Migliorare la tracciabilità nella produzione additiva integrando passaporti digitali nei prodotti – 3Dnatives

Uno dei maggiori vantaggi della fabbricazione digitale è la possibilità di tracciare più facilmente i pezzi durante il loro ciclo di vita. La tracciabilità dei prodotti è fondamentale per il controllo della qualità, la conformità alle normative e la trasparenza della catena di fornitura. Tuttavia, può essere difficile per gli utenti sapere come trarre vantaggio da questa possibilità e avere un monitoraggio veramente sicuro e verificabile del ciclo di vita di un pezzo. Ecco perché abbiamo incontrato Henrik Peiss e Ulrich Jahnke per parlare di come i passaporti digitali dei prodotti possano essere integrati nella tecnologia di produzione additiva di Desktop Metal, il binder jetting, per ottenere dati di tracciabilità in tempo reale. Abbiamo discusso di come questo approccio migliori l’autenticità, snellisca i processi di certificazione e apra la strada a un’adozione diffusa nel settore.

3DN: Ciao, potete presentarvi?

HP: Sono Henrik Peiss e lavoro per Desktop Metal – con sede in Germania – dal 2021 come Application Team Lead EMEA e Sales & Technical Manager per la regione DACH ed Europa Orientale. Ho una formazione da ingegnere meccanico e ho lavorato negli ultimi 13 anni in tutto il mondo ricoprendo diversi ruoli nel settore della produzione additiva.

Ulrich Jahnke (a sinistra) e Henrik Peiss (a destra)

UJ: Sono Ulrich Jahnke, ho oltre 15 anni di esperienza nella stampa 3D e nell’intera catena del valore della produzione additiva, che mi hanno permesso di coltivare una profonda competenza in questo campo dinamico. Il mio percorso accademico è iniziato con una laurea in ingegneria informatica, seguita da attività di ricerca presso l’Università di Paderborn, in particolare all’interno del Direct Manufacturing Research Center (DMRC).

Nel 2018 ho co-fondato Additive Marking con due partner, con l’obiettivo di implementare la tracciabilità direttamente nei componenti stampati in 3D. Questa iniziativa mira ad attuare i principi dell’Industria 4.0 a livello di officina. La nostra tecnologia innovativa crea un ponte tra il mondo digitale e quello fisico, assegnando identità digitali a beni tangibili prodotti sia in modo additivo che convenzionale.

Dal 2020 mi sono dedicato con passione alla realizzazione della visione di Additive Marking, cercando di ottenere una tracciabilità completa end-to-end non solo nell’ambito della produzione additiva, ma in tutto il panorama industriale. Oggi il nostro portafoglio di servizi e prodotti comprende anche l’automazione dei processi di marcatura laser, dot peen ed etichettatura, nonché la gestione dei passaporti digitali dei prodotti tramite la nostra Additive Marking Suite. Naturalmente, non ci limitiamo a fornire hardware e software per la marcatura e la scansione, ma forniamo anche soluzioni che implicano un mix metodico di formazione e consulenza.

3DN: Quanto è importante la tracciabilità dei prodotti nella produzione additiva?

HP: La produzione additiva è un processo basato su lotti, quindi, ad esempio, per un singolo lavoro di costruzione nel binder jetting, abbiamo a che fare con un lotto specifico di polvere e liquido legante, oltre alle corrispondenti condizioni circostanti e allo stato di usura della macchina. Per garantire la tracciabilità per il controllo qualità, è importante poter risalire a un pezzo in uno specifico lavoro di stampa e persino a una specifica posizione del pezzo all’interno di questo lotto di stampa.

Ciò è particolarmente importante quando si producono pezzi per settori come l’aerospaziale, la difesa o la tecnologia medica. Gli standard di qualità in questi settori richiedono controlli di qualità e documentazione per ogni singolo pezzo. La stampa 3D, come tecnologia di produzione digitale, offre possibilità uniche per la marcatura automatica di pezzi unici durante il processo di preparazione della stampa digitale.

UJ: Sono d’accordo con Henrik. La tracciabilità dei prodotti nella produzione additiva svolge un ruolo fondamentale nel garantire il controllo della qualità, l’efficienza operativa e la conformità alle normative. Uno dei vantaggi principali della tracciabilità è che consente ai produttori di seguire ogni pezzo lungo l’intera catena di produzione e persino l’intero ciclo di vita: dalla preparazione dei dati alla produzione, dal post-processing al controllo qualità, passando per la logistica, la fase di utilizzo e il riciclo. Questa tracciabilità completa è particolarmente importante nell’additive manufacturing, poiché le proprietà dei materiali e la precisione dimensionale di un componente sono determinate durante il processo di produzione.

Anche parametri apparentemente meno rilevanti, come l’orientamento e il posizionamento all’interno del volume di stampa, possono influenzare queste proprietà. Ecco perché è necessario ottenere la tracciabilità fin dal primo momento della produzione di un pezzo. Ed è proprio questo il punto di forza e il vantaggio unico di Additive Marking: consente l’identificazione diretta del pezzo durante la produzione senza la necessità di ulteriori processi di etichettatura.

A differenza della produzione tradizionale, in cui l’etichettatura può comportare rischi di confusione o errori, l’identificazione leggibile dalla macchina della Additive Marking Suite può essere incorporata direttamente nel pezzo durante il processo di produzione digitale e fisica. In questo modo si riduce il potenziale di errore e si garantisce la tracciabilità del componente in modo efficiente.

Codice a matrice di punti di Additive Marking che si collega al passaporto digitale del prodotto (in alto). Codici QR generati da Additive Marking di dimensioni diverse su un altro pezzo (in basso)

La tracciabilità è particolarmente critica nei settori in cui la sicurezza e la conformità alle normative non sono negoziabili. Permette ai produttori di identificare e risolvere rapidamente eventuali difetti o deviazioni, consentendo richiami o sostituzioni efficienti quando necessario.

Inoltre, la tracciabilità rafforza l’integrità della catena di fornitura, supporta la gestione efficiente delle scorte digitali e facilita la rintracciabilità dei ricambi. Scansionando un codice incorporato su un pezzo, ad esempio con il nostro motore di scansione DPM Scan Pro, disponibile per iOS, Android e per l’integrazione fissa con apparecchiature fotografiche industriali, i produttori possono accedere istantaneamente ai file associati in un magazzino digitale, semplificando l’identificazione dei pezzi e riducendo i tempi di fermo.

3DN: Ci dite qualcosa in più sui passaporti digitali e su come funzionano?

UJ: I passaporti digitali sono un concetto rivoluzionario nel campo della tracciabilità dei prodotti, in particolare nella produzione additiva. Un passaporto digitale funge da record digitale completo per ogni componente, incapsulando informazioni essenziali come le specifiche dei materiali, i processi di produzione e i parametri di lavorazione, i dati del controllo qualità, la storia della manutenzione dei singoli pezzi, ecc. Queste informazioni sono archiviate in un formato digitale sicuro e sono accessibili durante tutto il ciclo di vita del prodotto grazie al codice incorporato nel componente, nel prodotto o nella macchina.

Consolidando tutti i dati di prodotto rilevanti in un’unica piattaforma accessibile come pass-x.eu, i passaporti digitali di prodotto consentono ai produttori di migliorare la qualità dei prodotti, la soddisfazione dei clienti e l’efficienza operativa complessiva. Su pass-x.eu l’interoperabilità con piattaforme parallele è garantita da standard comuni. Tra i vantaggi più evidenti vi sono:

• Garantire la conformità e l’aderenza alle normative, ad esempio il regolamento sulla progettazione ecocompatibile dei prodotti sostenibili, il regolamento sulla sicurezza generale dei prodotti, il regolamento sulle batterie, ecc.
• Offrire piena tracciabilità e trasparenza durante l’intero ciclo di vita del prodotto e utilizzare le informazioni sul ciclo di vita nello sviluppo successivo.
• Sostenere la sostenibilità e l’economia circolare, favorendo il riciclo e il riutilizzo.
• Costruire la fiducia dei clienti attraverso la trasparenza e fornire persino opportunità di cross selling.
• Ottimizzare la gestione dei ricambi e la tracciabilità del ciclo di vita.

HP: Il passaporto digitale di un pezzo può essere riassunto come un’implementazione del concetto di gemello digitale e funge da punto centrale di archiviazione/collegamento dei dati per tutte le informazioni digitali relative a una parte specifica e unica.

Grafico di processo Metal Binder Jetting (MBJ) e dati delle fasi di processo corrispondenti che sono stati incorporati nel passaporto digitale di una parte.

Dal punto di vista dell’utente, il passaporto digitale di un pezzo creato da Additive Marking è il secondo passo logico dopo la tracciabilità basata su marcature seriali uniche sui pezzi. Il passaporto consente un facile accesso e la memorizzazione di informazioni uniche relative a un pezzo specifico ed è accessibile digitalmente tramite una marcatura univoca leggibile a macchina su un pezzo specifico. È possibile impostare sezioni specifiche del passaporto, alcune visibili solo al produttore, altre accessibili a tutti gli utenti.

Con esso, un utente può accedere ai rapporti di qualità di un pezzo, ai dati di produzione, alle corrispondenti schede tecniche dei materiali, ai manuali d’uso o agli schemi di manutenzione dei pezzi. Se nel passaporto digitale è integrato anche un link al Web-Shop, l’utente può riordinare direttamente il pezzo o i materiali corrispondenti.

3DN: Quali sono i vantaggi nello specifico quando si parla di binder jetting?

HP: Il binder jetting, come tecnologia di produzione additiva 2.0, si concentra sulla produzione in serie di centinaia o anche più pezzi. L’importanza di rintracciare i singoli pezzi aumenta quando si forniscono ai settori sopra citati. Oltre all’utilizzo in questi settori, la tracciabilità dei pezzi è molto utile durante il processo quotidiano di gestione di un centro di produzione additiva digitale: le fasi di produzione passate e i controlli interni di qualità della produzione possono essere facilmente eseguiti e documentati utilizzando i codici leggibili dalla macchina sui pezzi.

Un vantaggio generale del binder jetting in combinazione con i passaporti digitali dei pezzi è il fatto che il binder jetting consente di ottenere marcature più piccole in base alla contrazione durante il processo di sinterizzazione. In altre parole, la stampa di un pezzo e la sua marcatura digitale avvengono in uno stato scalato del 20%. Durante la sinterizzazione il pezzo si restringe del 20% e con esso la marcatura. Questo aspetto è importante per la marcatura di pezzi molto piccoli, che altre tecnologie, come la LBPF, non sono in grado di raggiungere.

UJ: La tracciabilità nel binder jetting offre diversi vantaggi significativi, in particolare data la complessità della catena di processo dalla preparazione dei dati al pezzo finito. Poiché il binder jetting coinvolge più fasi, dalla preparazione dei dati, alla selezione del materiale, alla deposizione dello strato, alla polimerizzazione, ecc. la tracciabilità consente di tenere traccia della qualità in tutte le fasi per ottimizzare le stampe future e garantire una qualità costante in tutte le tirature, in particolare per geometrie complesse o materiali ad alte prestazioni.

Desktop Metal Shop System Build Volume con campioni di prova marcati sulla superficie con codice a matrice di punti. I pezzi sono disposti in diversi orientamenti.

Grazie all’alta risoluzione ottenibile con i processi di binder jetting, i codici leggibili dalla macchina possono essere realizzati su superfici ridottissime e soddisfare i requisiti, ad esempio, delle specifiche GS1 per essere conformi agli enti normativi comuni, come il regolamento sui dispositivi medici. Inoltre, il controllo della versione e le iterazioni di progettazione nel binder jetting sono importanti come in tutte le altre tecniche di produzione agile. L’inserimento diretto dei marchi di stampa nei dati digitali del prodotto prima della produzione è il modo più semplice per ottenere trasparenza e responsabilità.

3DN: Potete fare un esempio pratico relativo al ciclo di vita di un pezzo?

HP: Per me un’applicazione interessante è un pezzo personalizzato, serializzato con una marcatura che si collega al suo passaporto digitale. L’origine di questo pezzo sarebbe un utente che inserisce online i parametri del pezzo desiderato nel software di personalizzazione che definisce la forma, la struttura, il materiale e il rivestimento di un progetto parametrico. Non appena l’utente salva il progetto per la produzione, viene generato un identificativo seriale univoco che avvia un passaporto digitale unico per il pezzo.

Questo passaporto contiene come prime voci i parametri di personalizzazione della parte definiti dall’utente. Man mano che la parte digitale passa alla preparazione della produzione, al passaporto vengono aggiunte le versioni del software e le impostazioni applicate del software di preparazione alla stampa e le impostazioni del software di simulazione della produzione e i risultati. La produzione additiva tramite binder jetting è un processo a più fasi; pertanto, verranno aggiunti rapporti sullo stato di produzione del binder jetting (tempi di stampa, curing, risultati del controllo QS dell’ispezione, ecc.) e sulle fasi di post-elaborazione come il ciclo HIP applicato, il coating o i rapporti basati sulle scansioni 3D.

Sito web del passaporto dei prodotti Additive Markings pass-x in setup-View interno. In figura la modalità di impostazione dei dati di produzione MBJ di un Surface Test Coupon.

Queste informazioni possono essere riassunte come documentazione di produzione e successivamente accessibili solo dal produttore. Dopo la produzione, il pezzo verrebbe montato in un assemblaggio e il prodotto finale verrebbe venduto a un cliente. Le informazioni sull’assemblaggio, il numero di serie del prodotto finale e l’impronta di carbonio del pezzo verrebbero aggiunti al passaporto digitale del pezzo.

Durante l’utilizzo del pezzo, la marcatura del pezzo può essere scansionata dall’utente e il passaporto digitale del pezzo collegato al web si aprirà in un browser internet. Il contenuto visibile all’utente del passaporto digitale dei pezzi mostrerebbe all’utente, ad esempio, il manuale del prodotto, gli schemi di manutenzione del pezzo o dell’assieme, un link a un negozio web per ordinare i materiali di consumo necessari o per riordinare il pezzo nella sua esatta personalizzazione. Dopo la fine del ciclo di vita del pezzo specifico, il passaporto digitale del prodotto contiene le informazioni necessarie su come smaltire o riciclare il pezzo.

In Desktop Metal abbiamo utilizzato la tecnologia di Additive Marking in passato per tracciare i pezzi durante una campagna di test interni sui materiali in acciaio inox 316L dalla stampante DM Shop System. Un esempio di etichetta a matrice di punti Additive Marking nella preparazione digitale del pezzo, allo stato verde, allo stato sinterizzato e dopo il superamento del test di corrosione superficiale è mostrato nelle immagini sottostanti Il passaporto digitale del pezzo x-pass corrispondente è disponibile QUI.

Conto e carta

difficile da pignorare

 

Codice a matrice di punti contrassegnato sul Surface Test Coupon durante la produzione MBJ. Allo stato verde (a sinistra), i codici sui pezzi sono leggibili dalla macchina e possono essere scansionati per effettuare il “check in” dei pezzi dopo aver superato i test di qualità della fase di produzione. L’immagine di destra mostra il pezzo dopo la sinterizzazione – il pezzo e il codice si sono ridotti del 20% rispetto alle dimensioni finali. In basso, il pezzo è mostrato nella fase di produzione digitale del pezzo, disponibile al link sopra indicato.

UJ: Uno degli esempi migliori e più pratici nella mia vita privata e professionale quotidiana riguarda i pezzi di ricambio per qualsiasi applicazione. Non deve essere necessariamente un pezzo di alto valore. Prendiamo in considerazione un semplice pezzo di ricambio per un impianto attivo 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Questo pezzo passa attraverso una serie di fasi, dalla progettazione alla post-lavorazione, al collaudo e alla convalida finale, con un passaporto digitale del prodotto che ne traccia l’intero ciclo di vita.

Il progetto del pezzo viene creato con un software CAD. Il passaporto digitale del prodotto viene inizializzato già in precedenza, quando si ordina il progetto e si specificano i requisiti. Come primo input di dati, il file CAD (versione), la scelta del materiale e le specifiche geometriche, nonché la tecnica di produzione desiderata sono stati documentati in modo completo nel passaporto digitale del prodotto (DPP). La produzione di una o più istanze individuali di quel pezzo con numeri di serie individuali incorporati (leggibili dall’uomo e/o dalla macchina) creerà ancora una volta un input di dati per il DPP: lotto di materiale, nome e certificazioni del fornitore, proprietà del materiale di quel lotto specifico e tutti i dati rilevanti registrati dal sistema AM.

Il passo successivo è collegare tutte le informazioni di post-processing, come le marche temporali per ogni stazione, i parametri di elaborazione, le qualifiche personali e, in seguito, i rapporti di controllo qualità.

Tutti questi dati collegati al componente fisico sono facilmente accessibili con la semplice scansione della marcatura individuale e facilitano il ciclo di vita. Alcuni esempi sono:

• Certificazione e conformità, dove ora una terza parte è in grado di aggiungere una documentazione di conformità.

• L’utente del componente che vuole utilizzare il componente come parte di un assemblaggio. Anche le informazioni di assistenza per il montaggio sono a portata di scansione.
• Ordinare su richiesta non è mai stato così facile. Scansionando il codice, si viene inoltrati a pass-x.eu e si ordina un nuovo pezzo di ricambio segnalando che questo è rotto. Il produttore ottiene informazioni sulla durata di vita del pezzo rotto, utili per la riprogettazione.
• La circolarità e la gestione dei rifiuti sono sempre difficili, qui sarebbe possibile identificare il materiale di un componente. Ancora una volta, basta una scansione e i componenti possono essere riciclati in modo efficiente, poiché il materiale è ben noto e collegato al passaporto dei materiali di un prodotto digitale.

3DN: Qualche ultima parola per i nostri lettori?

HP: Grazie per questa intervista. Per saperne di più su Desktop Metal e sul binder jetting, nonché su come integriamo la tracciabilità, è possibile consultare il sito web cliccando QUI.

UJ: Grazie per la gentile intervista! Non vedo l’ora di aiutare gli utenti a migliorare ulteriormente la tracciabilità e a utilizzare i passaporti digitali per i loro prodotti! Per saperne di più su di noi QUI.

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*Crediti per tutte le foto: Desktop Metal/Additive Marking