Stampa 3D: a che punto siamo

La stampa 3D si sta diffondendo sempre di più a livello mondiale. Nel 2018 il mercato globale della stampa 3D ha superato i 10 miliardi di dollari, e si prevede che raggiungerà 16 miliardi nel 2022 e quasi 35 miliardi nel 2024. L’Italia contribuisce con 400 milioni di euro e un elevato tasso di espansione. Questo incremento riguarda soprattutto le macchine professionali (con un prezzo di oltre 5.000 dollari) e la stampa 3D di metalli, che rappresenta attualmente circa il 20% del totale. Il consumo di polveri metalliche per produzione additiva ha avuto un incremento di oltre il 40% nell’ultimo anno e il numero di stampanti per metalli è raddoppiato negli ultimi 2 anni. Le parti metalliche realizzate con l’Additive Manufacturing (AM) sono utilizzate in più settori per le elevate proprietà che li caratterizzano, quali robustezza, resistenza termica, durata, biocompatibilità, resistenza chimica e conduttività.

Il recentissimo rapporto “Ceramics AM” di SmarTech Analysis, dedicato alla produzione additiva in ceramica, evidenzia la rapida diversificazione dei materiali ceramici tecnici e tradizionali (come sabbie, cementi e vetri), e la crescita del loro utilizzo nella produzione additiva (da 20 milioni di dollari nel 2020 a oltre 450 milioni nel 2029). L’industria AM globale della ceramica (materiali, macchine e applicazioni AM) genererà 200 milioni di dollari nel 2020.

Nel campo della plastica, invece, si sta diffondendo l’uso dei superpolimeri come Peek e Ultem, anche grazie alla disponibilità di stampanti 3D a camera calda con dimensioni generose e prezzi abbordabili.
Nuovi produttori di sistemi stanno entrando nel mercato a ritmo sostenuto e rilasciano macchine con piattaforme di materiale aperte, velocità di stampa più elevate e prezzi più bassi.

Produzione ibrida

Le vendite di centri di lavorazione ibridi, che combinano produzione sottrattiva e additiva in un’unica piattaforma, secondo SmarTech Analysis genereranno 155 milioni di dollari nel 2019, e cresceranno a 424 milioni entro il 2025. I sistemi ibridi possono consentire la riparazione di parti, la lavorazione di materiali di elevata durezza, e fornire funzionalità di post-produzione. La produzione ibrida, attualmente dominata dalle applicazioni aerospaziali, si sta spostando in altre aree, come il settore automobilistico, oil & gas, l’edilizia e i settori medico e dentistico.

Nell’ambito della produzione additiva, i software giocano un ruolo fondamentale, gestendo tutto il processo produttivo: dalla progettazione CAD alla lavorazione in macchina, finitura del prodotto e logistica di consegna, e permettono di creare architetture informatiche in grado di controllare tutte le operazioni, ottenere dati puntuali e in real-time sull’andamento della produzione, calcolare l’attuale efficienza dei processi e ideare strategie per migliorare l’intero sistema aziendale. Uno dei principali valori di questa tecnologia è che consente la produzione di parti senza i limiti delle metodologie di produzione tradizionali, e può portare a una significativa riduzione del numero di componenti e a processi di assemblaggio ridotti (DfAM, Design for Additive Manfacturing).

Applicazioni industriali

Mentre le applicazioni hobbistiche della stampa 3D non sono decollate in maniera significativa, l’uso professionale delle tecniche di manifattura additiva sta vivendo un vero e proprio boom, grazie a prezzi in calo, migliori prestazioni e maggiore versatilità applicativa legata ai materiali. Inoltre, l’additive manufacturing è anche una tecnologia sostenibile: ambienti di lavoro più puliti e meno rumorosi, risparmio di energia, peso, materiali, spese di trasporto, minori immobilizzi e rottamazioni di articoli obsoleti grazie alla possibilità di produrre on demand.
Tutti questi fatti dimostrano che l’offerta di strumenti e materiali per la produzione additiva è uscita dalla fase pionieristica e ha raggiunto una certa maturità.

La produzione additiva consente progettazione e produzione molto rapida di attrezzature personalizzate per l’assemblaggio, il collaudo e la riparazione dei pezzi, lotti di preproduzione e prodotti finiti in piccola serie o personalizzati; elimina il tempo necessario per costruire a mano attrezzature personalizzate, aumenta la precisione e riduce gli errori di assemblaggio. Inoltre, consente la produzione in tempi brevi di prototipi, di modelli di microfusione, di modelli di colata molto grandi, spesso utilizzati nella produzione di turbine e nel settore aerospaziale. Per progetti di fusione complessi come la microfusione di gioielli e strumenti medici, la stampante 3D rende la creazione dei calchi semplice e diretta, consentendo un nuovo livello di creatività e velocità di produzione per i progettisti.

Dalla prototipazione alla produzione

L’utilizzo classico della stampa 3D nell’industria è quello della prototipazione. L’avanzamento tecnologico degli ultimi anni ha reso la manifattura additiva pienamente utilizzabile in ambito produttivo a livello industriale. Le macchine hanno raggiunto alti livelli di produttività con una qualità finale altrettanto elevata, con tempi di lavorazione decisamente ridotti e una maggior fluidità dei processi, permettendo di realizzare i progetti in maniera innovativa, con risultati pari o superiori ai metodi tradizionali, con un’ampia possibilità di personalizzazione e una libertà di design prima impossibile con tradizionali metodi di fabbricazione sottrattiva e tramite stampaggio e fusione.

Le aziende manufatturiere sono attratte dal progresso tecnologico, dall’aumento delle dimensioni delle parti producibili, dalla diminuzione dei prezzi delle stampanti 3D professionali, dalla disponibilità di nuovi materiali plastici, ceramici e metallici per la stampa 3D e dai nuovi software di progettazione e gestione della produzione.

Un numero crescente di aziende ha iniziato a rivedere i propri processi produttivi per valutare come ottimizzarli attraverso la stampa 3D e capire se la produzione additiva può essere integrata nei flussi di lavoro ottimizzati per la tradizionale manifattura sottrattiva. Infatti, il processo di introduzione delle nuove tecnologie nelle fabbriche non è facile e deve essere seguito con grande attenzione. La fabbricazione additiva si integra convenientemente con la tradizionale produzione sottrattiva soprattutto quando si tratta produrre bassi volumi. Inoltre, consente iterazioni di progettazione a costi inferiori e una notevole riduzione del time-to-market.

Per implementare la tecnologia additiva in produzione, è essenziale l’integrazione nei sistemi di produzione e nelle catene di processo esistenti, specialmente se si esegue il passaggio dalla produzione di prototipi e piccole serie alla produzione di serie di medie dimensioni. In molti settori, le aziende stanno cercando di sostituire i processi tradizionali con tecnologie più avanzate, con l’obiettivo di promuovere l’innovazione, migliorando al contempo la loro operatività e riducendo i costi. La fabbricazione additiva è una di queste tecnologie, ed è anche un tassello della fabbrica digitale Industry 4.0 insieme alla robotica, alle nanotecnologie, alla realtà aumentata e all’IoT.

Il processo è appena iniziato

Benché l’offerta tecnologica sia ormai molto sviluppata, resta ancora molto da fare prima che la manifattura additiva si diffonda nell’industria su vasta scala. La criticità risiede nella capacità delle aziende di guardare al futuro e crearsi le competenze necessarie a integrare la manifattura additiva nei propri processi.

Negli ultimi anni, le aziende italiane hanno dimostrato un notevole interesse nei confronti delle tecnologie additive. Ma le novità, hanno comunque bisogno di un periodo di assestamento, per la reale comprensione delle loro caratteristiche e possibilità. Per questo motivo, ancora oggi ci sono realtà industriali nel nostro Paese che non comprendono a pieno le potenzialità della manifattura additiva industriale. In Italia ci sono ottime opportunità di crescita e sviluppo, sia in termini di nuove generazioni di professionisti del settore, sia di nuovi progetti in grado di scommettere davvero sull’innovazione proposta dalla quarta rivoluzione industriale.

In molti settori, soprattutto in campo medico e aerospaziale, la certificazione dei materiali e/o delle macchine è di fondamentale importanza. Attualmente, sono stati certificati con successo centinaia di materiali e di macchine, ma prima di arrivare a una standardizzazione dei processi produttivi e dei materiali paragonabili ai metodi di fabbricazione consolidati, occorre fare ancora molta strada.