Ralph DTE

Bringing art into engineering

La conquista dello spazio: costi in prospettiva

Scritto da Raffaele Berardi il 19 marzo 2017

Rubrica: Cenni di Ingegneria Aerospaziale – Curiosità

Titolo o argomento: La conquista dello spazio, un impegno economico sempre più sostenibile

Il 10 Giugno 2003 ed il 7 Luglio dello stesso anno, la NASA inviò una coppia di Rovers gemelli, rispettivamente lo Spirit MER-A (ovvero Mars Exploration Rover A) e l’Opportunity MER-B (soprannominato Oppy). La missione costò circa 420 milioni di dollari. La missione di Curiosity MSL (Mars Science Laboratory), iniziata il 26 Novembre 2011, costò addirittura 2,5 miliardi di dollari.

Si tratta senza dubbio di costi molto elevati se confrontati alle spese cui siamo abituati nella nostra vita ma l’ottica da cui vanno osservati è in realtà ben diversa.

Un solo giorno di guerra in IRAQ è costato ben 720 milioni di dollari.

Il budget annuale della NASA ammonta a circa 18 miliardi di dollari (che corrispondono allo 0,5% dei fondi federali).

Il governo brasiliano ha sostenuto costi per oltre 10 miliardi di euro per ospitare i mondiali di calcio.

La Russia ha speso la bellezza di 40 miliardi di euro per allestire le Olimpiadi di Sochi.

A confronto 2,5 miliardi di dollari (all’epoca equivalenti a circa 2 miliardi di euro), investiti per “anni” di ricerca grazie alla missione Curiosity, sono spiccioli.

Fonte:
Paolo Bellutta, Stefano Dalla Casa, Autisti Marziani, Zanichelli Editore

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In preparazione…

Image’s copyright: jpl.nasa.gov

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Hacking della trasmissione di potenza di un drone consumer

Scritto da Raffaele Berardi il 6 marzo 2017

Rubrica: Hackerare l’hardware dei droni

Titolo o argomento: Modificare la trasmissione di un semplice drone di tipo consumer

I droni di tipo consumer offrono vantaggi non indifferenti quando si desidera approcciare il volo per la prima volta; essi permettono di sostenere costi tutto sommato contenuti, di imparare le tecniche di pilotaggio senza timore di fare danni consistenti e costosi, si riparano facilmente (con spese minime), si modificano facilmente e danno modo di capire se ciò a cui ci si sta avvicinando assomiglia più ad un temporale estivo o ad una passione da coltivare o, perché no, ad una interessante utilità per il lavoro (magari passando gradualmente ad un hardware più sofisticato o, come nel nostro caso, a costruire in autonomia i droni più idonei alle proprie esigenze con affascinanti personalizzazioni che vedremo nei prossimi articoli).

Tuttavia i droni a basso costo presentano un’ovvio svantaggio: la bassa qualità, in special modo dei materiali e dell’assemblaggio. In molti casi, però, esistono semplici metodi per risolvere la maggior parte dei problemi comuni.

Uno di questi è rappresentato dallo slittamento degli ingranaggi della trasmissione. Nei droni economici tali ingranaggi sono montati per interferenza sull’albero di ogni motore elettrico. Questo significa che, per contenere i costi, gli alberi dei motori elettrici non sono dotati di scanalature/calettamenti utili ad assicurare l’accoppiamento albero – pignone (nel caso la trasmissione sia dotata di un riduttore) o direttamente l’elica sull’albero (nel caso la trasmissione sia diretta).

Con le forti accelerazioni, le vibrazioni e l’uso continuativo, accade facilmente che gli ingranaggi si scaldino riducendo l’interferenza iniziale dell’accoppiamento albero – ingranaggio. Di conseguenza l’ingranaggio non riesce a trasmettere il moto dell’albero al resto della trasmissione, andando così in folle. L’elica riduce drasticamente il numero di giri ed il drone perde stabilità (specie nel caso dei semplici quadricotteri). Il giroscopio rileva uno sbilanciamento nell’assetto di volo ma i restanti motori non riescono a bilanciare l’azione se il pignone si è dilatato oltre un certo limite o se, una precedente scaldata, lo ha sfilato non rendendolo più in presa con la corona.

In questo caso ci si deve fermare spesso per aspettare che le temperature si abbassino e, sovente, è necessario smontare parte della scocca per rimettere l’ingranaggio in posizione. Un buon rimedio al problema è rappresentato dall’utilizzo di una goccia di frenafiletti (vedi ad esempio la Loctite 270) da far colare, magari con l’ausilio di un ago, dentro il foro del piccolo pignone prima che questo venga reinserito sull’albero di trasmissione del motore elettrico. Il frenafiletti, a differenza delle normali colle, offre una particolare resistenza alle vibrazioni, resiste fino a temperature di circa 180°C (ben oltre quelle in gioco sulla trasmissione di un drone) e si asciuga in circa 10 minuti. Un importante accorgimento consiste nel tenere il motore con l’albero orientato verso il basso quando si va a montare il pignone per evitare che il frenafiletti possa colare all’interno del motore stesso e “bloccarlo”. Pochi minuti di pazienza, una verifica di rotazione fluida dell’albero ed è possibile rimontare tutto, questa volta in maniera solidale e affidabile nel tempo, con un costo esiguo.

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In preparazione…

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Batterie dei servizi per Camper, Roulottes, Imbarcazioni, Mezzi speciali, Veicoli industriali – Berardi Store

Scritto da Raffaele Berardi il 6 marzo 2017

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(per autoveicoli, bus, veicoli su rotaia, elicotteri)
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Settore energie rinnovabili
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Settore Robotica, Meccatronica, Automazione
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Ciliegina, uno scolapiatti ingegneristico. Dal tronco al book. Fase 11: Book

Scritto da Raffaele Berardi il 23 febbraio 2017

Rubrica: Living Design

Titolo o argomento: Uno scolapiatti ricavato dal pieno

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Fase 11: Book (Progettazione e costruzione del)

Stampare 16 pagine pare sia più difficile che stamparne qualche milione… e questo sostanzialmente è vero soprattutto se si realizza sempre e solo lo stesso tipo di prodotto con i metodi classici ed ormai si è vincolati verso un unico tipo di clientela. Quando poi quel tipo di clientela (ahimé) comincia a scarseggiare ecco che, se non si è allargata l’offerta, possono iniziare delle “complicazioni”.

Stampa e affini

Stampare un piccolo lotto di brochures o, addirittura, stampare un solo pezzo, diventa invece possibile quando si fa un uso “proprio” della stampa digitale. Occorre quindi un software di publishing per l’impaginazione (la Apple ad esempio fornisce gratuitamente iWork che non è affatto male), carta più consistente di quella comune (ad esempio una 250-300 grammi su metro quadro), rullo e tamburo in ordine se si stampa al laser, rispetto dei tempi di asciugatura prima di fare il fronte/retro se si stampa a getto d’inchiostro, inquadrare i significati di tecnicismi quali “misura al vivo” e “abbondanza”, tanta pazienza per squadrare le pagine alla stessa misura, ancora un po’ di pazienza per effettuare un procedimento denominato “cordonatura” che renda più facilmente piegabili e quindi sfogliabili le pagine, stesso dicasi per eventuali plastificazioni atte a conferire alla carta un effetto lucido o opaco o vellutato, qualche accorgimento in dirittura d’arrivo per l’esecuzione di una doppia “foratura” con interasse standard internazionale da 80 millimetri e fori da 5 millimetri e, in fase finale, per “l’assemblaggio”, ad esempio mediante viti, del piccolo agognato libretto.

Insospettabilmente fattibile

Detto così, se vi è rimasto il fiato dopo il mio obbrobrioso precedente paragrafo senza punti, può sembrare impossibile, molto laborioso e costoso, in realtà è possibile, molto laborioso ed economico. La maggior parte di queste operazioni si possono effettuare in casa disponendo di un’ottima stampante (il cui prezzo, nei modelli top di gamma, può essere pari a circa il doppio del preventivo di stampa di 3 brochures ma la cui resa può arrivare fino a qualche centinaio di brochures solo con le cartucce in dotazione), una taglierina, una piccola colonna per trapano, dei piani di riscontro, delle guide, delle righe d’alluminio e dei cunei.

Io quasi quasi l’avvito…

“Avvitare” le pagine di una brochure era qualcosa che volevo fare da molto tempo… sembra improprio, sembra una follia, invece, almeno per quella che è la mia stravaganza, l’ho trovato affascinante, oltre che semplificativo e abbordabile. Certo è che con questo metodo i costi calano tantissimo fintantoché ci si tiene nei limiti di pochi pezzi (ideale quindi per i concepts), quando i numeri di stampe salgono vertiginosamente, invece, non c’è dubbio, è sicuramente più logico ritornare ai sistemi classici da tipografia.

Inedite conclusioni…

Diciamo pure che quella nostra è stata una curiosa alternativa per rendere possibile e affascinante qualcosa che quando era ancora allo stato di idea, risultava assai complicato. A volte però ci facciamo più problemi di quanti ce ne siano in realtà. E quando ci mettiamo sotto, e osserviamo la soluzione che alla fine abbiamo trovato, ci accorgiamo che si trattava solo di un pensiero al quale non eravamo abituati. Uno splendido pensiero.

A cura di (in ordine alfabetico):
Per. Ind. Berardi Raffaele: Tecnologia Meccanica, Styling (CAD 3D, rendering), Studio di Fattibilità, Materiali, Manufacturing, BoM Targets
Ing. Giaccaglia Cecilia: Autrice del progetto, Styling (sketches), Product Profile
Per. Ind. Zoppi Alessio: Styling (CAD 3D, rendering), Problem Solving e Ottimizzazione, Manufacturing, BoM Targets, Benchmarking

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Ciliegina, uno scolapiatti ingegneristico. Dal tronco al book. Fase 1: Sezioni di tronco dalla segheria
Ciliegina, uno scolapiatti ingegneristico. Dal tronco al book. Fase 2: Troncatura
Ciliegina, uno scolapiatti ingegneristico. Dal tronco al book. Fase 3: Piallatura e Rifilatura
Ciliegina, uno scolapiatti ingegneristico. Dal tronco al book. Fase 4: Fresatura
Ciliegina, uno scolapiatti ingegneristico. Dal tronco al book. Fase 5: Taglio
Ciliegina, uno scolapiatti ingegneristico. Dal tronco al book. Fase 6: Finitura
Ciliegina, uno scolapiatti ingegneristico. Dal tronco al book. Fase 7: Accessori funzionali – Articolo in modalità PRO
Ciliegina, uno scolapiatti ingegneristico. Dal tronco al book. Fase 8: Sistema di giunzione – Articolo in modalità PRO
Ciliegina, uno scolapiatti ingegneristico. Dal tronco al book. Fase 9: Sistema di scolo – Articolo in modalità PRO
Ciliegina, uno scolapiatti ingegneristico. Dal tronco al book. Fase 10: Packaging
Ciliegina, uno scolapiatti ingegneristico. Dal tronco al book. Fase 11: Book

Book Scolapiatti Ciliegina Book Scolapiatti Ciliegina - Assemblaggio mediante viti Book Scolapiatti Ciliegina Viti assemblaggio Book Scolapiatti Ciliegina Viti assemblaggio Book Scolapiatti Ciliegina Confezione scolapiatti Ciliegina contenente il prototipo ed il book fotografico Confezione scolapiatti Ciliegina Assieme prototipo scolapiatti, book e packaging Ciliegina

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Stampa 3D: Stereolitografia SLA – Parte 4: Esempi ed applicazioni

Scritto da Raffaele Berardi il 22 febbraio 2017

Rubrica: Prototipazione rapida

Titolo o argomento: Stampa 3D di tipo Liquid-Based

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Applicazioni

La stampa 3d stereolitografica trova largo impiego nella realizzazione di anteprime di prodotti; nella realizzazione di modelli destinati a test di design, nonché analisi e verifica della funzionalità; per prototipi di strumenti e utensili; per la produzione di piccoli volumi di strumenti direttamente utilizzabili (Rapid Tooling) come ad esempio dime, maschere, fissaggi, sostegni, centraggi, chiavi speciali; modelli per fusione a cera persa, colata in sabbia e stampaggio.

Derby, il cane con le protesi stampate mediante stereolitografia

Grazie alla stampa 3d stereolitografica è possibile costruire persino protesi direttamente utilizzabili. Nei corridoi della tecnologia ha avuto un notevole rilievo la tenera storia che ha visto Derby, uno splendido Husky, dapprima impossibilitato nell’uso delle zampe anteriori e poi fortunatamente riabilitato grazie all’impiego di protesi studiate su misura per i suoi arti.

L’implementazione è cominciata con una accurata scansione 3d degli arti anteriori di Derby, questo ha permesso di studiare l’anatomia esatta delle sue zampe e disegnare al CAD una varietà di soluzioni che è stato possibile testare rapidamente, e con costi contenuti, grazie alla stampa 3d di ogni modello mediante stereolitografia.

Una volta ottenuto il modello che permetteva un appoggio corretto e indolore degli arti, si è provveduto ad ottimizzarne le restanti geometrie per garantire una corretta presa a terra, l’assenza di interferenze tra le due protesi durante i movimenti tipici del cane in fase di “passeggiatina, zompetti e corsa”, nonché la sicurezza di movimenti morbidi, intuitivi che non provocassero particolari difficoltà passando da superfici solide a terreni argillosi. Prima dell’incontro tra Derby e Tara Anderson, esperta di stampa 3d presso la 3D Systems, Derby poteva muoversi solo su superfici morbide e per tempi ridotti… ora corre fino a 4 chilometri al giorno : )

Prospettive Bioingegneristiche

Questo tipo di tecnologia si sta espandendo notevolmente anche nel settore delle protesi ortopediche per l’uomo e nel settore della tecnologia odontotecnica ove ad esempio si inizano a stampare in 3d maschere di foratura per l’implantologia di denti finti (quelli con innesto mediante vite in titanio, per intenderci) nelle relative ossa, mascellare e mandibolare. Interessante anche la prototipazione di organi e tessuti verso cui sta volgendo la ricerca scientifica e di cui parleremo meglio più avanti.

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Ciliegina, uno scolapiatti ingegneristico. Dal tronco al book. Fase 10: Packaging

Scritto da Raffaele Berardi il 21 febbraio 2017

Rubrica: Living Design

Titolo o argomento: Uno scolapiatti ricavato dal pieno

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Fase 10: Packaging (Progettazione e costruzione del)

Se le lavorazioni meccaniche comportano particolari accorgimenti, concentrazione e un minimo di confidenza con l’uso delle macchine utensili (scelta della lavorazione più idonea per ottenere una precisa forma, selezione del tipo di utensile ed il suo materiale, scelta del numero di giri, scelta dell’avanzamento e manualità nell’utilizzo e nelle norme comportamentali e di sicurezza), la realizzazione di una confezione (packaging) e di un libricino (una sorta di brochure con book fotografico) che accompagnino il prototipo è stata, inizialmente, a dir poco complicata.

Pezzo unico? Bello, però non è facile…

Non è stato possibile trovare una ditta attrezzata anche per la realizzazione di un solo pezzo, ovvero di una sola scatola e di un solo libricino. Eppure siamo nell’era della prototipazione rapida (persino domestica), del Rapid Tooling, della condivisione delle tecniche più variegate che permettono di concretizzare anche solo un “concept” per poterne apprezzare con largo anticipo, quindi prima della produzione, ogni aspetto, ogni sensazione suscitata. Tanto per rendere l’idea delle inaspettate difficoltà, alcuni preventivi sono risultati addirittura di importo pari alla metà dei costi di acquisto del sistema di stampa necessario per ottenere il nostro packaging o il nostro book.

Do It Yourself

Come al solito la soluzione per noi migliore è stata: far da sé. Mediante software di grafica vettoriale è stata disegnata la scatola comprensiva di tutte le righe di piegatura, nonché le relative gole atte ad ospitare le alette necessarie al suo fissaggio una volta montata. Una sorta di cartamodello, quindi, le cui quote valutative sono state colte semplicemente da scatole già esistenti.

Il cartone

Ci siamo poi procurati un normalissimo cartone bianco con superficie “stampabile” e ci siamo recati presso un’azienda che si occupa di effettuare stampe su vinile per le insegne dei negozi. Il foglio di cartone è stato semplicemente posizionato sul piano di lavoro di una stampante concepita al contrario di quelle casalinghe; il foglio rimane fermo e la “testina” di stampa si muove su di esso.

La stampa

L’operazione è durata una mezz’oretta e tutte le complicazioni propinateci da aziende che ci prospettavano il costo di acquisto di una piccola utilitaria di seconda mano per costruire sole 3 scatole, sono svanite in un attimo (per la gioia dell’ingegno e soprattutto per non abbandonare un’idea così affascinante alla prima difficoltà).

Un ripieno espanso

La scatola è stata arricchita con un corpo interno in polistirene espanso che abbiamo portato a misura e scavato al suo interno con le nostre macchine utensili (lavorazioni di taglio e fresatura), la parte superficiale del corpo è stata rifinita con polietilene espanso in grado di conferire un aspetto più curato e meno grossolano. Il compito che abbiamo attribuito al polistirene è quello di dare una “struttura” alla scatola (struttura che si può ottenere più robusta anche solo scegliendo cartoni più spessi ma dovendo poi calibrare un mix di: tipologia di cartone, dimensionamento delle piegature, forma adeguata dell’involucro e soluzione di coperchio scelta, ad esempio separato o integrato). E’ inoltre evidente che il prototipo dello scolapiatti, inserito nel corpo in polistirene, risulta abbondantemente protetto dagli urti.

Sviluppi futuri

Per le prossime versioni abbiamo già trovato, visitando un’azienda in Inghilterra, materiali più eleganti, più gradevoli alla vista e piacevoli al tatto, ideali per la realizzazione dell’interno di una scatola che non abbia nulla da temere se confrontata con quella dei marchi più blasonati. Naturalmente i costi salgono proporzionalmente ma la resa, che vi mostreremo prossimamente, è spettacolare.

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Packaging - Cartamodello Packaging - Ciliegina Packaging - Ciliegina Packaging - Riempimento interno in polistirene espanso Packaging - Taglio polistirene espanso Packaging Scolapiatti Ciliegina - Imbottitura e rivestimento superficiale Packaging Scolapiatti Ciliegina - Imbottitura e rivestimento superficiale Packaging Scolapiatti Ciliegina - Imbottitura e rivestimento superficiale

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Ciliegina, uno scolapiatti ingegneristico. Dal tronco al book. Fase 6: Finitura

Scritto da Raffaele Berardi il 20 febbraio 2017

Rubrica: Living Design

Titolo o argomento: Uno scolapiatti ricavato dal pieno

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Fase 6: Finitura delle superfici

La scelta, per la versione prototipale dello scolapiatti, è stata di lasciare il legno libero, privo di impregnanti, cere, finiture sintetiche di qualsivoglia tipo, al fine di poterne apprezzare totalmente l’essenza, il colore naturale, la “fragranza” e le venature. Qualunque trattamento potrà in ogni caso essere effettuato in un secondo momento effettuando numerose prove su campioni trattati a pennello, a spruzzo, a spugna, nel forno o, ancora, con abrasivi, spazzole, agenti chimici per l’invecchiamento artificiale, fiamme. Come al solito il limite è rappresentato dalla pura fantasia. Ad ogni modo la piallatura e la rifilatura hanno di per sé conferito una finitura superficiale ottimale, inoltre la stabilità di questa essenza e la bassa porosità ne permettono un uso “al nudo” purché all’interno dell’abitazione.

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Finitura superficie legno

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Stampa 3D: Stereolitografia SLA – Parte 3: Pro e contro, R&D

Scritto da Raffaele Berardi il 19 febbraio 2017

Rubrica: Prototipazione rapida

Titolo o argomento: Stampa 3D di tipo Liquid-Based

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Pro e contro

A favore della prototipazione rapida mediante Stereolitografia SLA giocano fattori come la possibilità di lavorare in continuo, anche tutto il giorno, persino senza operatore. E’ possibile costruire prototipi i cui volumi vanno da un cubo di lato pari a 25 centimetri fino a parallelepipedi di circa 70 x 60 x 50 centimetri. Il livello di accuratezza della stampa SLA è molto buono e ne consente l’uso praticamente in tutti i campi tecnologici. La finitura delle superfici è tra le migliori in assoluto dell’intera gamma di tecnologie per la stampa 3d. Infine c’è un ampio range di materiali impiegabili in questa specifica tecnica di stampa che consente di generare modelli decisamente realistici e addirittura direttamente utilizzabili come ad esempio nel campo delle protesi.

D’altra parte la stampa stereolitografica richiede strutture di supporto. I modelli 3d che hanno sporgenze e incavi (sottosquadri) devono avere strutture di sostegno che vengono stampate assieme ai modelli stessi. Tali strutture devono poi essere rimosse e questo richiede un lavoro extra, con la conseguente perdita di tempo, nonché il rischio di danneggiamento del modello 3d appena realizzato. Nota finale, per garantire la corretta robustezza del pezzo che si va ad ottenere, è importante sottoporlo ad un trattamento finale di indurimento onde evitare possibili rotture.

Ricerca e sviluppo

La ricerca è orientata ad ottenere resine con caratteristiche meccaniche via via superiori, processi di stampa più rapidi, software che offrono più funzioni, una tecnologia mirata ad ottenere stampi a basso costo per materiali termoplastici quali polipropilene, nylon, ABS, polietilene e policarbonato, nonché per la produzione di maschere, dime, supporti, utensili, guide, centraggi e tutto ciò che occorre come rapido ed efficiente ausilio alla produzione (ovvero l’ambito definito Rapid Tooling).

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Stampa 3D: Stereolitografia SLA – Parte 4: Esempi ed applicazioni

Image’s copyright: stratasys.com

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Ciliegina, uno scolapiatti ingegneristico. Dal tronco al book. Fase 5: Taglio

Scritto da Raffaele Berardi il 16 febbraio 2017

Rubrica: Living Design

Titolo o argomento: Uno scolapiatti ricavato dal pieno

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Fase 5: Taglio a misura

Ottenute le scanalature desiderate si procede con il taglio finale a misura del “lingotto”. Ritardare questa operazione permette un migliore bloccaggio del massello sotto le guide di fresatura in virtù di una più ampia superficie d’appoggio. Trattasi di una condizione ideale per il posizionamento agevole di morse, dime, sistemi di fissaggio e sistemi di guida. Inoltre effettuare il taglio a misura nella fase finale permette di eseguire qualche scanalatura in più che renda possibile scegliere tra le migliori ottenute, nonché di perfezionare le quote con un errore ammesso di pochi decimi di millimetro e controllare lo squadro qualora la fresatura delle scanalature non fosse risultata debitamente parallela ai margini dello scolapiatti.

Il taglio risulta più agevole ed intuitivo rispetto alla fresatura, la lama dispone di 36 denti, pronti a suddividersi il lavoro di asportazione dei trucioli, contro i soli 2 taglienti presenti sulla fresa. L’operazione va eseguita con decisione perché, anche in questo caso, un avanzamento troppo lento può provocare inestetiche bruciature. Un’azione decisa sulla macchina permette di avanzare in maniera pulita e lineare senza particolari problemi. Nel taglio di un legno duro come il Ciliegio americano, la lama non risulta mai eccessivamente calda e si procede in poche battute fino all’ultimazione del pezzo.

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