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3 febbraio 2021

Manifattura additiva: istruzioni per uso

La manifattura additiva (additive manufacturing), altrimenti chiamata “stampa 3D”, è una tecnologia dirompente, una vera e propria rivoluzione del paradigma produttivo, un’innovazione dell’Industria 4.0 che in pochi anni si è evoluta dalla semplice produzione di prototipi alla capacità di realizzare componenti finali di altissima qualità. Oggi, l’additive manufacturing gioca un ruolo chiave nello sviluppo industriale mondiale quale fattore critico di successo nella competizione globale.

Ma che cos’è e come funziona l’additive manufacturing? Quali vantaggi e sfide comporta? Vediamolo insieme.

Che cos’è l’additive manufacturing

È una tecnica di produzione che impiega tecnologie differenti per ottenere oggetti attraverso l’addizione di materiale (strato per strato). Un contrasto netto con la produzione tradizionale (o sottrattiva) che si basa sull’asportazione di materia da una forma piena per creare singole parti, mediante tecniche come il taglio, la fresatura o la tornitura.

Come funziona

La produzione additiva impiega differenti tecnologie a seconda delle applicazioni e dei materiali; possono essere prodotti oggetti in titanio, polveri di leghe metalliche d’alluminio, acciai vari, ma anche materiali plastici come resine fotopolimeriche, termoplastiche, materiali ceramici o compositi.

Il processo di produzione additiva parte da un file 3D progettato con software CAD: il formato più utilizzato è l’STL (Standard Triangulation Language) composto da una serie di triangoli che seguono la forma degli oggetti 3D da produrre. Il software di gestione della macchina suddivide, poi, il modello in più strati che hanno il compito di guidare una stampante 3D nel processo di deposizione o sinterizzazione del materiale. Infine, una fonte di energia (come un laser o un fascio di elettroni a luce ultravioletta) lega fra loro gli strati così da ottenere l’oggetto finale.

Settori di applicazione

Fino a qualche tempo fa le tecnologie additive erano appannaggio dei settori aerospaziale e medicale, mentre oggi trovano applicazione in numerose aziende, dalle multinazionali alle piccole-medie imprese, attive nei più diversi mercati.

Vantaggi

Riduzione degli sprechi
Poiché il materiale impiegato per produrre un pezzo è praticamente pari al suo peso, la quantità di scarti derivati dalla produzione è nulla o quasi. Inoltre, molto spesso le polveri non fuse rientrano in produzione, limitando al minimo residui o cascami da buttare o trattare. In questo modo anche i costi si riducono notevolmente.

Libertà di modellazione
La lavorazione strato su strato del materiale consente di realizzare prodotti e manufatti dalle forme e geometrie molto complesse, senza sottostare a grandi vincoli legati alla forma.

Riduzione dei costi di assemblaggio
È possibile realizzare in un’unica soluzione componenti che prima venivano prodotti separatamente e poi assemblati. Questo abbatte i costi di assemblaggio ed evita procedure, come la saldatura, che possono indebolire il prodotto finale.

Riduzione del time-to-market
La produzione additiva consente di abbattere il tempo tra la fase di progettazione e il lancio del prodotto sul mercato (time-to-market). Una rapida prototipazione permette di testare sul mercato pochi esemplari di un dato prodotto. In questo modo si riesce verificare la risposta e il gradimento presso il target di riferimento, apportare eventuali modifiche e procedere poi con la produzione definitiva e la diffusione su larga scala.

Tre falsi problemi (e uno vero)  

Prototipazione
Uno dei principali pregiudizi nei confronti della manifattura additiva è che serva solo per produrre velocemente modelli o prototipi da realizzare poi con le tecnologie tradizionali. Niente di più falso! Limitandosi al prototyping, non si sfruttano i vantaggi offerti in produzione, come per esempio la possibilità di produrre con facilità pezzi diversi in un singolo lotto, senza dover riconfigurare la macchina.

Investimenti
È opinione diffusa che gli investimenti necessari per dotarsi di un sistema adattivo siano molto alti. Ma la realtà è che sul mercato è possibile trovare macchine per stampaggio di polimeri ‘production grade’ al costo minimo di 10.000 euro e per stampaggio di metalli a partire da meno di 100.000. Inoltre, esistono laboratori basati sul principio di open innovation, che mettono a disposizione di imprenditori e ricercatori macchinari di ultima generazione oltre che la condivisione di conoscenze e competenze tra le aziende che ne fanno . (Qui l’iniziativa di Open Lab di Friuli Innovazione)

Costi di produzione
È comune credere che i costi di produzione siano elevati a causa delle polveri e dei polimeri il cui prezzo è alto rispetto ai materiali usati per la produzione sottrattiva. Ciò è vero, ma solo in parte! Non va sottovalutata la mancanza quasi totale di scarto e la prospettiva di discesa dei prezzi sia per le crescenti economie di scala sia perché il cosiddetto lock-in (per cui una stampante può usare solo le polveri fornite dal suo produttore) sembra destinato a durare poco. Stanno infatti arrivando sul mercato macchine capaci di utilizzare polveri di svariati produttori, con gli evidenti vantaggi che ne conseguono.

Mancanza di know-how specifico
Molti imprenditori sono a conoscenza delle potenzialità che l’additive manufacturing potrebbe portare alle linee produttive, ma all’interno delle aziende spesso mancano conoscenze e competenze specifiche per implementare e valorizzare tale soluzione. Alla conoscenza tecnica, infatti, va sempre affiancata una radicata e condivisa conoscenza culturale e quindi anche un cambio di approccio e mentalità.

 


Fonti:
www.industriaitaliana.it
www.internet4things.it
www.3dz.it
www.ridix.it