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Kenichi Sato In azienda dal 2012 Sezione Coating Development,  Reparto sviluppo dei materiali, Stabilimento di Tsukuba / Masakuni Takahashi In azienda dal 1994 Direttore Generale,  Reparto sviluppo dei materiali,  Stabilimento di Tsukuba / Takuya Ishigaki In azienda dal 2008 Manager, Sezione Coating Development, Reparto sviluppo dei materiali, Stabilimento di Tsukuba

Soprattutto nel settore dei componenti per automobili, viene richiesto dai produttori un materiale sempre più duro. Di conseguenza, gli utensili da taglio devono presentare una maggiore resistenza all'usura. Tuttavia, l'aumento della resistenza all'usura porta ad una maggiore frequenza nella scheggiatura degli utensili, che a sua volta si traduce in difetti nei prodotti, rendendo impossibile garantire la stabilità della produzione. Per rispondere alle richieste dei clienti e risolvere questo problema, si è rivelato essenziale uno sviluppo basato sulla collaborazione. Sulla base dei risultati ottenuti presso il Central Research Institute, lo stabilimento di Tsukuba ha lavorato allo sviluppo di utensili in stretta collaborazione con il Plant Engineering Group. In questo modo è stato possibile trovare una soluzione che ha migliorato significativamente la resistenza all'usura e la stabilità del raggio dell'utensile.

Tutto inizia dalle richieste dei clienti

– Prima di tutto, potete raccontarci che cosa c'è stato dietro lo sviluppo del nuovo prodotto?

Takahashi:　　 La logica alla base dello sviluppo di nuovi prodotti può essere classificata in due categorie principali. Una è la richiesta dei clienti, l'altra è la necessità di sviluppare nuove tecnologie. Lo sviluppo della serie MC6100 è cominciato da una richiesta di un cliente estero, ma questa richiesta si avvicinava come concetto a quello di una nuova tecnologia già in fase di sviluppo. 

Sato:　　La richiesta del cliente, un produttore di parti di ricambio per auto, era quella di una maggiore durata dell'utensile. Inoltre, il cliente desiderava aumentare l'efficienza della lavorazione, e ciò richiedeva un miglioramento nelle prestazioni dell'utensile. In questo caso c'è stato un enorme vantaggio, vale a dire la totale collaborazione con il cliente durante lo sviluppo. Il lavoro sullo sviluppo di nuovi prodotti viene solitamente svolto esclusivamente a livello interno, quindi si è trattato di un caso insolito.

– Nonostante le richieste dei clienti, non è facile proporre dei miglioramenti senza una tecnologia in grado di ottenerli, non è vero? 

Ishigaki:　　Esattamente. Per rispondere alla richiesta di una maggiore durata dell'utensile, era necessario un aumento della resistenza all'usura. Mitsubishi Materials produce anche prodotti rivestiti con tecnologia CVD. CVD è l'acronimo di Chemical Vapor Deposition (Deposizione chimica da vapore), e si tratta di un metodo per formare un sottile film attraverso numerose sostanze. La nostra tecnologia di rivestimento in CVD è eccellente e il rivestimento con film sottile CVD presenta un'eccezionale resistenza all'usura; tuttavia, deve essere controllato con precisione per evitare lo sfaldamento. Fortunatamente, stavamo lavorando allo sviluppo di una tecnologia per prevenire lo sfaldamento così da massimizzare la resistenza all'usura. 

Sato:　　I materiali che possono essere usati per i rivestimenti duri sono limitati. Trovare metodi per ottenere sia la resistenza all'usura che la stabilità dell'estremità dell'utensile con diverse combinazioni e in condizioni differenti è un'eterna ricerca. Abbiamo sviluppato varie tecnologie per aumentare la resistenza all'usura, e una di queste è la tecnologia Super Nano Texture.

Super tecnologia per aumentare la resistenza all'usura

– Perché è stato aggiunto "Super" alla tecnologia Nano Texture già esistente?

Ishigaki:　　La tecnologia Nano Texture è una delle aree di ricerca di cui si occupa il Central Research Institute. Abbiamo sviluppato una tecnologia per aumentare la resistenza all'usura unificando la direzione della crescita dei cristalli e ne abbiamo acquisito i brevetti sin dal 2000. Poiché per questo caso abbiamo apportato significativi miglioramenti a tali tecnologie, abbiamo deciso di aggiungere "Super". Per quanto riguarda il miglioramento tecnologico, nella tecnologia di partenza la dimensione e la direzione di crescita dei grani di cristallo di Al2O3 presentavano irregolarità. Quindi, abbiamo cercato di migliorare l'uniformità della dimensione dei grani. Questa è la tecnologia Nano Texture. Inoltre, abbiamo migliorato l'uniformità della direzione di crescita dei cristalli. Questa è la tecnologia denominata Super Nano Texture. Garantire una maggiore precisione e uniformità nella crescita dei cristalli migliora notevolmente la resistenza all'usura. 

Takahashi:　　Sono certo che al momento Mitsubishi Materials disponga della migliore tecnologia possibile per ottimizzare la crescita dei cristalli. Il motivo per cui siamo stati in grado di raggiungere un tale elevato sviluppo tecnologico è che noi, come gruppo di sviluppo, abbiamo collaborato costantemente con il Central Research Institute per accumulare know-how. La tecnologia base della tecnologia Super Nano Texture è stata sviluppata dal Central Research Institute.  

– Tuttavia, non sempre lo sviluppo di nuove tecnologie si traduce immediatamente nella commercializzazione, non è così?

Sato:　　Sì, è corretto. I clienti desiderano che noi si utilizzi la nostra tecnologia base per sviluppare utensili da taglio in grado di offrire prestazioni eccezionali per le loro condizioni di lavorazione. In altre parole, i clienti vogliono che il gruppo di sviluppo trovi nuove tecnologie e strumenti per fornire loro una stabilità ed una qualità superiore. La capacità di commercializzare tale tecnologia è necessaria per questo ulteriore passo. 

Da micro a macro - I problemi causati dalla differenza di scala

– Mi chiedo se sia difficile applicare la tecnologia sviluppata presso il Central Research Institute alla produzione di massa

Takahashi:　　È per questo che esiste il Central Research Institute. Anche se siamo certi che la tecnologia sviluppata in laboratorio avrà successo, abbiamo bisogno della tecnologia di produzione per avviare una produzione di massa. Lo sviluppo di questo tipo di tecnologia di produzione è il nostro compito. 

Sato:　　Fino a tre anni fa, lavoravo presso il Central Research Institute sullo sviluppo di tecnologie di base per i rivestimenti in CVD, dove ho appreso i fondamenti del controllo della direzione di crescita dei cristalli. Dopo di che, sono stato trasferito allo stabilimento di Tsukuba, 
dove ho iniziato a lavorare sulla serie MC6100. Tuttavia, le condizioni preliminari per gli esperimenti su scala micro eseguiti in laboratorio e quelle per la produzione di massa su scala macro sono molto diverse. Fortunatamente, quello che ho imparato sulla tecnologia di base presso il Central Research Institute mi è stato molto utile nella comprensione dei fenomeni che ho osservato durante i test per la produzione di massa. 

– Dato che lo sviluppo della serie MC6100 si basava su una richiesta del cliente, avete sentito la pressione di agire in maniera rapida?

Ishigaki:　　Esattamente. Ma questa pressione non voleva dire che potevamo prendere scorciatoie. Abbiamo seguito un processo costante e ben ponderato costituito da ripetuti tentativi ed errori, identificato i problemi tramite test e apportato le opportune modifiche fino 
a quando non siamo stati certi di poter soddisfare, ma anche superare, le aspettative del cliente. Inoltre, è importante che il ciclo PDCA venga applicato in modo efficiente e rapido. Questo perché la scala di produzione tra i test di laboratorio e la produzione di massa è diversa: nella fase di produzione osserviamo fenomeni che differiscono da quelli visti in laboratorio. 
E per creare un sistema di produzione di massa che fosse efficiente, avevamo bisogno di una stretta collaborazione da parte del personale che si occupa del rivestimento durante le fasi di tecnologia di produzione e quella di effettiva produzione per fare progressi nello sviluppo. Più personale specializzato viene coinvolto in un progetto, maggiore è la necessità di procedere rapidamente. 

Takahashi:　　 Nell'attuazione del ciclo PDCA è importante seguire le regole e i principi. Se seguiamo le regole e i principi, è più facile per noi identificare i parametri in cui si verificano 
i problemi.  

–  I parametri possono influenzare le variazioni nei test di laboratorio.

Sato:　　La distribuzione di alcuni parametri può cambiare a causa di variazioni di scala. In questi casi, è anche necessario ritornare ai principi fondamentali, stabilire un'ipotesi e poi testarla attraverso esperimenti. Comunichiamo a stretto contatto con il personale responsabile della tecnologia di produzione a proposito del processo, così da garantire che tutti si muovano nella stessa direzione nel momento in cui si stabilisce un'ipotesi basata sui cambiamenti dei parametri utilizzando i dati calcolati forniti dal Central Research Institute. 

Overcoming difficulties through exceptional approaches and close cooperation with customers

– Qual è stata la sfida più grande che avete incontrato nello sviluppo della serie MC6100?

Ishigaki:　　Poiché tutto è cominciato da una richiesta del cliente, abbiamo lavorato con quel cliente fin dalla fase iniziale. Abbiamo parlato 
a lungo, per capire esattamente che cosa desiderasse realmente. In seguito, abbiamo esaminato i prototipi realizzati utilizzando attrezzature di lavorazione sulla linea di produzione reale presso l'officina del cliente. Non eravamo abituati a rispondere alle esigenze specifiche dei clienti, e questo ha rappresentato un cambiamento complesso nel nostro approccio.

Sato:　　Durante i test sulla linea di produzione del cliente, il nostro personale ha visitato il sito. Stando fisicamente vicino al macchinario nel corso dei test,  il nostro personale ha ascoltato attentamente le opinioni dell'operatore. Inoltre, il personale e i gli addetti alle vendite di Mitsubishi Materials hanno parlato con gli ingegneri del cliente per capire come orientarsi nell'effettuare le migliorie. Ripetendo questi processi, abbiamo continuato ad incrementare la resistenza all'usura. Proprio quando abbiamo raggiunto un livello che si avvicinava molto al nostro obiettivo, tuttavia, abbiamo riscontrato un problema finale piuttosto difficile da risolvere.

– Quale problema avete riscontrato?

Takahashi:　　 In determinate condizioni, la macchina di prova presso il cliente causava danni specifici. Risolto questo problema, avremmo raggiunto l'obiettivo. Tuttavia, nonostante i nostri sforzi, le prove svolte mediante le nostre attrezzature non sono riuscite a replicare il danno osservato sulla linea del cliente. 

Sato:　　Approfondendo le analisi teoriche sulle cause del problema, ci è venuta un'idea. Abbiamo pensato che il danno poteva verificarsi durante una fase iniziale della lavorazione. Se fossimo riusciti a identificare la causa in tale fase, avremmo potuto affrontare il problema. Tuttavia, per testare la nostra ipotesi, dovevamo utilizzare i macchinari di lavorazione del cliente e arrestarli nel pieno della produzione per le verifiche. Per il cliente, era fuori questione interrompere la lavorazione a metà del processo. Abbiamo spiegato in che modo l'interruzione del processo ci avrebbe consentito di comprendere meglio il problema e in che modo ci avrebbe avvicinato 
a una soluzione. 

– E come siete stati in grado di risolvere il problema?

Ishigaki:　　I risultati dell'esperimento hanno confermato la nostra ipotesi. Poiché il danno si è verificato in una fase iniziale della lavorazione, abbiamo potuto identificare una soluzione per ridurlo. Abbiamo testato un prototipo migliorato e abbiamo avuto successo. Questo successo, insieme alla necessaria resistenza all'usura che avevamo già raggiunto, ha reso molto felice il cliente. 

L'aggiunta di due nuove tecnologie ha aumentato la stabilità

– Oltre alla Super Nano Texture Technology, so che sono state applicate altre nuove tecnologie alla serie MC6100.

Sato:　　Sì, una di queste è stata la riduzione delle fratture improvvise, che è stata risolta avvalendosi della consulenza di un cliente. Il rivestimento CVD si forma ad alta temperatura e durante il raffreddamento si verifica una sollecitazione di trazione nello strato dello stesso. La lavorazione con un tagliente dell'utensile instabile durante tale fase genera un'usura da impatto non uniforme e le rotture tendono 
a diventare più grandi perché la sollecitazione di trazione non è in grado di ridurne l'espansione. È così che si verificano le fratture. La sfida 
è mitigare lo stress da trazione per risolvere il problema. 

Takahashi:　　Il modo in cui lo abbiamo fatto è un segreto, ma la soluzione è arrivata attraverso un processo deliberato di ripetuti tentativi ed errori. Abbiamo applicato anche il ciclo PDCA. 

– Qual è l'altra tecnologia, Super TOUGH-Grip?

Ishigaki:　　Mitsubishi Materials aveva già sviluppato la tecnologia TOUGH-Grip, che unisce saldamente due diversi strati di rivestimento. Nello specifico, è impiegata per unire lo strato di Al2O3  (ossido di alluminio) e quello di TiCN (nitruro di carbonio di titanio), che costituisce la base dello strato di Al2O3. L'aver reso i grani di cristallo più fini ha aumentato la superficie adesiva degli strati di Al2O3 e TiCN e ha migliorato la forza adesiva tra gli strati di rivestimento. In altre parole, questa nuova tecnologia ha ridotto in modo più efficace la delaminazione degli strati di rivestimento rispetto alla tecnologia esistente. Il test di resistenza alla delaminazione per il Super TOUGH-Grip ha mostrato che la forza adesiva 
è aumentata di 1,6 volte. 

Sato:　　Per legare Al2O3 e TiCN, che hanno strutture cristalline diverse, dovevamo prima imparare quanto più possibile sulle caratteristiche di base di ciascuna struttura. Acquisita tale conoscenza, avremmo potuto lavorare per aumentare la forza di adesione. Durante i vari processi di sviluppo, la collaborazione dei colleghi del Reparto Impiantistica ci ha permesso di condurre ripetute sperimentazioni utilizzando il forno di rivestimento vero e proprio. 

Takahashi:　　Il nostro team di sviluppo e il Reparto Impiantistica hanno seguito ogni fase del processo in stretta collaborazione. L'intero staff dello stabilimento di Tsukuba si è scambiato frequentemente opinioni con l'obiettivo di mantenere una chiara focalizzazione sull'obiettivo. Uno dei nostri maggiori punti di forza è questa enfasi sulla collaborazione. 

Resistenza all'usura e difetti sono temi eterni

– Il risultato di queste nuove tecnologie è la serie MC6100, non è così?

Ishigaki:　　L'MC6115 è pensata per il taglio ad alta velocità. L'applicazione di una spessa pellicola di Al2O3 realizzata con la tecnologia Super Nano Texture consente di ottenere un'eccellente resistenza all'usura durante la lavorazione quando la temperatura del tagliente dell'utensile tende a diventare elevata, in modo simile alle condizioni che si riscontrano durante il taglio ad alta velocità e la lavorazione ad alta efficienza. Per quanto riguarda MC6125, aggiungendo le sostanze a base di Ti o lo strato di laminazione Al2O3 allo strato Super Nano Texture Technology Al2O3, abbiamo raggiunto un livello di prestazioni di lavorazione in grado di rispondere a una gamma più ampia di applicazioni.

– Come hanno reagito i clienti?

Sato:　　Ciò che ha maggiormente soddisfatto i clienti è stata l'estensione della durata dell'utensile. Ciò può migliorare le velocità di lavorazione, e i clienti ci dicono in effetti che anche la produttività è migliorata. Siamo estremamente felici perché tali risultati costituivano l'obiettivo dello sviluppo. Un'altra cosa che abbiamo fatto è stato usare l'oro per la colorazione esterna. Durante lo sviluppo, il cliente desiderava un colore distintivo per il tagliente dell'utensile, a indicare lo stato di "usura" o "non usura". Quando consegniamo la serie MC6100 ai clienti, la maggior parte di essi sembra essere colpita dal colore. Anche questo fattore sembra aiutare nelle trattative. È una piccola cosa, ma siamo contenti di averlo scelto.

– E il costo delle nuove tecnologie, incluso il rivestimento in oro?

Ishigaki:　　I prezzi sono rimasti praticamente allo stesso livello degli utensili precedenti. Il costo è stato un problema prioritario nella fase di produzione di massa, quindi abbiamo controllato vari aspetti delle linee di produzione, incluso il flusso di ciascun articolo attraverso una collaborazione a livello di intero impianto.  I costi sono determinati dal tempo di produzione. Tuttavia, poiché le vendite presso i clienti sono andate particolarmente bene, la produzione secondo le specifiche iniziali è stata regolare senza necessità di modifiche. 

–  In quale direzione pensate di muovervi ora?

Takahashi:　　Migliorare la resistenza all'usura e ai difetti sono temi eterni per gli utensili da taglio, quindi continueremo a lavorare su queste aree. Dobbiamo anche considerare i cambiamenti che riguardano i motori delle automobili. Dobbiamo osservare come cambiano le esigenze dei clienti man mano che la produzione automobilistica passa interamente ai veicoli elettrici. Tali cambiamenti influenzano direttamente la direzione dello sviluppo tecnologico. Considerando anche le esigenze in termini di qualità e velocità di lavorazione, continueremo a impegnarci per soddisfare le aspettative dei clienti.