Il design guidato dalla simulazione sta rivoluzionando il settore della robotica industriale, consentendo di progettare sistemi più performanti attraverso l’ottimizzazione digitale preventiva.
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La nuova generazione di robot smart ottimizzati digitalmente
La robotica industriale entra in una nuova era: non più solo automatizzata, ma ottimizzata in modo intelligente. La prossima generazione di robot “smart” prende forma grazie non solo all’intelligenza artificiale e ai sensori avanzati, ma anche al design guidato dalla simulazione, dove gli ingegneri utilizzano software potenti per ripensare le strutture fisiche prima ancora della costruzione.
Il risultato? Robot più leggeri, veloci, affidabili e sostenibili. Per i produttori industriali, combinare leggerezza, ottimizzazione dei materiali e simulazione digitale porta vantaggi concreti: produzione più rapida, consumi energetici ridotti e minore impatto ambientale.
Vantaggi concreti della simulazione nella progettazione robotica
Sfruttando strumenti avanzati di design guidato dalla simulazione, le aziende stanno riducendo significativamente la massa dei sistemi robotici senza compromettere, e spesso migliorando, durata e prestazioni. Questo approccio digitale permette agli ingegneri di testare, simulare e ottimizzare diverse configurazioni prima della produzione, eliminando materiali superflui, riducendo vibrazioni e aumentando l’affidabilità.
I vantaggi principali di questa metodologia sono:
- Riduzione della massa di bracci e componenti robotici, protezione della meccanica e minor inerzia.
- Cicli produttivi più brevi grazie a movimenti più rapidi e maggiore precisione.
- Minori costi energetici e di manutenzione, con miglioramento del ROI e degli indicatori di sostenibilità.
I casi di successo
Ecco tre casi di successo industriale in cui queste tecniche hanno portato a risultati concreti in termini di prestazioni, efficienza e sostenibilità.
Amprove: riduzione di peso e componenti per robot pick-and-place
Fondata nel 2019 in Germania, amprove ha dimostrato il potenziale trasformativo del design leggero guidato dalla simulazione. Gli ingegneri dell’azienda hanno preso come riferimento un robot pick-and-place già in uso in ambienti industriali, con l’obiettivo di creare una versione più sostenibile ed efficiente senza dover riprogettare tutto da zero.
La sfida era complessa: ridurre il peso, consumare meno energia e semplificare l’assemblaggio, mantenendo la compatibilità con i sistemi esistenti. Attraverso strumenti di simulazione avanzati, sono stati analizzati la struttura e i componenti del robot per individuare parti ridondanti o sottoutilizzate.
Lo studio ha mostrato che due delle otto guide lineari erano superflue. Eliminandole e integrando più pezzi in assemblaggi ottimizzati, amprove ha ridotto il numero totale di componenti da 11 a 4, risparmiando 25 viti e semplificando l’assemblaggio.
Le tecniche di produzione avanzata adottate sono state:
- Selective Laser Melting (stampa 3D metallo) per la connessione Y-Z e la console pneumatica
- Selective Laser Sintering (stampa 3D plastica) per le pinze
- Taglio Waterjet per la piastra di base dell’asse Z
Il risultato è stata una riduzione di 29,8 kg della massa in movimento, migliorando l’efficienza energetica e riducendo i tempi ciclo del 34%, con un consumo energetico inferiore del 50%.
I nuovi componenti sono plug-and-play, installabili sui robot esistenti senza modifiche, consentendo ai clienti di aggiornare i sistemi invece di sostituirli.
Ritorno economico e sostenibilità dell’innovazione amprove
amprove stima un ritorno sull’investimento di due anni, principalmente grazie al risparmio energetico e alla manutenzione ridotta.
Focus: Componenti strutturali leggeri per macchine industriali
Risultati principali:
- 30 kg in meno di massa in movimento
- Produzione più veloce del 34%
- Risparmio energetico del 52%
- 11 componenti ridotti a 4
“L’ottimizzazione guidata dalla simulazione ci ha permesso di ripensare ogni grammo della macchina,” spiegano dal team amprove. “Il risultato è un robot non solo più leggero e veloce, ma anche più sostenibile.”
ABB: ottimizzazione topologica per robotica ad alte prestazioni
ABB, leader globale nella robotica e automazione industriale, continua a spingere i confini del design efficiente e della performance affidabile. Integrando strumenti di simulazione avanzata nello sviluppo prodotto, ABB ha riprogettato componenti critici dei robot per ridurre significativamente il peso senza sacrificare la robustezza.
Il processo si è basato su analisi agli elementi finiti (FEA) e ottimizzazione topologica per individuare dove rimuovere materiale in sicurezza mantenendo la rigidità sotto carichi dinamici. Queste strategie hanno permesso di progettare bracci robotici più leggeri, consumando meno energia e migliorando velocità e durata.
Migliorando l’ammortizzazione delle vibrazioni e redistribuendo gli stress, ABB ha aumentato precisione e vita utile del sistema, riducendo le esigenze di manutenzione.
L’approccio supporta anche gli obiettivi di sostenibilità: robot più leggeri richiedono meno materiali per la produzione e meno energia in funzione, abbattendo le emissioni di CO₂ durante l’intero ciclo di vita.
Risultati ABB in termini di efficienza e impatto ambientale
Focus: Robotica e automazione industriale
Risultati principali:
- Riduzione del peso del sistema
- Minori costi di manutenzione e operativi
- Impatto ambientale ridotto
Würth: logistica automatizzata e design modulare leggero
Würth Industrie Service (WIS), parte del gruppo tedesco Würth, gestisce operazioni logistiche altamente automatizzate, consegnando componenti industriali a oltre 20.000 clienti. I robot, in particolare i KUKA usati per smistamento e confezionamento, devono operare con massima precisione e affidabilità.
Un problema ricorrente era il danneggiamento del supporto in alluminio per pannelli LED e telecamere montate sul braccio robotico, costoso e pesante da riparare. Collaborando con Altair, il team Würth ha condotto una simulazione dinamica multi-body, analizzando forze e movimenti per ottimizzare la topologia del supporto.
Il risultato: un supporto stampato in 3D con design ottimizzato, più leggero dell’87% e resistente. Il redesign ha anche permesso di dimezzare i LED senza ridurre l’illuminazione, riducendo materiali e complessità d’assemblaggio.
Vantaggi operativi del redesign Würth per la supply chain
Il supporto più leggero ha ridotto stress meccanici e consumo energetico, estendendo la vita dei componenti e abbattendo i costi di manutenzione del 94%, con downtime praticamente eliminato grazie al design modulare.
Focus: Sistemi logistici automatizzati per supply chain industriali
Risultati principali:
- Riduzione del peso dell’87%
- Costi di riparazione ridotti del 94%
- Numero di componenti LED dimezzato
“Il supporto leggero non solo ha migliorato l’affidabilità dei robot, ma ha reso i nostri sistemi logistici più sostenibili,” afferma René Pers, Engineering & Development di WIS.
Prospettive future: robotica intelligente e sostenibile
Dall’ottimizzazione dei componenti alla riprogettazione dei sistemi, i casi di amprove, ABB e Würth dimostrano come l’ingegneria guidata dalla simulazione permetta di raggiungere un equilibrio tra prestazioni, costi e sostenibilità.
Strutture leggere significano movimenti più rapidi e minore inerzia. Minore consumo energetico significa meno impatto ambientale. Design digitalmente validati significano meno guasti, meno sprechi e maggiore uptime.
Con la digitalizzazione crescente del settore manifatturiero, l’uso di strumenti di simulazione avanzata diventerà sempre più cruciale. I robot del futuro non solo penseranno e si adatteranno: si muoveranno meglio, dureranno di più e consumeranno meno.
