Ricerca e sviluppo Timken: avanzamento della produzione additiva

Comunemente chiamata stampa 3D, la produzione additiva è stata originariamente sviluppata per velocizzare la prototipazione. Ora si tratta di un processo di produzione praticabile che favorisce l’innovazione in tutti i principali settori. I componenti aerospaziali creati con la produzione additiva consentono la realizzazione di aeromobili più leggeri, efficienti e sostenibili. In medicina, la stampa 3D crea protesi personalizzate del ginocchio per risultati migliori per i pazienti.

Gli ingegneri di ricerca e sviluppo Timken stanno attualmente sviluppando processi di produzione additiva che possono aiutare i clienti a rispondere alle esigenze tecniche e aziendali in continua evoluzione. L’obiettivo è migliorare l’efficienza della produzione e accorciare la catena di fornitura, pur raggiungendo le prestazioni desiderate del prodotto.

“La produzione additiva offre maggiore libertà di progettazione, un percorso semplificato per un ciclo di produzione più efficiente e alleggerito”, ha affermato Mangesh Pantawane, ingegnere capo dei materiali, il cui lavoro trasforma la ricerca teorica in soluzioni del mondo reale per i clienti. “È ancora molto nuovo. C’è tanto spazio per l’innovazione”.

Sankalp Kota e Mangesh Pantawane sono risolutori di problemi di nuova generazione che fanno progredire la ricerca e lo sviluppo di Timken nella scienza dei materiali, nella metallurgia e nella produzione additiva. Incontrate altri membri del team Timken che promuovono l’innovazione, dallo studio della metallurgia per migliorare le prestazioni e la producibilità dei prodotti alla conduzione di ricerche rivoluzionarie sui neutroni che informano l’intera comunità scientifica.

Processi di nuova generazione per soluzioni di livello superiore

Negli impianti di produzione tradizionali, processi come la smerigliatura rimuovono gli strati di materiali da un pezzo in lavorazione per creare il prodotto finale. La produzione additiva fa il contrario: una stampante 3D crea gradualmente strati di materiale per creare un prodotto.

Sebbene l’azienda abbia investito per diversi anni nella creazione di conoscenze di base sulla produzione additiva, un team di esperti di ricerca e sviluppo Timken sta attualmente esplorando in che modo le varie tecniche di produzione additiva possono ampliare la selezione di materiali e processi per una vasta gamma di cuscinetti ad alta tecnologia e soluzioni di movimento industriale in grado di ottenere il design desiderato a costi competitivi.

Sebbene esistano diverse tecniche di produzione additiva, gli sforzi del team si concentrano su due. La prima, la fusione a letto di polvere tramite laser (laser powder bed fusion, L-PBF), utilizza un laser per fondere la polvere metallica in strati per costruire parti tridimensionali. Il secondo, la deposizione a energia diretta (Directed Energy Deposition, DED), deposita il metallo fuso consentendo costruzioni più veloci.

Timken ha utilizzato entrambe le tecniche per produrre componenti dei cuscinetti stampati in 3D attualmente in fase di test. I risultati forniranno preziose informazioni sull’impatto degli elementi stampati in 3D sulle prestazioni dei cuscinetti.

“Finora, la nostra ricerca ha identificato un valido grado di acciaio alternativo che consente la stampa 3D dei componenti”, ha continuato Pantawane. “Offre lo stesso insieme di proprietà meccaniche e migliora notevolmente l’efficienza della catena di fornitura”.

Una nuova frontiera per la progettazione dei prodotti

Sankalp Kota, esperto dei materiali, ritiene che la soluzione dei problemi dei clienti sia al centro degli investimenti di Timken nella ricerca sulla produzione additiva. Uno dei principali fattori chiave del lavoro è lo sviluppo di processi che promuovono le tendenze di leggerezza e sostenibilità nel settore dei trasporti, dei dispositivi medici, delle apparecchiature industriali e dei prodotti di consumo.

Ad esempio, i componenti aerospaziali fabbricati utilizzando metodi tradizionali sono realizzati principalmente da strutture metalliche dense. La densità è il risultato delle restrizioni del processo di produzione sul modo in cui il materiale viene rimosso, non perché sia necessario per trasportare carichi.

La stampa 3D consente ai progettisti di prodotti di iniziare con la produzione additiva in mente. Possono riconsiderare la struttura interna di un componente in base alle esigenze dell’applicazione piuttosto che ai limiti di produzione. Utilizzando algoritmi informatici, gli ingegneri possono determinare la quantità di metallo da aggiungere e in quale progetto, per garantire le prestazioni del prodotto.

“Ora è stata appena eliminata una parte significativa del peso del componente originale”, ha affermato Kota. “Nell’aviazione, ogni grammo risparmiato equivale a enormi riduzioni dei costi per l’utilizzo di un aeromobile, che viene costruito usando molto meno materiale per favorire la sostenibilità”.

Collegare i clienti a soluzioni just in time

La produzione additiva può anche rendere più facile per i clienti ottenere soluzioni estremamente cruciali, ma a basso volume, dal più ampio portafoglio di Timken. Gran parte del lavoro del team di ricerca e sviluppo ha esplorato la possibilità di applicare la stampa 3D a soluzioni di movimento industriale essenziali come viti a ricircolo di sfere, teste a snodo e catene industriali.

“Alcuni clienti potrebbero ordinare un prodotto una volta al trimestre o una volta all’anno, ma questo sarebbe comunque critico per le loro operazioni”, ha affermato Kota. “La stampa 3D consente ai fornitori di incrementare molto più rapidamente per produrre esattamente il numero di componenti necessari, senza necessità di inventario o utensileria”.

Oggi, Kota e Pantawane continuano a collaborare con altre aree di ricerca e sviluppo, produzione e catena di fornitura di Timken per far progredire metodi di stampa 3D completamente nuovi, unici per la produzione di cuscinetti. Il gruppo sta esplorando le opzioni per tradurre i processi di trattamento termico tradizionali nell’ambiente di produzione additiva.

“Stiamo lavorando allo sviluppo di una proprietà intellettuale esclusiva di Timken”, ha dichiarato Kota. “Fornirà vantaggi competitivi per i nostri clienti”.

L’innovazione Timken incentrata sul cliente si ispira alle iniziative condotte nei nostri laboratori di ricerca e sviluppo Timken di prim’ordine. Scopri dite più sull’investimento dell’azienda in attività tecniche complete, dalla modellazione e previsione delle prestazioni dei prodotti alla prototipazione di nuove soluzioni di cuscinetti ad alta tecnologia.

Published: 2025/06/17