Portare la pulizia a nuove altezze: Come la produzione additiva permette di realizzare soluzioni per droni ad alte prestazioni
Droni per la pulizia industriale
Mantenere le condizioni incontaminate delle facciate degli edifici, delle ampie superfici vetrate e degli impianti solari su larga scala rappresenta una sfida operativa costante. I metodi tradizionali, che si basano su impalcature, ascensori idraulici o accessi a fune, richiedono molto tempo e lavoro e comportano rischi significativi per la sicurezza dei lavoratori. Alla ricerca di un'alternativa più sicura, efficiente ed economica, Swiss Drone Services AG ha immaginato una soluzione in grado di superare questi vincoli tradizionali: un drone specializzato dotato di un sistema di pulizia ad alta pressione.
Tuttavia, la trasformazione di questa visione in realtà è stata irta di complessi ostacoli ingegneristici. Il collegamento critico tra il drone e l'apparecchiatura di pulizia - l'ugello e la lancia - richiedeva una combinazione unica di proprietà che spingeva i metodi di produzione convenzionali ai loro limiti. Per risolvere questo problema, Swiss Drone Services AG ha collaborato con lo specialista della produzione additiva Ecoparts AG, che ha sfruttato la potenza e la precisione della tecnologia EOS per produrre un componente che non solo fosse funzionale, ma che soddisfacesse ogni requisito tecnico, dando inizio a una nuova era di pulizia automatizzata ad alta quota.
Sfida
La sfida principale per Swiss Drone Services AG è stata quella di sviluppare una lancia e un ugello di pulizia in grado di resistere ai rigori dei getti d'acqua ad alta pressione, ma allo stesso tempo abbastanza leggeri da poter essere utilizzati con un drone. Qualsiasi peso in eccesso avrebbe ridotto drasticamente il tempo di volo e la manovrabilità, compromettendo l'intero business case. Il componente doveva essere eccezionalmente stabile, poiché le vibrazioni combinate dei potenti rotori del drone e dell'idropulitrice avrebbero potuto creare una cascata di problemi: dal rendere il drone incontrollabile al causare danni strutturali a lungo termine alla sua struttura sensibile e all'elettronica.
Inoltre, il progetto richiedeva un alto grado di personalizzazione per ottimizzare il processo di pulizia per superfici e condizioni diverse, mentre le scadenze strette mettevano sotto pressione il team di sviluppo. Una soluzione prodotta in modo convenzionale avrebbe probabilmente comportato un assemblaggio in più parti di componenti fresati e saldati. Questo approccio sarebbe stato più pesante, avrebbe introdotto potenziali punti di rottura nelle giunzioni e avrebbe offerto una scarsa capacità di smorzamento delle vibrazioni. Il processo di progettazione e fabbricazione sarebbe stato troppo lento e rigido per soddisfare le ambiziose tempistiche e gli obiettivi di prestazione del progetto. Swiss Drone Services aveva bisogno di un approccio produttivo in grado di fornire rapidamente un componente leggero, robusto e altamente personalizzato, una combinazione di requisiti che i metodi tradizionali non potevano soddisfare.
Personalizzato
Il drone commerciale con un carico utile personalizzato garantisce un'efficienza di pulizia ottimizzata.
Leggero
La staffa di supporto per la lancia di pulizia ad alta pressione, dal peso ridotto, massimizza il tempo di illuminazione.
Stabile
Le staffe devono fissare la lancia senza trasferire le vibrazioni per mantenere la stabilità di volo.
Soluzione
Ecoparts AG, leader nella produzione di parti metalliche stampate in 3D di alta qualità, ha impiegato la sua EOS M 290 per fabbricare la lancia e l'ugello personalizzati. Il materiale scelto è stato l'alluminio EOS AlSi10Mg, una lega rinomata per l'eccellente rapporto resistenza-peso e le proprietà termiche, che la rendono ideale per le applicazioni aerospaziali e industriali più impegnative.
Sfruttando le capacità del DMLS, gli ingegneri di Ecoparts sono riusciti a progettare un componente monolitico e topologicamente ottimizzato. Questo processo ha permesso di consolidare quello che sarebbe stato un assemblaggio complesso in un unico pezzo senza soluzione di continuità. Canali interni e geometrie complesse sono stati integrati direttamente nel progetto, creando un percorso fluido per l'acqua ad alta pressione e utilizzando il materiale solo dove era strutturalmente necessario.
Questo approccio ha ridotto drasticamente il peso finale del componente, massimizzandone la rigidità. L'EOS M 290, che lavora la polvere di alluminio in strati precisi di 60 µm, ha garantito la robustezza del pezzo finale, rispettando le specifiche esatte per un accoppiamento perfetto e una fluidodinamica ottimale. Questo metodo di produzione rapido e senza utensili ha consentito rapide iterazioni del progetto, permettendo al team di testare e perfezionare il componente alla perfezione, riuscendo a rispettare le strette scadenze del progetto.
"Questo progetto è un esempio perfetto di cosa sia la stampa 3D in metallo. Ci siamo trovati di fronte a una serie di requisiti contrastanti: peso ridotto, elevata resistenza, resistenza alle vibrazioni e geometria complessa. Con EOS M 290, abbiamo potuto produrre un pezzo funzionalmente integrato e ad alte prestazioni che sarebbe stato quasi impossibile lavorare come pezzo singolo, risolvendo la sfida produttiva principale del cliente".
Daniel Kündig, Ecoparts AG
Risultati
La collaborazione tra Swiss Drone Services AG ed Ecoparts ha confermato il ruolo che la produzione additiva continuerà a svolgere nello sviluppo della robotica avanzata. La lancia e l'ugello in alluminio stampati in 3D hanno soddisfatto e superato tutti i criteri di prestazione, consentendo direttamente il lancio commerciale del nuovo servizio di pulizia via drone.
Il risultato più significativo è stato il raggiungimento del perfetto equilibrio tra peso ridotto ed elevata stabilità. Il componente finale è risultato significativamente più leggero di qualsiasi alternativa lavorabile, ottenendo una riduzione di peso del 40% e traducendosi direttamente in tempi di volo più lunghi e in una maggiore autonomia operativa del drone.
Il design monolitico si è dimostrato eccezionalmente robusto, resistendo facilmente alle forze dell'idropulitrice.
Questo smorzamento superiore delle vibrazioni, che ha ridotto di oltre il 60% le vibrazioni di picco sul supporto del drone, protegge il corpo principale del drone e lo rende stabile e facile da manovrare durante le operazioni di pulizia. Nel frattempo, il rapido ciclo di sviluppo offerto dalla piattaforma EOS M 290 ha ridotto la tempistica dal concetto al pezzo finale da mesi a settimane, con il componente finale consegnato in sole 3 settimane dal progetto iniziale. Swiss Drone Services AG è ora dotata di una soluzione di pulizia all'avanguardia e altamente efficiente che offre un'alternativa più sicura e scalabile ai metodi tradizionali, conferendole un netto vantaggio competitivo sul mercato.
- Riduzione del peso del 40% per massimizzare il tempo di volo e l'agilità
- 60 % di riduzione delle vibrazioni di picco per una maggiore stabilità di volo
- Rispetto delle scadenze del progetto, con una consegna da concetto a parte in 3 settimane.
- Il design personalizzato della staffa ottimizza l'efficacia della pulizia e riduce il consumo di acqua
"La stabilità operativa del nostro drone di pulizia era la nostra principale preoccupazione. Le vibrazioni del sistema ad alta pressione sono intense. Un componente assemblato tradizionalmente avrebbe introdotto troppi punti di rottura e non ci avrebbe dato la rigidità necessaria. La produzione additiva con la tecnologia EOS era l'unico modo per ottenere un componente leggero ma anche abbastanza rigido da assorbire queste forze, rendendo il nostro sistema commercialmente valido".
Marco Bortolan, Direzione Tecnologia/Sviluppo, Swiss Drone Services AG
Informazioni sulle aziende
Swiss Drone Services AG
Un fornitore di servizi innovativi specializzato nello sviluppo e nella gestione di sistemi di droni professionali per applicazioni industriali, tra cui pulizia, ispezione e rilevamento. Per saperne di più: https://swiss-drone-services.ch/en/
Ecoparts AG
Un fornitore svizzero leader di servizi di stampa 3D industriale, specializzato nella produzione di componenti metallici di alta qualità per una vasta gamma di settori, dagli sport motoristici all'aerospaziale. Per saperne di più: https://ecoparts.ch/
