É sempre di moda parlare delle performance delle stampanti 3D, ma è opportuno conoscere le differenti tecnologie di stampa

La stampa 3D rappresenta (forse) la tecnologia maggiormente conclamata (e talvolta inflazionata) come rivoluzionaria, per il proprio impatto trasformativo sui processi manifatturieri. In effetti la tecnologia rappresenta una rivoluzione industriale, che capovolge gli attuali paradigmi produttivi: il punto di partenza non sono più le materie prime (oggetti “pieni”), da cui per asportazione si arriva al prodotto finito; il processo prende invece avvio dalla realizzazione di un modello 3D dell’oggetto da realizzare che, elaborato da programmi specifici, viene scomposto in strati di alcuni centesimi di millimetro di spessore, che vengono depositati da stampanti 3D in grado di comporre (e consolidare), strato dopo strato (layer by layer), il prodotto finito.
Alla domanda (sempre più frequente) in merito al grado di maturità della tecnologia per poter essere impiegata in applicazioni industriali, va sottolineato che il processo additivo (come oggi lo conosciamo), è stato brevettato ancora nel lontano 1980 da Chuck Hull, oggi presidente della 3D Systems, azienda leader in questo settore. Come già successo per altre tecnologie in ambiti differenti, la tecnologia ha seguito un processo di incubazione di quasi 25-30 anni, per arrivare ai giorni nostri con un ampio spettro di metodologie e materiali utilizzabili. Esistono 4 differenti (macro) modalità di stampa:
Fused Deposition Modeling (FDM), in cui viene sfruttato materiale plastico fuso depositato da un ugello in movimento in grado di seguire e riprodurre il profilo e la geometria del prodotto da realizzare;
Digital Light Processing (DLP), in cui uno strato di polimero liquido viene sottoposto alla luce di un proiettore di luce inattinica, che induce il polimero esposto ad indurirsi. La piastra di costruzione poi si muove in basso in piccoli incrementi, ed il polimero liquido è di nuovo esposto alla luce;
Stampa a getto di inchiostro, in cui uno strato di materiale in polvere (solitamente gesso o resine) viene legato da un getto di legante trasversale al piano di deposito del materiale stesso. Ripetendo il processo su un nuovo strato di materiale depositato, si realizza il prodotto finito;
Selective Laser Sintering (SLS), che prevede la possibilità di utilizzare metalli nel processo additivo (leghe di alluminio, acciai, titanio, metalli preziosi) in forma granulare, che tramite l’utilizzo di laser vengono sinterizzati per formare un corpo solido.

Quali i campi d’applicazione
Le caratteristiche e le peculiarità di ognuna di queste metodologie, tra cui la velocità del processo di stampa, i rispettivi materiali utilizzabili e le dimensioni dei componenti realizzabili, rendono la stampa 3D applicabile in diversi campi industriali, con impatti potenziali trasversali a molti comparti manifatturieri. Eccone alcuni, tra i più rilevanti oggi noti:
Prototipazione (e pre-serie): in questo caso il processo additivo può venire utilizzato per la realizzazione di prototipi (prodotti e/o componenti), grazie a cui effettuare valutazioni sia estetiche sia funzionali (visto che si possono impiegare sempre più materiali, anche nella stessa stampa). Ford, sta implementando la tecnologia additiva per la prototipazione di numerosi componenti delle proprie autovetture (a partire da elementi di locomozione come motore e organi di trasmissione, sino a ammortizzatori ed elementi della carrozzeria), comprimendo il tempo di sviluppo, passato da alcuni mesi ad alcune settimane.
Altro beneficio testimoniato dallo stesso caso, è la possibilità di effettuare la stampa di diversi componenti in un solo processo, dando poi la possibilità agli ingegneri di valutare le combinazioni migliori per rispondere alle esigenze del mercato. Ciò che rende la stampa 3D così vantaggiosa è quindi la possibilità di passare direttamente dalla fase di design a quella di produzione, eliminando i passaggi intermedi di realizzazione degli utensili, stampi, garantendo al produttore la convenienza della produzione in piccoli volumi e addirittura singoli pezzi.
Produzione di componenti: l’implementazione della stampa 3D nei processi aziendali garantisce, rispetto alle tecniche tradizionali, di ottenere forme complesse e geometrie non realizzabili con metodi sottrattivi, in grado (paradossalmente) di migliorarne alcune caratteristiche meccaniche. GE Aviation, già oggi stampa diversi componenti delle proprie turbine con tecnologie additive, per un volume pari a 100.000 pezzi/anno. Questo dimostra che la tecnologia non è solo efficace per piccole serie (sebbene la prototipazione rappresenti l’ambito più rilevante), ma per alcune tipologie di prodotto risulta essere matura anche per produzioni di media serie. I benefici possono essere valutati non solo dal punto di vista delle prestazioni delle turbine (più leggere e durevoli), ma anche in termini di efficienza del processo produttivo: gli ugelli necessari per l’immissione del propellente nella turbina vengono ora realizzati in un unico pezzo, mentre con le tecnologie tradizionali erano necessari 20 componenti (successivamente assemblati).
Produzione di prodotti personalizzati: in modo simile a quanto descritto per l’ambito della prototipazione, la stampa 3D può abilitare le aziende a realizzare prodotti unici, in funzione delle specifiche esigenze di un singolo cliente. Il mercato sta evolvendo, e sempre più spesso vengono richiesti prodotti unici e personalizzati (cfr. Le nuove tecnologie produttive riporteranno la produzione in occidente?), che tramite tecnologie additive diventano, dal punto di vista tecnico e (soprattutto) economico, sostenibili e fattibili per le aziende manifatturiere che necessariamente dovranno rapportarsi con una domanda sempre più sporadica e diversificata.
Parti di ricambio: ultimo ambito applicativo, ma forse il più entusiasmante (ed ancora poco studiato), è rappresentato dalla possibilità di modificare radicalmente la configurazione delle filiere delle parti di ricambio. Queste filiere sono caratterizzate (ancor più delle filiere tradizionali), da una complessità intrinseca molto elevata, dovuta alla sporadicità della domanda (difficilmente prevedibile), e all’ampiezza della gamma di codici che devono essere gestiti e riapprovvigionati. Si pensi quindi a quali effetti potrebbe generare la possibilità, per le aziende produttrici (di un qualsiasi settore, dalla macchina speciale all’aeronautica), di poter distribuire il modello 3D dei propri componenti, abilitando i propri clienti (che devono possedere una stampante 3D nei propri stabilimenti e impianti) alla produzione in loco del componente sostitutivo di cui hanno bisogno per effettuare una riparazione. Verrebbe meno la necessità di definire livelli intermedi di stoccaggio (depositi primari e secondari) in cui stoccare merce che potrebbe non venire mai richiesta, riducendo i costi totali di distribuzione verso i clienti e garantendo un livello di servizio (quasi) pari al 100%.

CENTRO DI RICERCA SCSM – Supply Chain & Service Management
Il Gruppo di Ricerca in Supply Chain & Service Management (www.scsm.it) dell’Università di Brescia sviluppa attività di ricerca e trasferimento nell’ambito della configurazione e della pianificazione dei sistemi fisici ed organizzativi dedicati alla produzione, distribuzione e vendita di beni e di servizi, tramite networking, trasferimento e ricerca.
Andrea Bacchetti è ricercatore post-doc dal 2010 – andrea.bacchetti@unibs.it
Massimo Zanardini è dottorando al secondo anno – massimo.zanardini@unibs.it

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