Suggerimenti per la progettazione di produzioni a basso volume di lavorazioni CNC

Un piccolo numero di articoli prodotti su misura. A seconda della complessità dei pezzi, questa tecnica può fornire una produzione economica senza la necessità di costose attrezzature. Per contro, l'elevato esborso di capitale per una produzione più piccola e ad alta intensità di manodopera limita la redditività complessiva.
La produzione di lavorazioni CNC a basso volume può essere una soluzione efficace per le aziende che necessitano di un numero elevato di macchine.
Questo vale per le grandi produzioni che comportano un costo di magazzino significativo. Se gli stanziamenti di capitale vengono ammortizzati, mentre gli oneri non ricorrenti lo sono, il costo unitario è inferiore, consentendo una maggiore redditività.

I nuovi prodotti hanno costi di sviluppo non ricorrenti, tra cui la progettazione del prodotto, lo sviluppo di operazioni di produzione e qualità specifiche per il prodotto, la programmazione e l'attrezzaggio. Una volta sviluppato il prodotto, questi costi vengono ammortizzati. 

I costi unitari comprendono i materiali, la manodopera, il tempo macchina e altri costi specifici per le parti, come l'attrezzaggio, l'ispezione e le operazioni di post-lavorazione, compreso l'imballaggio. Al costo unitario vengono applicati anche i costi generali. Se si realizzano costi non ricorrenti, le tirature più brevi possono ancora essere redditizie. Ci sono numerose considerazioni da fare per ottimizzare i costi e ottimizzare l'operazione per la lavorazione di bassi volumi.

 Questo articolo esplora i suggerimenti di progettazione per la lavorazione CNC a basso volume, l'uso di progetti standardizzati e semplici, la selezione dei materiali e la produzione additiva come opzioni.

Per ridurre al minimo i costi della produzione di bassi volumi, è essenziale mantenere i progetti il più possibile semplici e non complicati. I progetti nuovi e complessi richiedono in genere utensili e tempi di lavorazione aggiuntivi e i progetti più complessi comportano problemi di qualità.

Per la produzione è opportuno puntare su progetti standardizzati ed è essenziale evitare l'acquisto di utensili personalizzati con dimensioni del materiale, fori e tolleranze generose standardizzate. Un design semplice del prodotto riduce i tempi di lavorazione e la probabilità di errori. Ulteriori considerazioni includono la progettazione per la producibilità (DFM), progettando parti lavorate in modo efficiente, e le capacità delle attrezzature devono essere incluse nella decisione. Lo spreco di materiale è una considerazione che non solo influisce sul costo del prodotto, ma anche sulla sostenibilità ambientale. 

Altri suggerimenti sono i seguenti:

• Dimensioni dei fori standard - Le dimensioni non standard richiedono tempi di lavorazione supplementari e aumentano i costi.
• Specificare le tolleranze solo se necessario - Se non è indicata alcuna tolleranza specifica, i pezzi vengono lavorati utilizzando la tolleranza standard (± 0,125 mm o migliore).
• Raggio anziché bordi verticali - I bordi verticali sono difficili da ottenere poiché gli utensili di fresatura sono cilindrici e creano un raggio. Riducete il tempo di lavorazione aggiuntivo
• Utilizzando lo stesso raggio per tutti i bordi interni.
• Raggio dell'angolo pari ad almeno un terzo (1/3) della profondità della cavità.
• Utilizzando un raggio piccolo o nessun raggio sul fondo della cavità.
• Limitare la profondità della cavità - Le cavità più profonde richiedono una maggiore lavorazione e sprecano più materiale. Riducete al minimo i costi
• Limitare la profondità delle cavità a quattro volte la loro lunghezza.
• Limitare la lunghezza della filettatura - Mantenere le lunghezze delle filettature a profondità minime accettabili. Le filettature più lunghe di 1,5 volte il diametro del foro non garantiscono una maggiore resistenza. I progetti devono tenere conto dei seguenti elementi:
• Utilizzare fori di dimensioni standard.
• Progettare filettature di lunghezza massima pari a 3 volte il diametro del foro.
• Ridurre al minimo gli allestimenti della macchina: l'ideale è un solo allestimento. 
• Evitare più finiture superficiali - Più finiture superficiali sullo stesso pezzo fanno aumentare i costi. Per ridurre l'impatto sui costi:
• Scegliere la finitura superficiale standard.
• Richiedere più finiture superficiali solo se necessario.

La lavorazione di pareti sottili o alte del prodotto, di cavità profonde o di tasche strette è un processo lungo e complesso. Il minimo errore o variazione nella qualità del materiale può causare danni al prodotto e costi aggiuntivi di scarto. I pezzi solidi e spessi sono meno costosi da lavorare, sprecano meno materiale e sono più stabili. Per ridurre al minimo i costi di lavorazione, considerate quanto segue:

• Parti in metallo - Sviluppare pareti di 0,8 mm o più spesse.
• Parti in plastica - Mantenere uno spessore minimo delle pareti di 1,5 mm o superiore.

Anche se la lavorazione dei numeri di serie dei prodotti, delle descrizioni e dei loghi dei clienti può essere utile, l'uso di testi e finiture aggiuntive dovrebbe essere limitato. Queste operazioni personalizzate aumentano i costi del prodotto e limitano ulteriormente il tempo di lavorazione. Cercate processi alternativi che producano lo stesso effetto, come l'incisione laser, la goffratura, la serigrafia e le operazioni di verniciatura, che sono tutte più rapide e meno costose.

È essenziale ridurre al minimo i costi:

• Eliminare tutti i testi e le scritte.
• Se necessario, preferire le scritte incise a quelle in rilievo.
• Utilizzare un carattere sans serif di dimensione minima 20 (ad esempio, Arial o Verdana).

Si consiglia di mantenere una dimensione e una selezione standardizzata dei materiali. Alcuni materiali sono più difficili da lavorare e comportano tempi di lavorazione più lunghi e costi aggiuntivi, mentre i materiali più morbidi e meno costosi sono da preferire in quanto più facili da produrre. Evitare materiali più duri e costosi, come il titanio.

Per ridurre al minimo i costi:

• Considerare alternative di materiali meno costosi con specifiche simili. I materiali meno costosi sono facilmente reperibili e riducono i tempi di consegna e i costi di magazzino.

Il settore della produzione additiva offre soluzioni superiori alle tradizionali operazioni di lavorazione CNC. Le parti prodotte in modo additivo (AM) vengono create strato per strato, anziché rimuovere quantità significative di materiale, e per i processi AM è disponibile una notevole varietà di materiali.

Oltre che per la prototipazione, la stampa 3D e le altre tecnologie AM sono preferite per la produzione medio-bassa e per i prodotti con requisiti di tolleranza ragionevoli.

Un partner di produzione professionale specializzato in servizi a contratto può aiutare altre organizzazioni di produzione appaltando i prodotti più difficili e gli articoli a bassa produzione. Molti di essi sono esperti locali nel loro campo specifico o fanno parte di una rete di produttori selezionati. Il partner preferito deve analizzare il progetto, fornire un'offerta, fornire aggiornamenti frequenti dopo la selezione, ispezionare la qualità dei prodotti, fornire certificazioni di qualità e spedire il materiale al cliente.

I vantaggi della prototipazione e della produzione con un partner competente sono i seguenti:

• Velocità

La prototipazione e la produzione rapida e di qualità da parte di partner produttivi esperti riducono i tempi di consegna e il time to market. La produzione on-demand vi permette di rispondere rapidamente al mercato senza mettere a soqquadro la vostra struttura. I lotti di dimensioni ridotte non richiedono cambi interni massicci per le piccole tirature. 

• I costi

I rischi si riducono grazie alla fluttuazione degli ordini dei clienti in outsourcing che non influisce sulla vostra produzione, mentre i cambi di attrezzature e le interruzioni globali hanno un impatto molto minore sulla vostra struttura. Il partner di produzione riceve le materie prime e spedisce il prodotto finito al cliente, senza costi di magazzino. 

• Qualità

Utilizzando esperti di produzione, avrete accesso ai migliori nel loro settore. I tassi di difettosità sono più bassi grazie alla competenza superiore del partner di produzione esperto.