Scopri come Slice Mfg. Studios e ARCH Cutting Tools - Mentor in Ohio utilizzano macchine multi-task e il software GibbsCAM per produrre parti complesse in tempi ridotti.

SFIDA

  • Costruzione di parti complesse in un singolo centro di lavoro con un setup unico.
  • Programmazione di macchine CNC multiasse con una soluzione software CAM che offre una unica interfaccia, la possibilità di eseguire la simulazione della macchina e una ottima disponibilità di post-processor, garantendo affidabilità, ripetibilità e un utilizzo facilmente adottato dagli operatori.

SOLUZIONE

  • Software di programmazione CNC GibbsCAM® di 3D Systems
  • Macchine per tornitura/fresatura Willemin-Macodel 508 con robot

RISULTATI

  • Eliminazione di aleatorietà, nonché di attrezzaggi multipli.
  • Riduzione degli errori e dei tempi di inattività.
  • Riduzione dell'80% dei tempi ciclo.
  • Riduzione fino a 1/3 dei tempi di consegna.
  • Ottimizzazione della velocità di completamento dei pezzi, miglioramento della qualità della parte e delle tolleranze.

Poiché la sua azienda di protesi mediche, NextStep Arthropedix, faticava a trovare una ditta esterna in grado di fornire i servizi di cui aveva bisogno, nel 2016 Randy Theken ha deciso di fondare Slice Mfg. Studios ad Akron, in Ohio. Si tratta, in pratica, di ingegneri che hanno aperto un'officina meccanica conto terzi.

Da allora, Slice si è affermata come un fornitore a tutto campo di servizi e soluzioni per le comunità dei dispositivi medici e industriali: offre progettazione, sviluppo, prototipazione e test meccanici, nonché la produzione finale, la pulizia e l'imballaggio sterile. L'azienda, che offre cicli completi per la realizzazione di prodotti di alta qualità, ha ottenuto le certificazioni FDA e ISO 13485 e dispone di camere bianche conformi alle classi di appartenenza. Ciò che contraddistingue Slice è il numero di funzionalità che offre, dalle operazioni verso la clientela a quelle interne.

Slice Mfg. Studios ad Akron, Ohio, utilizza il software GibbsCAM per le sue macchine multi-task.

Il Presidente e CEO Ted Stender e il progettista senior di stampi Dave VanDeLaare, ispezionano le parti finali dello stampo ad iniezione in plastica, progettato e realizzato utilizzando Cimatron

On
"Nella nostra azienda ciò che conta è la velocità. Per noi è di fondamentale importanza poter contare su macchine e software in grado di offrire tempi di produzione ottimizzati."
—Joe Lah, direttore generale, Slice Mfg. Studios, Akron, Ohio, Stati Uniti
  • I prodotti: dispositivi medici e componenti industriali

    Slice produce principalmente dispositivi molto sofisticati e sagomati tridimensionalmente per aziende di piccole e medie dimensioni che necessitano di dispositivi medici come coppe acetabolari per anca, steli femorali, protesi discali e una gamma completa di piastre, viti e altri componenti accessorie. Fornisce anche componenti industriali per la difesa, per applicazioni di perforazioni e trivellazione anche in acque profonde.

    L'industria degli impianti medicali richiede in particolare un elevato livello di personalizzazione, poiché le protesi includono una famiglia di componenti con diverse versioni. Ad esempio, poiché ogni persona è unica, una protesi discale può avere tre o quattro diversi angoli di lordosi oltre a 15 taglie diverse. La presenza di tali variabili implica che Slice debba produrre centinaia di componenti singoli da programmare individualmente. Di conseguenza, la velocità nella programmazione è un fattore chiave.

    "Le macchine multi-task sono davvero utili quando si tratta di costruire molte parti di tanti tipi, oppure parti con molte iterazioni/permutazioni all'interno della stessa famiglia" afferma il direttore generale Joe Lah. Poi continua: "Utilizziamo GibbsCam come software per le macchine multiasse. Il nostro personale include alcuni ottimi programmatori e quando si è trattato di valutare un pacchetto software adatto, hanno scelto GibbsCam senza alcuna esitazione."

  • Viti per le ossa, coppe per anca e steli femorali

    Viti per ossa, coppe acetabolari per anca (tre fasi) e steli femorali

    Protesi discali

    Protesi discali

"Senza l'apparecchiatura multiasse probabilmente non saremmo in grado di realizzare alcune delle parti che invece stiamo producendo".
—Joe Lah, direttore generale, Slice Mfg. Studios, Akron, Ohio, Stati Uniti

L'apparecchiatura: macchine CNC multi-task e stampanti 3D

Slice si è specializzata nell'uso di un flusso di lavoro che sfrutta la combinazione di produzione additiva 3D e lavorazioni di precisione. Grazie alle apparecchiature per MTM (Multi-Task Machining), l'azienda è in grado di realizzare parti di alta precisione con un unico attrezzaggio, sia per le barre di materiale grezzo sia per le parti metalliche costruite in 3D. Inoltre, nell'ambito della propria capacità di produzione additiva, Slice dispone di stampanti 3D in metallo che utilizzano polvere di titanio per produrre impianti medicali e una stampante ProX® DMP 300 di 3D Systems, utilizzata principalmente per la creazione di prototipi di ferri chirurgici e strumenti simili.

Capacità multiasse

Ecco i principali vantaggi dell'utilizzo delle macchine multi-task: possibilità di raggiungere molti lati della parte senza staffaggi ripetuti, un unico centro di lavoro e un unico setup, nonché un elevato livello di precisione. Poiché per effettuare diverse operazioni non è più necessario riposizionare la parte, è possibile eliminare la variabilità e aumentare la precisione globale. "Questo è importante nel nostro business" afferma Lah.

  • Slice completa la sua serie di centri di fresatura multi task Willemin-Macodel 408 e 508 con impianti automatici di carico e scarico. Le Willemin-Macodel 508 tecnicamente sono macchine di fresatura/tornitura a 5 assi, ma in sostanza sono molto più simili a macchine a 7 assi con più mandrini, morse, torrette e un impianto di carico/scarico. Theken spiega: "Possiamo inserire un grezzo, anche in barra, eseguire sia la fresatura sia la tornitura e completare il pezzo con un unico setup". Lah aggiunge: "È possibile raggiungere cinque lati di ogni cubo, fattore importante in molti di questi componenti. Inoltre, semplicemente riposizionando la morsa, è possibile raggiungere anche il sesto lato del cubo. Questo è importante quando si parla di tolleranze strette, di dimensioni e posizioni reali."

    Inoltre, Slice utilizza macchine di tipo svizzero TORNOS per produrre viti per ossa, viti cervicali e filettature a spirale. "Non c'è apparecchiatura migliore per produrre filetti di quel tipo. Grazie alle funzionalità dell'asse B completamente programmabili, la lavorazione di un filetto a spirale risulta abbastanza semplice ed efficiente. Inoltre, un tornio di tipo svizzero è lo strumento migliore, in termini di precisione ed efficienza, per lavorare parti piccole, anche grazie a un alimentatore a barre" afferma Lah.

    Errori ridotti, qualità della parte migliorata, lavorazioni non presidiate

    "Nella scelta delle macchine Willemin-Macodel, la qualità e la precisione sono stati fattori determinanti" ricorda Lah. Le macchine Willemin 508 sono equipaggiate con mandrini ad alta precisione, motori lineari e altri meccanismi estremamente accurati. Sono controllate termicamente, quindi mantengono abbastanza bene le tolleranze per tutto il giorno. "Inoltre, ci sono anche i robot che lavorano" aggiunge Theken. Sono dotati di unità automatiche di carico e prelevamento, così Slice può sostanzialmente eseguire lavorazioni non presidiate senza problemi di qualità né di sicurezza.

  • Macchine multi-task per tornitura/fresatura Willemin-Macodel 508

    Macchine multi-task per tornitura/fresatura Willemin-Macodel 508

    Macchine multi-task TORNOS

    Macchine multi-task TORNOS

    Multi-task machines in action

Inoltre, utilizzando un unico centro di lavoro, si evitano errori dovuti a staffaggi multipli nel passaggio da una fase all'altra o da una macchina all'altra; e ciò è importante dal punto di vista della qualità. "Eliminando setup diversi, è possibile capire immediatamente se la parte è conforme. Non è necessario preoccuparsi delle diverse tolleranze che potrebbero variare da mandrino a mandrino, da setup a setup" spiega Lah.

Inoltre, quando si utilizza GibbSCAM per programmare le apparecchiature MTM, Slice può visualizzare la parte dalla fase iniziale a quella finale con un unico setup di lavorazione, riducendo gli errori caratteristici dei processi eseguiti con staffaggi ripetuti. Poiché grazie a GibbScam è possibile simulare una parte e individuare esattamente tutti gli utensili richiesti, i passaggi di lavorazione e le finiture necessarie nell'unico setup da eseguire, è possibile vedere ciò che non sarebbe possibile vedere né simulare con l'elaborazione in più fasi. "Pertanto, l'apparecchiatura multi-task è davvero l'unica da utilizzare" conclude Lah.

Secondo Brad Fowler, Lead CNC programmer e tecnico di produzione: "La qualità delle parti è migliore. Le parti sono più precise. C'è un numero minore di attrezzaggi e di errori umani." Lah aggiunge: "Anche i tempi di consegna sono ottimizzati."

  • Tempi di consegna più rapidi

    Poiché le macchine multi-task costituiscono un unico centro di lavoro, presentano un setup unico. Parte interna, parte esterna, parte finita: il processo è molto più veloce, rispetto alla divisione delle parti in lotti con setup diversi, e consente di eliminare i tempi morti nel passaggio da un setup all'altro. "E non sono davvero accettabili dal punto di vista del cliente" aggiunge Lah. "Per quanto riguarda i tempi di consegna, siamo in grado di soddisfare la maggior parte delle richieste dei nostri clienti in quattro - sei settimane. Mentre, se avessimo dovuto lavorare le parti secondo i mezzi tradizionali, probabilmente i tempi sarebbero stati triplicati."

  • Una singola operazione di setup per una macchina multi-task

    Una singola operazione di setup per una macchina multi-task

Gary Knight, Lead CNC programmer e tecnico di produzione presso Slice, aggiunge: "Eseguendo un setup unico, si risparmia molto tempo. Le macchine multi-task consentono di risparmiare diverse ore in termini di tempi di programmazione."

Il software: GibbsCAM

Da quando ha aperto nel 2016, Slice Mfg. Studios utilizza il software di programmazione CNC GibbScam di 3D Systems per programmare le proprie macchine multiasse Willemin-Macodel e alcune fresatrici. "Non erano disponibili altri programmi software CAM in grado di supportare il livello di sofisticazione delle macchine Willemin 508" ricorda Theken.

Affidabilità e ripetibilità

Poiché ogni minima interferenza potrebbe creare problemi alle apparecchiature MTM, Slice aveva bisogno di un software CAM affidabile e che assicurasse ripetibilità, su cui poter contare processo dopo processo.

È importante poter contare su un software di programmazione quando si utilizzano apparecchiature MTM di altissima precisione, non essendo centri di lavoro comuni che possono sopportare indenni errori di programmazione per tallonamenti. È necessario avere la certezza che non si verifichino collisioni né movimenti imprevisti della macchina e di poter caricare in macchina, attraverso il post-processor, un programma affidabile per proseguire senza alcuna preoccupazione. "GibbScam è in grado di creare senza problemi programmi che, attraverso il post, sono affidabili e sicuri per le macchine multi-task" afferma Lah.

  • I tecnici Brad Fowler e Gary Knight mentre programmano in GibbsCAM

    Programmazione con GibbScam

  • Simulazione della macchina con GibbScam

    Simulazione della macchina con GibbScam

Tempi di realizzazione della prima parte

Oltre al tempo ciclo, secondo Lah, il più grande punto di forza del software GibbScam è la velocità di realizzazione di parti conformi fin dalla prima volta. Nel loro settore, il passaggio dal disegno di un modello alla realizzazione del primo prototipo può richiedere lo stesso tempo che è necessario per realizzare le parti; è quindi fondamentale superare rapidamente tali passaggi. "Con GibbSCAM, abbiamo la capacità di esaminare diverse strategie e iterazioni dei prodotti con una velocità e un'efficienza che non riusciamo a trovare in altri software."

Utilizzando GibbScam per generare superfici di diverse aree della parte, invece delle tradizionali lavorazioni di fresatura e tornitura, Slice può produrre le geometrie e le finiture superficiali richieste senza necessità di ulteriori interventi e un minimo sforzo basta a mettere a punto la produzione. Lah afferma: "GibbsCAM è davvero fondamentale per velocizzare la fase di lavorazione del prodotto all'interno dell'officina. Abbiamo la certezza che ogni volta che programmiamo una parte, simuliamo e verifichiamo tale programma nella sala di codifica, e infine lo utilizziamo nella macchina, possiamo ottenere una parte conforme alla matematica di progetto, a volte al primo tentativo."

"Ricevo un ordine di lavoro, vedo di cosa si tratta, importo i file in GibbScam e programmo il lavoro, lo invio alla macchina e realizzo una parte buona" riassume Fowler.

"Ciò che determina il nostro successo è la capacità di velocizzare i tempi per arrivare alla realizzazione della prima parte buona. Con GibbScam riusciamo a raggiungere tale obiettivo."
—Joe Lah, direttore generale, Slice Mfg. Studios, Akron, Ohio, Stati Uniti

Un'interfaccia unica
Un'altra funzionalità di GibbScam che consente di risparmiare tempo è la sua interfaccia unica. Fowler e Knight affermano che, non dovendo più passare da un programma all'altro e potendo eseguire tutto all'interno di un'unica interfaccia, riescono a risparmiare tempo prezioso. Inoltre, Slice può risparmiare tempo nella formazione di nuovi addetti, perché essi devono imparare a utilizzare un solo programma.

  • Rendering e simulazione della macchina
    La possibilità di eseguire il rendering e la simulazione è un altro enorme vantaggio derivante dall'utilizzo del software GibbScam per programmare le apparecchiature multi-task.

    Knight è lieto di poter utilizzare GibbScam per modellare, disegnare ed eseguire il rendering su un unico schermo, invece di perdere tempo a passare da uno schermo all'altro come accadeva con i precedenti, eterogenei programmi CAM. "Tutto questo consente di risparmiare diverse ore di lavoro."

    Inoltre, la funzionalità di simulazione della macchina di GibbsCAM aiuta Slice a evitare guasti e, di conseguenza, tempi di inattività e costi di riparazione. "Ho una macchina Willemin a 7 assi e ci sono tante cose che si muovono intorno al pezzo, anche contemporaneamente. La capacità di vedere la simulazione e assicurarsi che non si verifichi alcuna interferenza nella macchina è davvero importante" afferma Fowler.

    Inoltre, la funzionalità di simulazione della macchina del software GibbScam consente a Slice di risparmiare tempo. Knight afferma di poter piazzare un grezzo in una macchina Willemin 508 con una morsa, un contromandrino o una torretta, che lui chiama la ruota della fortuna, e tirare fuori tutto ciò di cui ha bisogno. Può eseguire una simulazione con GibbScam ed eseguirne il rendering con la morsa o il contromandrino in posizione. "Senza GibbScam e senza poter vedere la simulazione della macchina esaminando il rendering, il nostro lavoro sarebbe difficile. Sarebbe necessario trascorrere molto tempo a bordo macchina o in ufficio per controllare attentamente cose come gli spazi per evitare collisioni" sottolinea Knight. Poi aggiunge: "Molti altri programmi software CAM non offrono possibilità di eseguire la simulazione della macchina."

    Facilità d'uso e personalizzazione
    Fowler e Knight apprezzano entrambi il fatto che GibbScam si possa personalizzare e che sia facile da usare e imparare. In poche ore Slice era operativa e utilizzava il software GibbScam con le sue apparecchiature MTM con grande efficienza.

    Fowler, che usa GibbScam dal 2001, fa presente che questo software offre molte opzioni diverse per creare un buon percorso utensile. Gli piace che tutto sia in primo piano in GibbScam sullo stesso schermo e che sia possibile personalizzare i riquadri in modo che le funzioni più utilizzate siano visualizzate nella parte superiore dello schermo. Knight aggiunge che GibbScam consente di impostare la macchina in base alle proprie necessità. "Ovviamente, fare un semplice clic è più veloce che scorrere diversi menu" riassume Fowler. 

  • Rendering della simulazione della macchina in GibbsCAM

    Rendering della simulazione della macchina in GibbsCAM

    GibbsCAM machine simulation rendering in action

    Interfaccia utente personalizzata di GibbsCAM

    Interfaccia utente personalizzata di GibbsCAM

Esperienza di settore

Secondo Theken, Slice ha scelto GibbsCAM per programmare le macchine multi-task sulla base della sua reputazione e dell'esperienza nel settore.

Reputazione
Lah osserva che GibbsCAM è un software molto noto nel settore meccanico: "Con queste macchine multitask è difficile trovare persone che riescono a farle funzionare come devono e a sfruttare tutte le loro capacità. Con GibbsCAM possiamo trovare programmatori che conoscono davvero le capacità di queste macchine, sono in grado di abbinarle al software e ci forniscono soluzioni che funzionano, velocemente."

"Stiamo utilizzando GibbsCam per le nostre macchine multiasse. Il nostro personale include alcuni ottimi programmatori e quando si è trattato di cercare un pacchetto software adatto, hanno scelto GibbsCam senza alcuna esitazione."
—Joe Lah, direttore generale, Slice Mfg. Studios, Akron, Ohio, Stati Uniti

Assistenza post-processor
L'assistenza sui post-processor è stato un altro elemento importante nella scelta di GibbsCAM. Secondo Fowler, ogni macchina ha un post-processor diverso e se questo non corrisponde alla macchina, è necessario modificare gran parte del codice.

  • All'inizio, Slice ha usato un altro post-processor che era piuttosto inaffidabile. Lah ricorda: "Quando abbiamo iniziato a collaborare con Virtual Manufacturing Services, Inc., non abbiamo avuto problemi. Ci hanno fornito un post-processor predefinito che era di gran lunga migliore di qualsiasi cosa avessimo usato in precedenza, e questo è stato davvero determinante per il successo della nostra azienda. Siamo stati in grado di passare dal post iniziale alla stesura finale molto rapidamente, una questione di settimane."

    Inoltre, Virtual Manufacturing è stata in grado di eseguire quasi immediatamente tutte le modifiche, le personalizzazioni o le correzioni nella messa a punto del post.

  • Esecuzione di post in GibbsCAM

    Esecuzione di post in GibbsCAM

Assistenza locale
Un altro vantaggio di lavorare con Virtual Manufacturing è il fatto che sono del luogo. Knight collabora con Virtual Manufacturing per i post dal 2006 e dice che l'assistenza è stata magnifica. "E non devo aspettare per contattare la California".

I risultati: vantaggio competitivo

Con i centri di lavoro multi-task e il software GibbScam, Slice Mfg. Studios è stata in grado di fornire ai propri clienti in ambiente medico e industriale componenti complessi e di altissima precisione di cui hanno bisogno e che la maggior parte degli altri produttori non è in grado di realizzare. "Siamo in grado di produrre, con un setup unico, componenti che ad altri potrebbero richiedere mesi e innumerevoli ore di lavoro di progettazione e programmazione. Invece, grazie al software GibbScam e alle funzionalità multi-task, noi possiamo passare dal programma alla parte finita in pochi giorni" conferma Lah.

  • Molti clienti hanno espresso grande riconoscenza per il modo in cui Slice ha utilizzato le proprie apparecchiature multiasse al fine di risolvere i problemi incontrati con la catena di fornitura.

    Ad esempio, un cliente della Difesa stava rivolgendosi al Regno Unito per una parte molto complessa, elaborata con quattro setup, con tempi di consegna esageratamente lunghi e un costo abbastanza proibitivo. Grazie all'apparecchiatura MTM e al software GibbSCAM, Slice è stata in grado di completare il pezzo con un setup unico, riducendo del 20% il tempo ciclo e rimuovendo tre passaggi di setup dal processo.

    Oltre al risparmio in termini di tempo ciclo e alla lavorazione di precisione e di alta qualità, grazie a GibbScam Slice ha raggiunto tolleranze che altri fornitori non erano riusciti a ottenere. L'ordine è arrivato dal cliente della Difesa con una tolleranza di posizione reale pari a zero. L'unica variabilità consentita a Slice era attraverso la condizione di massimo materiale. "Grazie a GibbSCAM e alle apparecchiature MTM, siamo riusciti a raggiungere questo obiettivo. E non riesco a pensare a una tolleranza inferiore a zero" riassume Lah.

    Un altro esempio di cui Slice è abbastanza orgogliosa è una coppa acetabolare per un cliente esterno. Il cliente faceva realizzare le coppe in tre officine indipendenti diverse e di fascia alta; esse richiedevano tre setup di lavorazione differenti e circa due ore di tempo macchina per produrre una sola coppa. Slice ha preso la coppa per anca e l'ha prodotta con un setup unico utilizzando l'impianto MTM e il software GibbSCAM, riuscendo a ridurre quasi dell'80% il tempo di ciclo, portandolo a circa 20 minuti.

  • Parte per la Difesa

    Parte per la Difesa

    Coppe per anca

    Coppe acetabolari per anca (prima e dopo)

Con GibbScam, Slice è riuscita a ottimizzare i tempi di produzione consentendo ai propri clienti di continuare a eseguire la propria attività senza doversi preoccupare della catena di fornitura, né del rispetto delle scadenze del progetto.

"Senza GibbSCAM, non so come lavoreremmo in questa officina. Ci vuole un software potente per poter passare dalle idee e dalle esigenze dei nostri clienti a soluzioni e prodotti reali e tangibili." Lah conclude: "Raccomando con tutto il cuore GibbScam a chiunque stia pensando di acquistare apparecchiature multi-task o persino di cambiare il proprio software attuale. GibbScam ci ha consentito di essere più efficienti e di creare componenti che non potevano essere realizzati in altro modo."