nella carpenteria lignea
3.6 Le macchine CNC e i robot
La meccanizzazione degli strumenti da lavoro, se da un lato ha ottimizzato i processi di lavorazione in termini di tempo ed energia, dall’altro ha contribuito a semplificare le tipologie di giunti, favorendo allo stesso tempo l’impiego di connettori metallici49 (Jeska, Pascha, 2015). Ma la crescente evoluzione delle macchine corrisponde a un grado sempre maggiore di precisione e a un’inter- faccia con l’operatore sempre più semplificata e immediata: la programmazione delle macchine CNC avviene attraverso il codice ISO (in riferimento al codice ISO 6983 che definisce il linguaggio informatico da utilizzare per le operazioni standard, come ad esempio la direzione o la velocità), prima direttamente sul macchinario, successivamente attraverso i programmi CAM. La precisione e l’agile programmazione permettono al carpenterie di organizzare lo strumento, come una macchina CNC o un braccio robotico, in funzione delle lavorazioni da seguire, contribuendo ad accrescere il grado di personalizzazione.
A partire dagli anni 2000 iniziano ad essere diffusi sul mercato macchinari CNC in grado di muoversi su più di 3 assi (X, Y, Z): aumentare la libertà di movimento dell’utensile di lavorazione significa ampliare il numero di possibili operazioni che questo può compiere, che combinati con sensori sempre più performanti, accrescono l’autonomia della macchina. L’impiego di macchinari CNC a più assi50 offre la possibilità di realizzare elementi curvi e, allo stesso tem- po, di monitorare la precisione della lavorazione attraverso il controllo digitale. Il crescente numero di gradi di libertà rende lo spettro delle lavorazioni di una macchina CNC sempre più ampio e simile a quello di un braccio robotico: si può sostenere che non sia più necessario distinguere le due tipologie di stru- menti poiché i prodotti che si possono ottenere sono simili51. Questa analogia si può riconoscere in termini di prodotto finale, ma l’interazione tra uomo e macchina durante la fase produttiva è differente e varia a seconda che si utilizzi un braccio robotico o una macchina CNC.
Si possono individuare due aspetti principali che distinguono l’interazione tra l’uomo e queste tipologie di macchine:
- la programmazione: il robot è uno strumento complesso da programmare e il personale addetto deve essere quindi specializzato e aggiornato nel merito dei programmi che vengono spesso sviluppati ad hoc per alcuni tipi di robot; la macchina CNC, invece, dispone di interfacce più semplici e intuitive, capaci di tradurre immediatamente il progetto digitale CAD in comandi di produzione;
- lo spazio d’uso: la macchina CNC si muove su binari installati su un piano e la dimensione del piano talvolta impedisce al lavoratore di avvicinarsi al
prodotto in fase di lavorazione; il robot invece, trattandosi di un braccio autonomo e libero, è in grado di lavorare su un prodotto non necessaria- mente disposto su un piano delimitato e ciò elimina l’ostacolo fisico che il piano di lavoro rappresenta nei confronti degli operatori e che è presente nel caso della macchina CNC.
Il livello di precisione nella lavorazione (ciò vale per entrambi i tipi di mac- chine) diviene sempre più alto grazie all’impiego di laser per la rilevazione della superficie di lavoro e per la lettura del comportamento e delle movimen- tazioni degli utensili integrati nelle macchine: la lettura dei dati relativi alla progressione del lavoro e l’elaborazione delle informazioni sono operazioni che le CNC e i robot possono svolgere in modo continuo, anche registrando e reagendo autonomamente alle variazioni che può subire il progetto svilup- pato in modo parametrico, in funzione della risposta del materiale sottoposto a lavorazione52 e in relazione alle eventuali variazioni di progetto che possono verificarsi in corso d’opera.
L’automazione, attraverso le macchine CNC e i bracci robotici, è impiega- ta per la carpenteria lignea ed è applicata e sviluppata soprattutto nel settore dei pannelli strutturali, un sistema costruttivo sempre più diffuso in quanto consente di gestire il cantiere in maniera ottimale, riducendo l’impiego di ri- sorse ed energia in situ (Ramage et al, 2015, p. 345). La crescita del mercato dei sistemi costruttivi a pannelli è confermata anche dalle tipologie di macchinari per la lavorazione del legno oggi disponibili (Acimall, 2018): in occasione del- la fiera XYLexpo 2018, gli strumenti esposti erano macchinari di dimensioni che si attestavano mediamente attorno ai 35 mc, centri di lavoro altamente performanti e capaci di svolgere più lavorazioni simultaneamente (fig. 14) anche grazie alla collaborazione di più mandrini e alla possibilità di spostare gli elementi in funzione delle operazioni da eseguire (quindi l’elemento non è più necessariamente fermo). Le aziende presenti alla fiera, leggendo le tendenze del mercato in cui operano, sostengono che la costruzione a pannelli rappre- senterà il futuro delle costruzioni in legno ancora per molti anni. Tuttavia le macchine in commercio sono per la maggior parte progettate per effettuare operazioni specifiche e per produrre un medesimo prodotto in grandi quan- tità; le innovazioni future del mercato consentiranno l’impiego di tecnologie
14. Esempio di centro di taglio dell’azienda SCM esposto durante la fiera XYLexpo 2018 a Milano. La macchina CNC esegue la lavorazione in uno spazio completamente protetto, in cui l’uomo può intervenire solo tramite comandi digitali e non attraverso un’interazione diretta con lo strumento di lavoro: il cavalletto, al cui interno sono installati uno o più mandrini per la lavorazione, il magazzino utensili e i sensori, si muove sui binari installati lungo il nastro sul quale è fissato l’elemento da lavorare.
che già sono state sviluppate in merito alla produzione e l’utilizzo di strumenti flessibili, in grado di adeguarsi alle mutevoli esigenze dell’utenza, sfruttando le potenzialità dell’automazione per realizzare prodotti su misura e personaliz- zabili in funzione allo specifico progetto. Mentre il mercato si orienta in via quasi esclusiva verso il sistema costruttivo a pannelli, vengono ignorate quasi del tutto le possibilità legate all’uso del legno massiccio o lamellare ad esempio per la realizzazione di telai.
Uno strumento recentemente introdotto sul mercato è Shaper Origin, la prima macchina CNC portatile (fig. 15): si tratta di uno strumento mosso ma- nualmente sulla superficie da lavorare, è dotato di un mandrino per l’utensile e di un display che fornisce la traccia da seguire per effettuare la lavorazione, come da progetto digitale. Questo strumento è in commercio dal 2016 ed è impiegato soprattutto nelle lavorazioni da falegnameria ma può trovare uti- lizzo anche nel settore della carpenteria lignea, lavorando ad esempio sulla sagoma dei giunti. È uno strumento non ancora diffuso nelle aziende o nelle botteghe professionali, ma nel campo della ricerca scientifica sta già riscuoten- do successo, come dimostra il recente convegno ROBARCH 2018 svoltosi a Zurigo, in cui uno dei workshop53 organizzati per i ricercatori è stato proprio dedicato all’impiego di questo strumento; i vantaggi di Shaper Origin stanno nella snellezza e nella facilità di manovra, poiché pesa solo 6 kg. Rispetto ai centri di lavoro può richiedere tempi di lavorazione più lunghi e il cambio utensile avviene manualmente; tuttavia Shaper Origin non necessita di uno spazio ampio come quello di una macchina CNC e può essere utilizzata su qualsiasi piano orizzontale. Shaper Origin può contribuire a semplificare al- cuni processi di lavorazione, soprattutto nel caso di lavorazioni puntuali o di piccole dimensioni, a differenza dei pannelli in legno che richiedono invece ampio spazio per la loro lavorazione.
Se il progetto d’architettura si esprimerà liberamente e risponderà puntual- mente a numerose esigenze attraverso singoli differenti interventi, il mercato dei pannelli non risolverà ogni sviluppo progettuale, sarà invece la differenzia- zione della gamma di prodotti sul mercato ad esprimere la flessibilità della ma- nifattura lignea. L’automazione, in questo caso, costituisce il mezzo per rendere effettiva ed efficace la flessibilità al questo settore produttivo.
15. Shaper Origin è il primo modello dell’a- zienda Shaper Tools di CNC portatile, guidata dall’operatore. Una volta inviato il modello di taglio alla macchina, questa ricostruisce sullo spazio georeferenziato il disegno, attraverso l’impiego di appositi indicatori, evitando quindi la realizzazione di dime o sagome per il taglio. L’operatore seguendo le indicazioni sul display, guida il mandrino lungo il tracciato.
XYleXpo e AciMAll
XYLexpo è la fiera biennale per la tecno- logia e le macchine per la lavorazione del legno, per falegnameria e per carpenteria. XYLexpo, nata nel 1968 a Milano, rappre- senta il più importante evento italiano del settore, a cui partecipano aziende e pro- fessionisti da tutto il mondo.
La fiera è organizzata, tramite CEPRA (Cen- tro Promozionale Acimall Spa), dall’Asso- ciazione Costruttori Italiani di Macchine e Accessori per la Lavorazione del Legno ACIMALL (Milano, 1966), che rappresenta oggi il principale interlocutore delle isti- tuzioni nazionali e internazionali con cui l’industria delle macchine della filiera del legno si confrontano, come ad esempio: Federmacchine Federazione che rappre- senta le associazioni italiane della mecca- nica strumentale per altri settori; Euma- bois la Federazione europea che raccoglie associazioni nazionali per la tecnologia per la filiera del legno; Confindustria; Uni, Ente nazionale italiano di unificazione; ITA, Italian Trade Agency; MISE, Ministero dello sviluppo economico. Afferiscono ad ACIMALL circa 160 aziende. L’Italia a livello internazionale si contrad- distingue per la produzione per la produ- zione di beni strumentali per le varie filie- re manifatturiere: tale settore coinvolge circa 4600 imprese e nel 2017 registra una crescita dell’8,2% rispetto al 2016. Come descritto dal Rapporto Federmacchine 2018, questa industria esporta il 69% della produzione. Nella produzione di beni stru- mentali, di utensili e accessori per le mac- chine, ACIMALL registra un incremento del 10,5% tra il 2016 e il 2017, in cui anche l’esportazione cresce del 6,7% (ACIMALL, 2018).
La produzione di macchine è rivolta a dif- ferenti ambiti del settore del legno, dalle macchine utensili per lavorazioni di mo- bili e arredo, a centri di taglio automatiz- zati per la carpenteria lignea, in particolar modo per la produzione di pannelli in le- gno ad uso costruttivo. È rilevante la cre- scita del mercato interno pari al 21,1%, che corrisponde a una maggiore meccanizza- zione del settore produttivo del legno. Le aziende infatti hanno potuto beneficiare di piani di finanziamento come il Piano Industria 4.0 per acquistare macchinari e software per la propria attività (tramite l’i- perammortamento). Questa crescita si re- gistra solamente a partire dal 2014, poiché gli anni precedenti avevano registrato un forte peggioramento, soprattutto nel 2008 in cui la produzione italiana di macchine e utensili per la lavorazione del legno calò circa del 40%: nel 2011 il livello di produ-
zione italiano era ancora il 20% in meno rispetto le previsioni. Sono stati gli anni peggiori, soprattutto per il mercato inter- no: allo stesso tempo il gap tra le aziende medio grandi e le aziende micro piccole cresceva, poiché le prime riuscivano a so- pravvivere e ad investire su macchinari per ottimizzare la produzione, mentre il fattu- rato delle seconde continuava a decresce- re, con conseguente chiusura o acquisto dell’attività da parte di realtà multinazio- nali del settore.
Nel mercato delle esportazioni, l’Italia si mantiene al secondo posto come produt- tore mondiale di macchine per la filiera del legno dopo la Germania, che nel 2017 esporta 2360 macchine (+ 15% rispetto al 2016). L’Italia e la Cina ne esportano ri- spettivamente 1497 (+ 6%) e 1371 (+ 3%),
a seguire Taiwan (617 macchine, pari a + 12%), Austria (470 macchine, parti a + 2%), USA (311 macchine, pari a -6%) (ACIMALL, 2018). La produzione italiana di macchine è rivolta soprattutto alla seconda trasfor- mazione del legno, soprattutto alla produ- zione di pannelli: spicca tra queste realtà il gruppo SCM di Rimini, specializzato nella produzione di macchinari per differen- ti comparti manifatturieri, tra cui anche quello del legno (SCM Wood): SCM alla fiera XYLexpo 2018 era tra i maggiori espo- sitori, insieme al gruppo BIESSE di Pesaro. Alla fiera sono stati presenti 425 esposi- tori, di cui 116 provenienti dall’estero: la fiera ha riunito operatori del settore, spe- cializzati nella produzione di macchine, di componenti, di utensili e di software per la gestione delle macchine e del processo 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 690 628 530 521 524 613 627 604 354 475 421 340 350 414 450 462 681 Fonte dati ACIMALL 2018 Fonte dati ACIMALL 2018 Tab. 2 IL COMPARTO ITALIANO DELLE TECNOLOGIE PER LA LAVORAZIONE DEL LEGNO Mercato interno in milioni di Euro Tab. 1 EXPORT MACCHINE PER LEGNO: I SEI PRINCIPALI PAESI ESPORTATORI A LIVELLO MONDIALE In milioni di Euro -40% Paese 2011 2013 2015 2017 Germania 1.969 1.709 1.899 2.362 Italia 1.198 1.111 1.328 1.450 cina 679 790 1.114 1.372 Taiwan 471 458 551 617 Austria 350 356 449 470 Stati Uniti 267 284 337 311
produttivo, strumento utile a un’azienda per monitorare lo stato di usura delle mac- chine, i livelli di produttività e il dispendio di energia. La tipologia di macchinari esposti riguar- dava soprattutto macchine utensili, per la meccanizzazione di lavorazioni da falegna- meria, e centri di taglio per la produzione di carpenteria lignea, in particolar modo per pannelli. Come confermato da alcuni rappresentanti, la tendenza delle aziende del settore è puntare sulla produzione di macchine e centri di taglio per la produ- zione di pannelli, sistema costruttivo che in Italia continua a crescere, come confer- mato anche da FederlegnoArredo (Rap- porto FederlegnoArredo, 2018). I centri di taglio a controllo numerico rappresentano infatti oggi il comparto su cui viene inve-
stito maggiormente da parte delle grandi aziende produttrici di macchinari. Le in- novazioni in questo comparto riguardano soprattutto:
- la dimensione e la mobilità del nastro: gli oggetti vengono fissati su un nastro che esegue movimenti in collaborazione con il mandrino; a questo viene aggiunta anche la modalità di fissaggio dell’elemento, che consente di eseguire lavorazione su tutte le superfici, poiché l’elemento non è più appoggiato al piano, ma pinzato;
- l’impiego di mandrini multitesta, su cui sono installati differenti tipologie di uten- sile, riducendo i tempi di cambio utensile e ottimizzando l’impiego di energia. La combinazione degli assi di rotazione del mandrino e di quelli del nastro, accresco- no i gradi di libertà complessivi del centro
di taglio CNC e lo avvicinano sempre più alle prestazioni di un braccio robotico. Il braccio robotico, attraverso la combi- nazione dei movimenti definiti dai giunti della sua struttura, può infatti raggiungere un numero elevato di gradi di libertà (per la robotica vengono definiti DOF Degrees Of Freedom). Nella filiera del legno, i brac- ci robotici trovano ampio impiego soprat- tutto per i processi di verniciatura e per lo spostamento di elementi: nell’industria del legno i bracci robotici non trovano an- cora impiego come strumenti per l’aspor- tazione di materiale, nota come manifattu- ra sottrattiva. 16. XYLexpo 8-12 maggio 2018, Milano. Le tre immagini sotto riprendono alcune fasi di lavorazione di un centro di taglio con mandrino multitesta: nell’immagine centrale viene eseguito il cambio utensile. A destra un braccio robotico per la movimentazione di elementii e un centro di taglio per la lavorazione di elemen- ti in legno.