La stampa 3D nella produzione industriale

La tecnologia additiva è vista spesso in modo semplicistico, senza comprenderne potenzialità e limiti. Per questo è importante conoscere qual è la situazione attuale nel panoramica industriale e quali sono i principali settori di applicazione

La Fabbricazione Additiva è oggi ampiamente conosciuta, spesso sotto il nome più popolare di Stampa 3D. Si dice che sia la nuova rivoluzione industriale e che offra possibilità illimitate di fabbricazione, fino a poter produrre in serie componenti di qualsiasi materiale e geometria, direttamente dal modello CAD tridimensionale. Si tratta di una visione semplicistica, che può indurre a errori di valutazione se ci si vuole approcciare a queste tecnologie senza comprenderne pienamente le potenzialità e i limiti. Ma se la Stampa 3D di serie è un futuro forse non troppo lontano, qual è la situazione attuale nel panorama industriale? La diffusione di sistemi a basso costo e un’ampia campagna mediatica hanno fatto conoscere le tecnologie additive in modo esteso, destando tuttavia delle aspettative spesso poi disilluse dalle limitate prestazioni dei sistemi più semplici. Una conseguenza positiva è stata, invece, il risveglio dell’interesse delle aziende, che si sono rivolte ai sistemi per uso professionale e industriale, caratterizzati da prestazioni – e ovviamente costi – decisamente superiori. Tra i sistemi consolidati, si trovano le macchine ad estrusione di filamento polimerico (tecnologia FDM), che permettono principalmente di realizzare prototipi funzionali a basso costo, generalmente in ABS o policarbonato, anche se di recente sono stati introdotti sul mercato materiali tecnici ad alte prestazioni, quali l’ULTEM. Se si vogliono produrre parti estetiche, privilegiando quindi la finitura superficiale alle proprietà meccaniche, o si vuole sfruttare la possibilità di costruire componenti multi-materiale, le tecnologie di riferimento sono la stereolitografia e il Polyjet, che utilizzano un fotopolimero sensibile alla radiazione ultravioletta. Con investimenti superiori ci si può rivolgere verso macchine di sinterizzazione laser, che permettono di produrre, a partire da un letto di polvere, componenti in polimero con prestazioni superiori combinate a buona qualità dimensionale e aspetto superficiale. Nel campo dei metalli, i sistemi che meglio bilanciano costi e prestazioni sono quelli a fusione di polveri con l’ausilio di un fascio laser, in primis il Selective Laser Melting, che offrono, tra l’altro, la possibilità di produrre componenti in acciaio, lega di alluminio, nichel, cromo-cobalto o leghe di titanio.

Prototipazione ma non solo

La fabbricazione additiva permette dunque di produrre componenti in polimero e metallo, con una varietà di scelta nei materiali molto ampia, pur se limitata in confronto ai sistemi tradizionali. Nel caso dei metalli, i sistemi additivi permettono di produrre componenti con proprietà che uguagliano o sono addirittura superiori a quelle ottenibili in fonderia con materiale equivalente. In futuro sicuramente si amplierà la varietà dei materiali disponibili per la produzione additiva, così come aumenterà la qualità degli stessi, sulla spinta delle aziende chimiche che vedono un nuovo mercato in crescita. I costi dei materiali sono al momento elevati, ma le tecnologie additive utilizzano solo il materiale necessario per produrre il componente, riducendo dunque l’uso del materiale e portando a una drastica riduzione degli scarti. I tempi di fabbricazione sono contenuti, variabili da poche ore ad alcuni giorni in funzione della tecnologia additiva adottata e delle dimensioni del componente, mentre non influisce la complessità geometrica dello stesso. I volumi di lavoro sono ridotti per le macchine metallo, in media le dimensioni sono quelle di un cubo di lato 250 mm, mentre raggiungono dimensioni anche superiori al metro per le macchine polimero.

Tutti questi aspetti hanno reso finora i sistemi additivi una scelta conveniente per la realizzazione di prototipi o di ricambi. Al momento è proprio il settore della prototipazione quello che ancora registra i ricavi maggiori, anche se si osserva che, grazie alle grandi opportunità offerte dalle tecnologie additive, moltissime aziende hanno già adottato stampanti 3D per la produzione di componenti finali. Le aziende che hanno potuto ottenere benefici immediati sono quelle che normalmente investono nell’innovazione tecnologica, appartenenti ai settori medicale, militare, aerospaziale, dell’energia e del racing. Vi è infatti un altro aspetto, unico tra le tecnologie produttive, che rende così interessante la Stampa 3D: si tratta dell’enorme libertà di progettazione, che, se valorizzata attraverso un opportuno redesign, può permettere di produrre componenti con prestazioni prima impensabili. GE, ad esempio, usa la stampa 3D per la produzione di componenti di motori dal design funzionale, non producibili con altre tecnologie, o dispositivi medici “su misura”, Invisalign produce apparecchi trasparenti per l’allineamento dei denti, Boeing e Airbus hanno migliaia di parti additive che volano sui loro aerei, riprogettate per avere un significativo miglioramento delle prestazioni. Nel settore dell’autoveicolo la fabbricazione additiva è stata adottata nel segmento del lusso, dove i volumi produttivi sono ridotti e si possono fornire accessori disegnati in base alle esigenze del cliente, quale ad esempio un cruscotto personalizzato, e nel racing, che è un terreno di prova per nuove idee progettuali. Più complesso è trasferire i vantaggi della Stampa 3D alla produzione di massa, dove tradizionalmente la modularità prevale sulla flessibilità.

Questo significativo cambiamento nelle aziende non può che riflettersi sulla catena di fornitura, che deve rispondere di conseguenza, con maggiore competitività, qualità, standardizzazione e innovazione.  Si riducono i costi di gestione e la produzione on-demand e delocalizzata permette di abbattere i costi d’immagazzinamento. L’innovazione di prodotto e la trasformazione del sistema di fornitura portano a cambiamenti significativi, in grado di migliorare la capacità di produzione, avvicinandosi ai clienti e riducendo la complessità del sistema. In questo modo è possibile servire meglio i consumatori e i mercati, senza la necessità di un’ampia distribuzione del capitale.