La produzione additiva (Additive Manufacturing)

Nella gamma di tecnologie industriali emergenti in Europa, la produzione additiva (AM) è una delle più rilevanti. La AM amplia i confini del design delle parti, facilita la produzione di parti diverse senza costi aggiuntivi, minimizza l’ingombro produttivo e riduce i costi di inventario. Mentre gli alti costi di magazzinaggio e di trasporto influenzano il presente delle aziende, il futuro sta in strutture flessibili e vicinanza al cliente. La produzione additiva richiede minime operazioni di utensili e crea parti finite direttamente da un file CAD digitale. Ridurrà il time-to-market e aprirà molte possibilità di produzione on-demand.

Man mano che sempre più investimenti vengono investiti nello sviluppo di tecnologie additive, le barriere all’ingresso nell’adozione della AM dovrebbero diminuire nel tempo. Tuttavia, le questioni politiche e normative, se non adeguatamente trattate, possono essere un ostacolo all’ascesa di AM nel nostro panorama industriale. Dalle competenze e l’istruzione alla proprietà intellettuale e la standardizzazione, l’Europa affronta una serie di sfide e sarà imperativo agire in modo rapido e determinato. CECIMO, European Association of the Machine Tool Industries, ha sottolineato che un approccio comune a livello europeo può accelerare lo smantellamento delle barriere tecnologiche e superare importanti ostacoli politici e normativi. Dobbiamo ricordare, infatti, che i nostri produttori di macchine AM e di applicazioni competono oggi su scala globale con paesi come Stati Uniti, Cina e Giappone.

Cos’è la produzione additiva

Comunemente nota come stampa 3D – una definizione che si applica più alle stampanti consumer che alle applicazioni industriali – Produzione Additiva (AM) è il termine ufficiale standard del settore per tutte le applicazioni di tale tecnologia. È definita come il:

Processo di unione di materiali per creare oggetti dai dati del modello 3D, di solito strato su strato, in contrasto con le metodologie di produzione sottrattiva.

AM non è una nuova tecnologia: la sua nascita è tradizionalmente fatta risalire agli anni ’80, quando Chuck Hull iniziò a sperimentare la stereolitografia (SLA), uno dei processi di fotopolimerizzazione vat. Egli brevettò la tecnologia nel 1984 e fondò 3D Systems (1986), ancora oggi brillantemente in attività.

Cronistoria della AM. Sources: DU Press, Wohlers Associates
Cronistoria della AM. Sources: DU Press, Wohlers Associates

Il processo generale di produzione

Le tecnologie AM si svilupparono in conseguenza dei miglioramenti in diversi settori. Come per altri sviluppi nelle tecnologie di produzione, i miglioramenti nella potenza di calcolo dei computer e la riduzione dei costi di archiviazione sulle memorie di massa hanno aperto la strada alla elaborazione delle grandi quantità di dati tipici della moderna progettazione CAD 3D. Un modello CAD 3D è il punto comune di avvio di tutti i processi AM. Esso consente la “personalizzazione di massa”, ovvero il fatto che un singolo prodotto può essere prodotto in piccole quantità ma a un prezzo conveniente.

Negli ultimi tre decenni, il formato di file STL (Stereolitografia), creato da 3D Systems, è stato lo standard industriale per il trasferimento di informazioni tra i programmi di progettazione e le apparecchiature AM. Tuttavia, il formato STL può descrivere solo la geometria della superficie di un oggetto tridimensionale senza alcuna rappresentazione di colore, trama o di altri attributi presenti nel modello CAD. Dal 2012, un nuovo formato (il formato AMF) è stato sviluppato per superare i limiti di STL. Il file STL/AMT descrive le superfici esterne chiuse del modello CAD originale e costituisce la base per il calcolo delle “fette” trasferite poi alla macchina, che rappresenta la terza fase del processo.

La quarta fase si riferisce alla produzione effettiva e comprende l’impostazione della macchina AM, la costruzione e la rimozione del prodotto, che avrà infine bisogno di una post-elaborazione (ad esempio la lucidatura) e di adattamento all’uso finale.

Due componenti chiave da considerare: tecnologie e materiali

Esistono numerose tecnologie per la produzione additiva, originariamente sviluppate per la produzione di prototipi in plastica utilizzando una tecnica di scansione laser punto per punto. I processi Powder Bed Fusion – e in particolare la Selective Laser Sintering (SLS) – sono stati tra i primi commercializzati e rappresentano oggi la tecnologia leader per le parti in metallo.

Altre tecnologie rilevanti per la AM su metallo sono la Directed Energy Deposition, la Sheet Lamination e la Binder jetting.

Tecnologie AM. Source: ASTM International Committee F42 on AM; Roland Berger
Tecnologie AM. Source: ASTM International Committee F42 on AM; Roland Berger

Applicazioni della produzione additiva

In termini di sviluppo di applicazioni, le tecnologie AM registrano un interesse crescente dal settore delle macchine utensili. Infatti, mentre fino a pochi anni fa la AM era concentrata principalmente sulla prototipazione, le applicazioni oggi si stanno spostando verso produzioni di massa personalizzate, in particolare nei settori aerospaziale, automobilistico, della difesa, sanitario e dei beni di consumo.

Produzione additiva: opportunità e sfide

Le principali opportunità della AM risiedono nella flessibilità di progettazione e nella personalizzazione di massa, protezione del segreto industriale, sostenibilità dei processi e rapido sviluppo dei prodotti. Le sfide da affrontare sono legate alla protezione della proprietà intellettuale, alla certificazione degli standard, alle applicazioni in produzioni di massa, alle questioni normative e – ad oggi – alla limitata scalabilità. Il prossimo passo per lo sviluppo del settore potrebbe essere rappresentato da macchine utensili ibride che incorporino CNC e AM

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