Componenti per droni dal prototipo alla serie, con il processo giusto per ogni pezzo

Hydroforce lavora i primi componenti per droni dal pieno e poi porta ogni pezzo al processo adatto alla sua serie: pressofusione ad alta pressione per le carcasse alettate, metallurgia delle polveri e MIM per ingranaggi e fermi, lavorazione CNC per gli attacchi strutturali. Un’unica officina, un solo piano qualità e un solo set di documenti dal primo prototipo al lotto di serie.

Un programma per droni attraversa due fasi molto diverse. Finché la struttura viene messa a punto, i componenti cambiano dopo ogni volo di prova, e nessuno vuole pagare uno stampo che il mese dopo finirà negli scarti. Quando il progetto è congelato e viene ordinata la prima serie, la domanda si rovescia: quali pezzi conviene ancora ricavare da un blocco pieno e quali è ora di pressofondere o pressare, perché il millesimo pezzo costi meno e sia uguale al primo.

Lavorazioni meccaniche, pressofusione e metallurgia delle polveri si svolgono nella stessa officina, così un costruttore di multirotori, droni agricoli, ad ala fissa, terrestri o marini può partire con noi dal prototipo e restare per la serie. Questo articolo spiega come si pianifica il passaggio, pezzo per pezzo.

Fase 1: prototipi ricavati dal pieno

Un prototipo lavorato alla macchina non richiede attrezzature. Quando il progetto cambia, cambia il modello CAD e il pezzo successivo esce dalla macchina con la nuova geometria. Per le prime strutture è l’argomento decisivo.

• Materiali: leghe di alluminio delle serie 6xxx e 7xxx per bracci con sede motore integrata, piastre centrali, supporti motore, giunti di ripiegamento dei bracci e staffe; titanio e acciai inossidabili 1.4301/304 e 1.4404/316 per alberi, carcasse marine e componenti che lavorano in acqua salata.
• Precisione: ±0,05 mm e accoppiamenti IT6–IT7 su fori e superfici di appoggio, con controllo geometrico secondo ISO 2768-fH, ISO 286 e ISO 1101.
• Macchine: centri di fresatura CNC Haas con campo di lavoro di 1270 × 660 × 635 mm e torni DMG MORI fino a Ø500 mm e 1000 mm di lunghezza.
• Controllo: il primo pezzo viene misurato sulla CMM Zeiss e il programma messo a punto su di esso viene riutilizzato per i pezzi successivi.
• Finitura: anodizzazione o verniciatura a polvere secondo specifica, in modo che un prototipo possa volare ed essere provato con la stessa finitura che avrà la serie.

Un punto va chiarito già in questa fase. Se una carcassa verrà poi pressofusa, il suo prototipo fresato dovrebbe avere fin da subito gli angoli di sformo, gli spessori di parete e i raggi di raccordo del getto. I risultati delle prove su un prototipo con tasche squadrate e pareti spesse non si trasferiscono a una carcassa pressofusa a parete sottile. Controlliamo il disegno in vista del processo di serie mentre il prototipo è in lavorazione, così le prove di volo si fanno sulla geometria che andrà in produzione.

Gli stadi di ingranaggi per attuatori servo, pompe di irroratori e argani vengono dentati e rettificati secondo ISO 1328 per il prototipo. Uno stadio caricato richiede di solito la qualità 7. Lo stesso ingranaggio può essere pressato e sinterizzato in seguito, ma solo quando modulo, larghezza e profilo sono definitivi.

Fase 2: un processo di serie per ogni pezzo

Quando il progetto è congelato, ogni pezzo viene valutato separatamente. La tabella mostra i percorsi abituali su un drone o su un robot terrestre. L’ultima colonna conta quanto le altre: un pezzo pressofuso o sinterizzato ha comunque superfici che vengono finite alla macchina.

Gli attacchi strutturali restano spesso lavorati alla macchina anche in serie. Un supporto motore trasmette spinta e vibrazioni, è piccolo, e l’alluminio 7xxx lavorato e anodizzato è il materiale giusto. In serie questi pezzi si lavorano a lotti di unità identiche con un solo piazzamento e un solo programma CMM, il che abbassa il prezzo del pezzo senza cambiare il pezzo.

I robot terrestri con braccio o lama sono l’eccezione a tutto questo schema. I loro cilindri idraulici si costruiscono su ordinazione a partire da un solo esemplare, quindi il cilindro del prototipo e quello di serie seguono lo stesso percorso, con la stessa prova di pressione a 1,5 volte la pressione di esercizio.

Pressofusione delle carcasse: cosa cambia in serie

La carcassa alettata è il pezzo che guadagna di più dal passaggio alla pressofusione. Ricavare le alette di raffreddamento da una piastra piena richiede molti minuti per carcassa e trasforma gran parte della piastra in trucioli. Sulla nostra pressa un ciclo di produzione dura da 30 secondi a 2 minuti, in base alle dimensioni del pezzo, e alette, bossi di fissaggio e passaggi dei cavi si formano insieme al corpo nello stesso colpo.

• Pareti e peso: sezioni a parete sottile da 0,5–1,5 mm, con nervature dove la carcassa richiede rigidezza.
• Precisione: ±0,1–0,3 mm come fuso, superficie Ra 1,6–6,3 µm.
• Calore: le leghe di alluminio conducono il calore a 90–160 W/m·K, quindi la carcassa stessa smaltisce il calore dell’elettronica di potenza.
• Attrezzature: gli stampi vengono lavorati nella nostra attrezzeria in acciaio H13 o P20 e collaudati su una pressa di produzione prima dell’approvazione del primo campione.
• Carcasse a tenuta o trattate termicamente: pressofusione assistita sottovuoto quando una carcassa deve garantire la tenuta su una faccia di guarnizione o essere solubilizzata a T6. Le zone sensibili alla porosità vengono controllate ai raggi X.
• Finitura: passata CNC su superfici di accoppiamento, fori, filettature e gole per guarnizioni, poi verniciatura a polvere, cataforesi, cromatazione o anodizzazione secondo specifica.

Per i pezzi piccoli che richiedono sezioni molto sottili e dettagli fini si fondono leghe di zinco su macchine a camera calda. Il magnesio può essere discusso per un pezzo specifico.

Componenti sinterizzati e MIM: ingranaggi, fermi e piccole leve

Gli ingranaggi per pompe di irroratori, argani e azionamenti servo sono il secondo gruppo che cambia processo in serie. Un ingranaggio pressato e sinterizzato riceve il profilo del dente dallo stampo, quindi ogni ingranaggio prodotto con lo stesso utensile ha la stessa geometria.

• Metallurgia delle polveri (PM): compattazione fino a 800 MPa, densità finale fino al 97 %, tolleranza ±0,05 mm dopo sinterizzazione e più stretta dopo calibratura. La polvere finisce nel pezzo, perciò si usa fino al 30 % di materiale in meno rispetto a quando lo stesso ingranaggio viene ricavato da barra. La porosità residua smorza le vibrazioni e rende l’ingranaggio più silenzioso.
• Stampaggio a iniezione di metalli (MIM): per pezzi piccoli sotto i cinquanta grammi circa, con fori trasversali, tasche e sottosquadri, come cerniere di ripiegamento, ganci di bloccaggio, arresti a scatto, microingranaggi e staffe per gimbal. Tra gli acciai figurano il 17-4 PH e il 316L, con pareti fino a 0,3 mm e tolleranza fino a ±0,02 mm. Un colpo dura da 15 a 45 secondi.

La sinterizzazione conviene da migliaia di pezzi in su, perché richiede un utensile di compattazione o uno stampo MIM. Sotto questa quantità l’ingranaggio resta dentato. Molti azionamenti combinano le due vie: ingranaggi sinterizzati per gli stadi veloci e poco caricati e un ingranaggio lavorato alla macchina per lo stadio di uscita caricato, tutto da un unico fornitore e con un unico sistema qualità.

Il trattamento termico segue il disegno: tempra passante e rinvenimento, cementazione o nitrurazione, solubilizzazione e invecchiamento per il 17-4 PH. Fori e sedi dei cuscinetti che richiedono un accoppiamento più stretto vengono calibrati o lavorati dopo la sinterizzazione.

Come si gestisce il cambio di processo

Spostare un pezzo dalla fresatrice a uno stampo o a un utensile di pressatura è il punto in cui una serie può andare male. Lo pianifichiamo allo stesso modo per ogni pezzo con attrezzatura.

1. Revisione del disegno prima dell’attrezzatura. Angoli di sformo, piano di giunzione, posizione di attacchi e sfoghi e sovrametallo per la lavorazione vengono concordati prima di costruire lo stampo. Le sedi dei cuscinetti e le superfici di tenuta sono segnate come zone in cui la porosità non è ammessa. Per un pezzo MIM la revisione riguarda anche lo spessore di parete uniforme, i riferimenti per i fori di articolazione e di fissaggio, le grandi superfici piane che possono deformarsi durante la sinterizzazione e un attacco posizionato lontano dalle superfici funzionali; la cavità dello stampo viene realizzata circa 1,18 volte più grande del pezzo finale per tenere conto del ritiro.
2. Collaudo dell’attrezzatura e primo campione. I primi colpi o le prime pressature vengono misurati completamente, ogni quota del disegno, e confrontati con il modello CAD e con il prototipo approvato.
3. Piano di controllo. Caratteristiche critiche e frequenze dei controlli vengono fissate prima del rilascio della serie. Su richiesta condividiamo il piano e concordiamo prove assistite o ispezione di terze parti.
4. Stessa base per gli ordini ripetuti. Disegni delle attrezzature, parametri di processo e programmi di sinterizzazione vengono conservati, così un ordine ripetuto si realizza sulla stessa base del primo campione.

I documenti non cambiano con la quantità. Un prototipo e un lotto di serie partono con lo stesso certificato del materiale, lo stesso rapporto dimensionale e la stessa registrazione del rivestimento.

Cosa inviarci

Per quotare subito entrambe le fasi ci servono:

• il modello 3D o il disegno di ogni pezzo, con materiale e finitura;
• la quantità di prototipi e la quantità annua prevista in serie;
• le superfici che portano carico, fanno tenuta o posizionano altri pezzi;
• l’ambiente in cui lavora il drone: polvere, prodotti chimici da irrorazione, acqua salata o intervallo di temperature.

Rispondiamo con il prezzo del prototipo lavorato alla macchina, un percorso di serie consigliato per ogni pezzo e il prezzo dell’attrezzatura e del pezzo per quel percorso. Inviate i vostri file a office@hydroforce.ee oppure usate la pagina dei contatti.

Vedi anche: carcasse in alluminio pressofuso per illuminazione LED, ingranaggi sinterizzati con metallurgia delle polveri e MIM, pianificazione della qualità per tecnologia. Pagine delle tecnologie: lavorazioni CNC, pressofusione, metallurgia delle polveri e MIM, cilindri idraulici. Pagina di settore: Droni e sistemi senza pilota.