminato, quando decido che il laminato è buono per andare in produzione, posso generare i dati di produzione, come lo sviluppo in piano, posso generare la superficie interna lato sacco dello stampo e generare anche tutta una serie di informazioni come tabelle con i pesi e il materiale. Una volta che questi dati sono stati prodotti li posso facilmente esportare per andare in produzione, per cui posso usare gli sviluppi piani, usando dei formati di dato standard li posso passare al nesting e poi al taglio. Posso pilotare sistemi di proiezione laser o altri sistemi che mi possono aiutare nella realizzazione poi del manufatto e avere la generazione del plybook con il quale fornisco al laminatore i dati di produzione in maniera chiara e facilmente interpretabile, senza rischi di errore. La cosa positiva di questo flusso di lavoro e che è tutto integrato nelle CAD ed è associativo per cui se vengono fatte delle modifiche all’interno del flusso di definizione delle pelli, automaticamente riesco ad aggiornare i dati di produzione.
 
Fibersim permette di utilizzare le informazioni del progetto del laminato anche per le analisi strutturali, per cui posso avere una comunicazione bidirezionale, vale a dire posso dalla simulazione, la definizione del plybook dentro Fibersim posso esportare i dati e mapparli su vari formati di modello FEM, Nastran piuttosto che Abaqus, piuttosto che Hypermesh. Come pure posso importare una sequenza di laminazione con le schede del solutore agli elementi finiti, trasferirla dentro Fibersim e poter lavorare, aggiustare il profilo delle pelli, passando da una geometria frastagliata e scalettata della mesh, costruendo poi delle curve che sono quelle che poi mi andranno a rifilare il profilo della pelle.

Benny Bianco Chinto responsabile tecnico della divisione compositi di Sparco racconta dell’esperienza con Fibersim
Sparco è nota al pubblico maggiormente per quel che riguarda il mercato racing, nel quale opera per quel che riguarda tutto l’abbigliamento di sicurezza e quant’altro. Magari non è risaputo da molti, ma Sparco ha una divisione materiali compositi che è molto significativa in termini di dimensione. La produzione riguarda componenti per noi stessi, quindi le scocche sedile, piuttosto che caschi, ma principalmente componenti automotive per i nostri clienti OEM.
 
Abbiamo a che fare con dei timing congelati, quindi dal release del CAD del prodotto che arriva dal nostro cliente, tipicamente, alla data in cui noi dobbiamo essere in grado di cominciare a fornire componenti. Tipicamente c’è un numero di settimane che vengono concordate a inizio progetto che sono fisse. Questo significa che se da una parte difficilmente noi possiamo pensare di accorciare o allungare questo numero di settimane disponibili, una grossa differenza fa cosa riusciamo a fare in questo frangente di tempo, ovviamente noi abbiamo una porzione di tempo da dedicare allo sviluppo delle attrezzature, alla progettazione dei tools, che facciamo interamente. Poi c’è un tempo che è il tempo di fresatura dei modelli che è per noi sostanzialmente un tempo di attesa, perché è una cosa che è tipicamente facciamo in outsourcing e la produzione degli stampi in composito che invece facciamo internamente. Una volta disponibile lo stampo noi iniziamo lo sviluppo del laminato da zero, quindi storicamente noi abbiamo sempre sviluppato i laminati partendo dal foglio bianco e ovviamente una serie di loop iterativi che ci portano poi a generare una digitalizzazione, un taglio, un nesting messi a punto nel miglior modo possibile e delle istruzioni di lavoro. Nel frattempo, poiché la nostra produzione di serie è in Tunisia, dobbiamo portarci avanti nella duplicazione degli stampi e fare in modo che le istruzioni e tutto quanto siano disponibili, per poi inoltrare diciamo il processo di laminazione più maturo possibile in Tunisia.
 
Ora questo è quello che dovrebbe succedere il più delle volte noi non abbiamo un componente in sviluppo, ma abbiamo un pacchetto che può essere costituito da 5 come da 50 laminati in contemporanea che ovviamente essendo associati allo stesso progetto hanno tutti la stessa data di partenza, di rilascio di CAD e tutti la stessa data di consegna.
Questo fa sì che, per quanto noi possiamo comprimere alcune fasi, quindi accelerare lo sviluppo dei CAD, cercare di fresare nel minor tempo possibile, ci sono comunque dei tempi tecnici che vanno rispettati e la fase che viene tipicamente alla fine ad essere sacrificata, anche perché ovviamente non abbiamo risorse infinite, è sempre la bontà e la qualità dello sviluppo del laminato finale.
 
Questo fa sì che quando abbiamo a che fare con progetti di queste dimensioni, spesso e volentieri lo sviluppo continua dopo lo start and production.
 
Fibersim ci dà l’opportunità, all’interno dello stesso time frame disponibile fra CAD realise e start of production, di poter anticipare molto significativamente lo sviluppo dei laminati. Quindi non sono costretto ad attendere che lo stampo sia disponibile per avere da lì in poi poche settimane disponibili per cercare di fare quello che riesco, bensì non appena noi stessi abbiamo completato lo sviluppo del CAD delle attrezzature possiamo immediatamente cominciare a pre-sviluppare un laminato. A quel punto ovviamente ci sono delle risorse dedicate lato CAD che lavorano a stretto contatto con le persone che poi nel reparto di prototipia svilupperanno nella pratica la laminazione e che quando finalmente lo stampo è disponibile si trovano davanti già una sequenza di dime, un nesting già preimpostato, un plybook già disponibile e quindi una grande parte di quella che è la parte più lenta iniziale del lavoro già eseguita e possono dedicare queste settimane residue alla sola ottimizzazione, prima di cominciare a produrre. Questa è la differenza molto molto significativa che sicuramente è quantificabile in molti soldi risparmiati poi in termini di mancata qualità, piuttosto che ritardi o diciamo discussioni con il cliente quando noi dovessimo invece cominciare a fornire un prodotto non pienamente sviluppato.
Però questo aspetto dell’anticipo di sviluppo che in alcuni casi può essere di un mese, un mese e mezzo, cioè una quantità di tempo che altrove onestamente non riusciremmo a trovare, per noi ha un valore aggiunto molto significativo.

Fibersim aiuta le aziende ad accorciare il tempo di attraversamento, dal momento in cui comincio a lavorare sul laminato, al momento in cui è pronta la sequenza di laminazione e le istruzioni per realizzare il manufatto.
 
È dimostrato da numerosi casi di studio, che l’accelerazione nel workflow è fino all’80% più veloce e i tempi di produzione del laminato ridotti fino al 60%, nella maggior parte dei casi. Altra cosa importante il manufatto risulta di maggiore qualità e più ripetibile per quanto riguarda sia il primo prodotto, come ha illustrato Benny precedentemente, a parità di tempo di attraversamento, nel suo caso, con Fibersim si ha la certezza di avere il primo prodotto della serie che ha la stessa qualità e le solite caratteristiche dell’ultimo prodotto della serie, cosa che in un processo in cui vado iterativamente a mettere a punto il workflow non è detto che quello che esce all’inizio sia esattamente identico all’ultimo prodotto della serie.
 
In generale si semplificano tutti gli aspetti legati alla gestione del processo, per cui le iterazioni, le modifiche sono molto più rapide e per quanto riguarda in generale anche l’affidabilità del software da un punto di vista di geometria dello sviluppo delle pelli e stima, ad esempio, dei pesi, si tratta di un software molto accurato e affidabile. In questo caso è documentato che in casi anche di laminazioni molto complesse in ambito Formula 1, c’è una correlazione e uno scarto inferiore all’1,5% tra il peso dichiarato da Fibersim e quello che è poi il pezzo finale del manufatto.

Quando si parla delle sfide della produzione del composito con metodi magari più manuali, hai qualche storia, qualche aneddoto da raccontare su qualche sfida nella realizzazione composito con i metodi manuali e come prevedi che magari l’utilizzo di un sistema digitale di questo tipo possa aiutarti?
Allora ovviamente la sfida è abbastanza quotidiana, ma quello che è cambiato radicalmente è il mercato, quindi fondamentalmente rispetto a molti anni fa, l’aumento di volumi produttivi giornalieri, piuttosto che la frequenza con cui partono nuovi progetti. Ovviamente per nostra fortuna il mercato è in crescita significativa. Questo significa che se una decina d’anni fa noi eravamo abituati a lavorare sui prodotti di cui magari fornivamo due part number alla settimana, sostanzialmente per le hypercar, ad oggi il prodotto si è esteso su una gamma “più economica”. Questo significa che per ogni singolo part number i volumi siano cresciuti in modo molto significativo, direi esponenziale e questo fa sì che siamo in pochino più nella direzione di una produzione di serie. Sono saliti requisiti di qualità e si sono accorciate le tempistiche. Quindi diciamo dal punto di vista dello sviluppo di un laminato raffinato e di quello che una volta era una gioielleria adesso è diventata una produzione molto più stringente visti i requisiti, però il fatto è che il processo continua a essere un processo artigianale.
Quindi mentre una volta magari c’era il tempo di fare una messa a punto tranquilla di fino, oggi uno strumento come questo è uno strumento salvavita a un certo punto. Questa è una cosa che penso molte persone collegate possano aver visto accadere in questi anni.
 
Quando parliamo dell’aumento del volume di parte in composito, quindi diventa una tecnologia sempre più mainstream. Mi chiedo se ci puoi dire se magari l’elettrificazione come tema inizia ad avere un impatto su questo, ovviamente legato a tematiche di riduzione peso o se comunque secondo te siamo ancora molto più focalizzati sul segmento di vettura supersportiva?
Diciamo che nel nostro ambito specifico, noi produciamo anche prodotti racing per noi stessi, in cui il peso ha un’importanza fondamentale. Nel nostro ambito automotive il focus è magari ancora un pochino sbilanciato più verso l’estetica o verso diciamo la parte funzionale. Quindi la riduzione di peso è intrinseca nel passaggio dal metallo al carbonio, ma più che altro i componenti hanno natura o estetica oppure si sfrutta il composito per la sua capacità di generale geometrie molto complesse, quindi geometrie che non si potrebbero fare altrimenti.
La possibilità di simulare la drappabilità da una parte ovviamente ci aiuta in una messa a punto più veloce di un laminato, ad esempio con finitura carbon look e in realtà anche in fase di discussione preliminare col cliente, in fase di progettazione del prodotto, possiamo fare una simulazione per segnalare in anticipo criticità potenziali.
 
Fibersim ha un modulo anche per il filament winding?
Questa domanda mi pare l’avevamo vista anche nel webinar precedente, è una tecnologia che ad oggi non supportiamo ancora, il filament winding però diciamo ci potrebbe essere qualche novità in futuro. La risposta più credo precisa è che al momento non è una tecnologia supportata quindi supportiamo le tecnologie di infusione, autoclave, stampaggio del composito, abbiamo poi tecnologie di deposizione automatica.
 
Esistono modalità di messa in tavola della parte in composito in cui Fibersim espone la sequenza di stratificazione a zone integrata nel CAD 2D?
Sarei curioso di capire per CAD 2D cosa intendiamo. Allora io intenderei il modulo di messa in tavola del CAD.
Possiamo farlo sulla tavola si, io in quel caso, se volessi fare una rappresentazione 3D quello che trovo molto potente come mezzo di comunicazione è la sezione. Fibersim fa delle sezioni molto molto carine anche tutte, ci si sbizzarrisce anche con i colori e via dicendo e diventa molto molto bello. È particolarmente interessante lo vediamo spesso nella nautica per esempio, quando abbiamo degli elementi di rinforzo che vanno ad intersecare tra di loro, è interessante portare queste sezioni che fanno vedere proprio le zone di pre drop e via dicendo. Quindi la risposta è sì, possiamo farlo sulle tavole 2D e questo è ulteriormente arricchito con sezioni ed annotazioni.
 
È possibile usare Fibersim anche per fare simulazione di stampaggio SMC?
Allora in linea di massima si può fare, sto pensando se ci sono controindicazioni, dipende dal tipo di materiale, il suggerimento e l’indicazione che do è, deve esserci l’orientamento preferenziale delle fibre. Altrimenti parliamo di materiale isotropo e quindi non ha più tanto senso fare questo tipo di simulazione, ma se si tratta di fibre non continue, ma con un orientamento preferenziale, allora sì, si può fare la simulazione e ottenere risultati che poi hanno importanza anche per la produzione.
 
Che tipo di difetto tipico del manufacturing dei compositi è possibile considerare con Fibersim?
Quando parliamo di difetti del manufacturing è un tema abbastanza ampio, perché ad esempio si potrebbe parlare di porosità. La porosità è un argomento che in questo caso non teniamo in considerazione, noi teniamo in considerazione i difetti che causano delle deviazioni tra il progetto e il componente reale, per cui noi immaginiamo un componente che può essere con una curvatura molto complessa, però poi andare a stendere una pelle su questo componente, senza avere dei tagli, senza avere delle sovrapposizioni diventa impossibile. Chi fa i compositi questo lo sa lo sa bene e quindi riesce ovviamente poi a fare la parte. Il problema è che ci vuole del tempo, ci vogliono delle prove sullo stampo, cioè ci vuole uno stampo fisico, che vuol dire delle settimane per la consegna, allora come ci dicevano prima i colleghi di Sparco il vantaggio dov’è quando utilizziamo Fibersim? È nel fatto che possiamo fare queste prove su digitale. Riceviamo la geometria dal cliente, facciamo una prova del suo digitale e sappiamo già creare le istruzioni per la produzione.