Negli ultimi 5 anni si sono ampiamente diffuse le tematiche in relazione all’ Additive Manufacturing e alla stampa 3D nonostante quest’ultima esistesse da quasi 40 anni. Nel 1982 infatti, Chuck Hull inventò la stereolitografia fondando la 3D system, brevettando il concetto di creazione di oggetti come sequenza di strati 2D sovrapposti che è valido ancora oggi. La sinterizzazione laser fu sviluppata già nel 1986 mentre la tecnologia FDM (Fused deposition modeling) fu introdotta nel 1988. Era solo l’inizio. Oggi la stampa 3D è usata per un numero sempre crescente di applicazioni come prototipi in plastica, parti strutturali con impieghi civili, parti metalliche usate direttamente nei prodotti finali, applicazioni biomediche ed aerospaziali.

Le stampanti 3D nell’industria 4.0, sono diventate uno degli elementi centrali. Infatti, si sposano bene con le necessità della nuova rivoluzione industriale che vede nella trasformazione digitale, nella personalizzazione di massa, nel miglioramento della qualità e del time to market, leve di importante spessore se si pensi a quanto oggi le richieste del mercato obiettivo, risultino sempre più precise e peculiari rispetto ad un considerevole aumento dell’offerta soprattutto per alcune categorie merceologiche di prodotti.

I parametri che fanno pendere sempre di più l’ago della bilancia verso l’Additive Manufacturing rispetto alle tecnologie di produzione tradizionali sono:

• Qualità e geometrie innovative: quello che era un limite enorme per le prime stampanti 3D è oggi un punto di forza. I pezzi prodotti hanno proprietà strutturali paragonabili a quelle dei pezzi prodotti con le tecniche di produzione tradizionali. Inoltre, le geometrie create, spesso sarebbero impossibili da produrre con i metodi di lavorazione tradizionali
• Velocità di stampa: parti progettate e prodotte in poche ore con capacità produttiva di 24h su 24
• Impatto ambientale: la produzione tradizionale spreca molto materiale. Nella maggior parte dei casi la stampa 3D riduce gli sprechi e i produttori attenti all’ambiente possono utilizzare materiale biodegradabile. Inoltre, le più recenti stampanti 3D possono anche effettuare una singola copia, se necessario. Ciò riduce gli scarti e le parti invendute a magazzino.
• Materiali disponibili: questo è uno dei punti di forza delle stampanti 3D. Le stampanti 3D di oggi possono stampare quasi tutto, dal metallo al cibo. Man mano che la scelta del materiale aumenta ulteriormente, le industrie troveranno più facile (e quindi conveniente) produrre quasi tutto ciò che i clienti desiderano
• Software: uno dei componenti chiave di Industry 4.0 è big data. Man mano che saranno disponibili nuovi software in grado di elaborare questi big data (ad es. ThingWorx e Vuforia da PTC), in futuro aumenterà l’importanza delle stampanti 3D nell’industria 4.0, dato che questi dati possono essere passati direttamente alle stampanti durante la prototipazione
• Sicurezza: le nuove tecniche di stampa 3D lavorano a temperature più basse e con materiali di supporto non tossici per gli operai
• Costo: alla fine però l’industria manifatturiera abbraccerà la trasformazione digitale solo se il costo è sostenibile. A parte i problemi di velocità, uno dei maggiori ostacoli alla digitalizzazione su larga scala è stato l’alto costo delle stampanti 3D. Intanto però la concorrenza aumenta ed il costo delle stampanti 3D continuerà a scendere. Man mano che i prezzi scendono, sempre più consumatori inizieranno ad acquistare stampanti 3D ed usufruire degli indiscutibili vantaggi che offrono.

L’impegno di Key 4 in questo scenario, si concretizza nella continua esplorazione di soluzioni in cui l’additive manufacturing, può generare vantaggi i termini economici e di produzione, con l’obiettivo di accrescere e migliorare tecnicamente l’intero assetto produttivo di tutte le aziende che puntano sull’innovazione e vedono nelle tecnologie abilitanti l’industria 4.0, un elemento chiave per concorrere al vantaggio competitivo auspicato.

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Una delle più potenti tecnologie abilitanti legate all’industria 4.0 è l’Additive Manufacturing. Questa tecnologia viene spesso erroneamente collegata esclusivamente alla prototipazione rapida. In realtà il termine Additive Manufacturing racchiude di più.

Considerando la traduzione letterale, la manifattura additiva consiste nella creazione di oggetti con forme complesse (dal punto di vista geometrico o del ciclo di produzione) grazie all’aggiunta di materiale a materiale.

Da questo punto di vista, questa tecnologia rappresenta una vera e propria rivoluzione nelle lavorazioni meccaniche industriali.  In questa definizione non c’è nessun riferimento esclusivo alla prototipazione rapida.

Additive manufacturing e stampa 3D

La stampa 3D, viene utilizzata in generale ovunque siano richieste forme complesse, tempi di sviluppo rapidi, capacità di integrare componenti per semplificare il design, alta flessibilità e personalizzazione.

La produzione con la stampa 3D è nata nel mondo della prototipazione rapida, ma il suo utilizzo per la realizzazione di pezzi tecnici, dalle geometrie complesse, per serie di produzione altamente personalizzabili e limitate, costituisce un nuovo segmento di mercato di grande interesse.

Per rispondere a questa esigenza, le aziende produttrici di stampanti 3D hanno sviluppato diverse tecniche di Additive Manufacturing, a seconda del tipo di prodotto, della precisione richiesta e dei materiali.

Tutti questi concetti vanno a braccetto con i paradigmi dell’industria 4.0.

I materiali utilizzati sono tipicamente resine plastiche, ceramica, metallo o cera. Ad esempio si può usare un liquido fotosensibile che viene solidificato tramite un laser che segue la geometria da creare (Stereolithography). Oppure si può usare una bobina di materiale plastico che viene fuso ed applicato da una testa che viaggia su un sistema elettromeccanico a 3 assi (FusedFilamentFabrication). Un’altra tecnica sviluppata per applicazioni aeronautiche consiste nel fondere una polvere di materiale metallico utilizzando un fascio di elettroni generato da una testa mobile. Altre tecnologie permettono la creazione di oggetti elastici ed isotropici, trasparenti,

Le applicazioni della stampa 3D sono in continua espansione. Ad esempio, nel campo medicale viene sfruttata la versatilità e personalizzazione della stampa 3D per la generazione di protesi su misura. Nell’ambito aeronautico, una specifica tecnologia di Additive Manufacturing chiamata EBM (Electron BeamMelting) viene utilizzata per la produzione di pale per le turbine dei motori aeronautici.

Le stampanti 3D rappresentano un cambiamento culturale paragonabile al passaggio dal tecnigrafo al CAD bidimensionale negli anni ’80 e successivamente, negli anni ‛90, dal CAD bidimensionale a quello tridimensionale.

Ciò che fa la differenza non è solo il minor tempo nel produrre ma anche il salto di qualità della modernizzazione operativa.

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