La rilevanza dell’Additive Manufacturing

La produzione additiva, in inglese additive manufacturing, è un processo industriale impiegato per fabbricare oggetti partendo da modelli 3D computerizzati, aggiungendo uno strato sopra l’altro, in opposizione alle metodologie tradizionali quali tornitura e fresatura.

Si tratta di una  tecnologia di produzione vantaggiosa che apre nuove possibilità per tutte le aziende produttive e semplifica il lavoro agli studi di progettazione meccanica.

In particolare, le soluzioni basate sulle metodologie conosciute come Powder Bed Fusion e Direct Energy Deposition, affiancate da aziende di supporto e da una rete di assistenza, sono in grado di far crescere notevolmente il settore della progettazione, aggiungendo maggiore efficienza e creatività.

Come funziona la produzione additiva

La prima fase della produzione additiva è la realizzazione del disegno CAD, in cui gli oggetti vengono modellati attraverso blocchi di mesh, maglie poligonali con facce da triangolo o da quadrilatero.

Il CAD 3D lavora su volumi e ricava il disegno componendo e intersecando i diversi blocchi.

Realizzato il modello, il file (generalmente in formato STL) dovrà essere inviato alla stampante 3D, nella quale il software interno procederà a decifrare il disegno e a scinderlo in livelli creando il percorso che la macchina dovrà compiere durante la realizzazione.

Terminato l’ultimo livello, la stampante si spegne, il prodotto viene lasciato raffreddare e poi viene estratto, pronto all’uso.

Infine, successivamente alla produzione, i particolari ottenuti, se necessario, possono essere sottoposti a trattamenti chimici o termici ma anche a lavorazioni di finitura alle macchine utensili.

Quali sono i vantaggi?

• Spazio alla libertà

L’additive manufacturing del metallo, grazie al suo processo di creazione strato su strato, consente libertà di progettazione irraggiungibili con lavorazioni classiche del metallo. 

Stampando in 3D un componente anziché elaborandolo per asportazione, si possono effettuare geometrie complesse con una precisione e un livello di dettaglio senza eguali; di conseguenza si possono ideare elementi con forme funzionali al loro utilizzo, evitando di adattarli alle tecnologie produttive.

È possibile unire più parti in un pezzo unico, ottenendo un design uniforme e al tempo stesso eliminando i tempi di assemblaggio e le problematiche relative.

Si possono realizzare anche parti concanali interni dalle forme complesse, che agevolano il raffreddamento dei componenti.

• Parti più leggere

Grazie ad un design ottimizzato e adeguato, si possono creare parti più leggere andando a svuotare parti piene realizzando strutture reticolari, creando forme organiche e fluide dove prima c’erano elementi squadrati e pieni.

I vantaggi per settori come  l’aereospaziale o l’automobilistico, per fare un paio di esempi,sono innumerevoli: maggiore competitività, performance migliori, minor consumo, ecc.

• Caratteristiche meccaniche migliori

Le proprietà meccaniche in termini di resistenza ad elevate temperature, alla torsione o alla rottura sono equivalenti, se non migliori, rispetto ai pezzi prodotti con tecnologie ordinarie.

• Prototipazione rapida

Un modello può essere progettato, stampato e collaudato rapidamentein maniera decisamente più efficiente, eliminando diverse fasi nello sviluppo del pezzo.

Grazie al sistema di supervisione che controlla ogni singolo strato vi è una riduzione drastica degli errori nell’interoprocesso produttivo, abbattendo notevolmente i tempi di prototipazione e di entrata sul mercato.

• Riparazione e personalizzazione dei componenti

Soluzioni come la Direct Energy Deposition permettono di riparare parti in metallo, ma anche di rivestirle con altro metallo o di aggiungere parti personalizzate su pezzi esistenti. Dunque, anziché creare nuovi componenti, si potranno riutilizzare quelli già disponibili, rendendo più sostenibile ed economicamente conveniente la produzione.

• Meno spreco di materiali

Con il processo di fusione della polvere strato su strato, si utilizza solo il materiale necessario per produrre l’oggetto. La polvere di metallo non fusa usata nel processo può essere riciclata ed utilizzata in un secondo momento. In questo modo si eliminano quasi completamente gli scarti di lavorazione, i quali rimangono numerosi nelle macchine che prevedono l’asportazione di truciolo.

• Ampio controllo sul prodotto

Le vaste possibilità offerte dall’additive manufacturing consentono di fabbricare qualsiasi pezzo dalle dimensioni compatibili con l’area di lavoro della macchina. In questo modo si possono produrre parti che prima venivano realizzate da fornitori diversi.

La produzione additiva apre le porte ad una rivoluzione della catena di approvvigionamento: è così possibile produrre pezzi su richiesta, evitando vaste produzioni e magazzini colmi di parti di ricambio.

Si produce solo ciò che serve e quando serve, evitando lunghe attese e trasporti.

Le limitazioni

Ciononostante, la produzione additiva presenta attualmente ancora alcuni inconvenienti che ne impediscono un’adozione più vasta:

• Costo iniziale elevato: l’implementazione di questa tecnologia implica un costo elevato per le aziende, che riguarda soprattutto la macchina di modulazione del prodotto.
• Limitato uso di materiali: al momento è possibile la produzione in serie solo con materiali plastici e metallici.
• Superficie porosa: la composizione dei prodotti realizzati presenta per adesso porosità difficilmente individuabili ad occhio nudo, ma che possono provocare disfunzioni se non guasti.

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Fonti:

1. https://amfg.ai/2019/06/26/metal-3d-printing-a-definitive-guide/
2. https://www2.deloitte.com/us/en/insights/focus/3d-opportunity/the-3d-opportunity-primer-the-basics-of-additive-manufacturing.html
3. https://www.3dprintingmedia.network/siemens-material-solutions-gm-phil-hatherley-tells-future-plans-new-e30-million-3d-printing-factory/
4. https://www.scirp.org/Journal/PaperInformation.aspx?PaperID=75953