AM, come cambia la produzione industriale

La tecnologia di fabbricazione additiva si sta evolvendo rapidamente, e soprattutto con performance che la rendono sempre più integrabile con profitto all’intero di un processo produttivo.

di Eleonora Atzeni *
* professore associato in Tecnologie e Sistemi di Lavorazione presso il Dipartimento di Ingegneria Gestionale e della Produzione (DIGEP) del Politecnico di Torino

L’interesse verso la fabbricazione additiva da parte dell’industria continua a crescere e le previsioni per i prossimi anni vedono un impiego sempre più esteso di tali sistemi in produzione. Parafrasando le parole di Fried Vancraen, CEO di Materialise, si prevede che nuove aziende si orienteranno verso le tecnologie additive, spostando la produzione di componenti del loro portfolio verso la fabbricazione additiva, o integrando questa possibilità produttiva con quelle già in uso. L’impatto è notevole, soprattutto se si pensa che la fabbricazione additiva implica nuovi modelli di business e l’adozione di nuovi approcci di progettazione, oltre che lo sviluppo di nuove competenze. Ma non si tratta di una trasformazione che avviene dall’oggi al domani: la fabbricazione additiva è cresciuta nel corso di alcune decine di anni, attraverso passaggi progressivi che ne hanno infine determinato il successo anche in ambito industriale. Un’indagine di Ernst & Young del 2019 mostra che, nel giro di 3 anni, la percentuale di aziende che hanno avuto esperienze con i sistemi di fabbricazione additiva è salita da meno del 25% a oltre il 60%, con un 18% che ha adottato definitivamente la tecnologia additiva in produzione per realizzare componenti finali.

Mercato consapevole

Il potenziale della fabbricazione additiva dunque non è più oggetto di scetticismo, resta invece l’aspettativa sui prossimi miglioramenti in termini di efficienza e produttività dei sistemi. Negli ultimi anni, in particolare, si è assistito a una spinta verso l’industrializzazione anche da parte dei governi, con il passaggio, nell’ambito dell’incentivazione fiscale, dallo sviluppo di nuove tecnologie all’identificazione delle possibili applicazioni industriali. Gli investimenti sono sempre più rivolti ad aziende che applicano la fabbricazione additiva, per introdurre innovazione al loro interno e creare un reale valore aggiunto, per ottenere risparmi sui costi di produzione e miglioramenti tecnici sui prodotti. E tutto ciò ha un fondamento ben condivisibile: si può spingere ulteriormente sulle tecnologie solo se esistono già un mercato e una domanda ben sostenibili. La strada è dunque duplice: da una parte migliorare i sistemi di fabbricazione additiva esistenti, rendendoli sempre più adeguati all’inserimento in un sistema, quello industriale, che richiede elevata affidabilità, efficienza, produttività, tracciabilità e ripetibilità. Dall’altro strutturare una base solida di richiesta di questi sistemi, creando e stimolando la domanda. La combinazione di tali due fattori favorirà indubbiamente un’ulteriore accelerazione nella crescita della fabbricazione additiva. Proprio in questa prospettiva, molti produttori di sistemi o di software di progettazione da tempo offrono la loro consulenza nella progettazione dei componenti, per supportare le aziende che ancora non hanno acquisito sufficiente familiarità e competenza con queste tecnologie, per sfruttarle al meglio nelle loro applicazioni e ad accogliere così con maggior fiducia il cambiamento.

Verso l’alta produttività

Se molte aspettative si hanno nel prossimo futuro per i sistemi metallo, questo è decisamente il momento per una crescita sostanziale dei sistemi di fabbricazione additiva di materiali plastici. Quando nel 2016 HP ha presentato sul mercato i suoi sistemi di produzione 3D Multi Jet Fusion, ha aperto la strada all’introduzione dei sistemi additivi per la produzione polimerica su scala industriale. Tali sistemi, infatti, offrono al contempo elevata produttività, elevata risoluzione e produzione a costi contenuti, abbattendo così i limiti che per anni avevano limitato l’adozione dei sistemi FA in produzione. Quando si parla di produzione industriale di componenti polimerici, il confronto è inevitabile con lo stampaggio a iniezione (IM). I componenti additivi presentano una superficie con rugosità superiore rispetto a quelli IM, per cui richiedono impianti di finitura se la superficie deve essere lucida, o per la preparazione a un successivo trattamento di verniciatura. Tuttavia, le possibilità geometriche della fabbricazione additiva superano di gran lunga questo limite, in quanto le geometrie, che non sono vincolate dalla necessità di poterle estrarre da uno stampo, possono presentare sottosquadri ed essere ben più funzionali.

I materiali evolvono

Nella crescita della fabbricazione additiva per polimeri, un ruolo importante è svolto dai principali produttori di materiali. Oggi che le tecnologie additive per i polimeri sono ormai ben consolidate e diffuse, i fornitori di materiali spingono per la produzione di materie plastiche specifiche per la fabbricazione additiva. La disponibilità di materiali mostra dunque una crescita rapida e costante. In tutto ciò, l’approccio orientato all’applicazione è fondamentale: le industrie identificano le applicazioni e le richieste, e i produttori sviluppano e certificano i nuovi materiali in modo da soddisfarle. Le applicazioni industriali hanno già da tempo superato l’ambito della prototipazione, per rivolgersi alla produzione di componenti finali, per cui sono richiesti e sviluppati materiali con caratteristiche sempre più elevate. Soprattutto settori quali quello aerospaziale e medicale spingono verso la standardizzazione e la certificazione dei materiali. Un esempio è l’introduzione, nell’offerta dei materiali per i sistemi di estrusione a filo, del PEEK, un materiale biocompatibile, finalizzato alla produzione di protesi per applicazioni chirurgiche. È un esempio notevole, in quanto apre alla realizzazione di protesi polimeriche laddove ne era prima possibile la produzione solo con leghe metalliche, quali quelle di titanio. Rispetto alle protesi metalliche, il PEEK è più leggero e offre caratteristiche meccaniche più simili a quelle dell’osso umano, con importanti risvolti positivi sulla qualità e sull’utilizzo delle protesi stesse. Sicuramente la strada che ha favorito l’adozione della fabbricazione additiva in produzione è stata l’accesso alle tecnologie sin dalla progettazione del prodotto. In modo che i progettisti possano prototipare le loro idee e migrare poi facilmente i progetti verso la produzione.

Qui sotto l’impiego della fabbricazione additiva da parte delle aziende (campione di 900 imprese nel mondo, da 3D printing: hype or game changer? A Global EY Report 2019).